摘要:近年来，随着汽轮发电机组容量的增加,结构越来越复杂,引起其故障的原因也趋于复杂化、多样化。汽轮发电机组振动故障时有发生，严重影响机组。振动是直接关系到汽轮发电机组正常运行的一项重要技术指标。本文针对汽轮发电机组振动状态监测与故障诊断系统当前面临的主要问题，阐述了在这一领域国内外发展的历史和目前状况，处理和故障诊断方法。
1 课题研究的背景
20世纪以来,随着工业生产和科学技术的发展,机械、化工、动力等行业中的大型回转设备日益朝大型化、高速化、精密化的方向发展,其工作性能不断改善,自动化程度和生产效率越来越高;同时,其结构也日趋复杂,集成化程度不断提高,一旦其中的某一部分或某一环节发生了故障,往往会影响产品的质量和产量,甚至使整个生产中断,汽轮发电机组作为电力企业用于发电的关键设备，其运行时的状态是否良好直接关系到整个电力系统能否保持安全可靠地运行。
长期以来,汽轮发电机组的振动问题一直影响着汽轮机的安全可靠运行。国内外都曾发生过因振动超标处理不及时而造成重大设备损坏事故。现代电力生产对设备的可靠性提出了更高的要求，机组参数的提高和容量的增加，使得由于轴系振动缺陷造成的机组非计划停机带来的经济损失也随之成倍地增加。所有以上这些，都要求诊断技术必须迅速发展，以与生产现状相匹配。
2 国内、外发展状况
2.1 国内发展现状
当前国内机组故障诊断的方法有两类:传统的基于人工智能的专家系统和人工神经网络。国内监测及故障诊断技术是在国外的基础上应用和发展起来的。自1985 年以来 ,发展非常迅猛 ,主要成就有上海成套设备研究所的TGD-2 旋转机械振动监测与诊断装置,国内在实现汽轮发电机组振动监测和故障诊断，使有经验的振动专家能够远程参加故障诊断，充分利用振动故障诊断专业人员的经验，提高振动故障诊断的及时性和准确性，记录故障产生、发展整个连续过程，提供振动故障频谱特性，建立振动故障数据库，为状态维修提供相应数据等方面还需做进一步的研究。
2.2 国外发展现状
国外开展汽轮发电机组故障诊断比我们国家要早,较著名的公司有美国西屋公司,瑞士ABB 公司 ,丹麦 B&K 公司以及日本三菱重工等世界知名企业。各国开发的监测系统在实际生产应用中,都取得了一定的经济效益 。国外学者已对大型旋转机械，特别是汽轮机组的常见的主要故障机理进行了深入研究，并得出了一些重要结论。在欧洲，英国的等人将声发射技术应用于旋转机械轴承处碰模故障的检测诊断，运用这一方法成功地实现了轴承碰磨故障的识别。
近年来 ,出现了一些新的信号分析与处理方法 ,如Wigner时频分布等方法,其中最具代表性的是小波分析法。傅里叶变换把瞬态信号的频域信号分析给了整个频域分析范围内的其他频率分量,因此,它不适合于非平稳信号的处理。小波变换发展了加窗傅里叶变换的时域局部化思想,窗口宽随频率的增高而缩小,保持高频信号有较高的分辨率。小波变换的具体处理方法是利用一系列不同尺度的基函数对信号进行分解 ,这些基函数可以根据信号不同的频率段 ,通过母小波的伸缩与平移而得到。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆小波变换信号的分解和利用DWT重构可有针对性地选择有关频带信息和剔除噪声干扰,信息量即无冗余,也无渗漏。但作为实用性的技术方法 ,还存在着一定的差距，需要对多种典型故障的小波特性进行对比研究 。
3振动信号分析方法的研究现状
对于振动信号的处理方法很多，从分析信号的时域特征、频域特征、时频域特征大致可分为类。最有效的频域分析方法,国内神经网络和专家系统采用的信号特征仍然以频谱为主。频域分析在机组振动故障诊断特别是汽轮发电机组的转子振动故障诊断领域起到了重要的作用。但该方法是对数据段的平均分析，因此无法得到非平稳、非线性信号的局域信息，无法给准确地定位特定频率发生的具体时间段。
4汽轮发电机组几种典型振动故障分析
机组典型的振动故障主要有原始质量不平衡、转子的热弯曲、转子出现裂纹、转子动静部分碰磨、转子不对中、油膜祸动、油膜振荡、转动部件飞脱、气流激振和支撑松动等。
通过机理分析，获得典型故障的诊断信息，包括设备运行状态、信号特征、运行相关参数和监测部位等，确定可诊断故障的数据源。从而建立起知识库，以便模拟专家思维方式对故障进行推理诊断。
5 诊断方法与策略
模糊诊断技术：模糊诊断是用隶属函数表示振动量的综合评判方法。借助常规谱分析的结果应用模糊数学进行模糊诊断的做法是：建立故障的模糊向量{D}＝{uv1，uv2，……，uvm}T和征兆(特征频率分量)的模糊向量{S}={μxl，μx2，……，μxm}T，借试验研究，可以找到模糊关系矩阵[R]，使{D}=[R] {S}，模糊诊断的目的是通过{S}，诊断{D}。 对于复杂系统建立正确的模糊规则与隶属函数非常困难，这是因为由于系统的复杂性由时域、频域特征空间到故障模式空间的映射关系十分复杂，隶属函数形状复杂，选定合适的隶属函数是一项艰难的工作。同时确定模糊关系矩阵要作大量的试验研究工作。
信号采集与信号分析 ：分为传感器技术和信息分析及处理两个方面。前者由于汽轮机工作环境恶劣,所以在汽轮机故障诊断系统中,对传感器性能要求就更高。目前,对传感器的研究,主要是提高传感器性能的可靠性、开发新型传感器,另外
也有相当一部分力量在研究如何诊断传感器故障以减少误诊率和漏诊率,并且利用信息融合进行诊断。现行的对传感器自身故障诊断技术主要有硬件冗余、解析冗余和混合冗余,由于硬件冗余有其明显的缺点,因而在实际中应用较少。后者最有代表性的是振动信号的分析处理。
6结束语
本章介绍了课题提出的背景和意义,在我国汽轮发电机不断增加巨背景下,机组故障诊断是一项关系到电力生产和设备安全的关键应用技术 ,研究开发具有我国特点的诊断方法和系统具有重要的意义。
参考文献
[1]陆颂元 .D 29型200M W汽轮机振动分析及振动设计有关问题[J].动力工程,1995,15(3).
[2]黄文虎，夏松波，刘瑞岩.等.设备故障诊断原理、技术及应用.第二版.北京科学出版社.
论文作者:邱烨,王玮,翁沁心
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
标签：机组论文; 汽轮论文; 故障论文; 信号论文; 故障诊断论文; 方法论文; 模糊论文; 《电力设备》2017年第14期论文;