水电站水轮机故障诊断专家系统构建方法的研究
2008-01-21 10:38:54 来源:
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电力18讯: 摘要:阐述了建立水轮机故障诊断专家系统的目的、任务,故障诊断的内容、步骤、方法,结合研究课题,着重介绍了水轮机故障诊断专家系统的构建方法。
水轮发电机组的工作状态监测与故障诊断系统是水电站水轮发电机组的重要组成部分之一。水轮机工作过程的实时监控和及时诊断直接关系着水电站的安全运行、电力质量和电力生产成本等重要的经济效益和社会效益。面对大量的现场检测和控制数据信息,要求操作人员实时对生产过程进行监控、迅速而准确地对设备故障作出判断也变得越来越困难。因此,研究开发水轮机故障诊断专家系统作为操作人员的可靠助手是非常必要的。作者结合研究课题,拟就水电站水轮机故障诊断专家系统的构建作一个初步的探索。
1 建立水轮机故障诊断专家系统的目的及任务
1.1 建立水轮机故障诊断专家系统的目的
因水轮机在运行过程中出现的故障是随机的,其中许多是水电站工作人员无法直接监测的,其一般解决办法要靠工作人员的个人经验和对监控系统的分析来查找故障发生的原因及部位,因而有一定的主观性和局限性。同时,对于工作人员无法确定的故障以及事后判断的故障一般都要停机检测以查找故障,这样就不可避免地会造成水电站经济效益的损失。特别是对于那些征兆不明显、电站工作人员又无法靠感觉器官和仪表检测来查找而又会引起重大事故的故障,带来的经济损失更是巨大。近年来,国内外统计资料表明,开展水电站故障诊断技术的研究和应用的效益是明显的。因而,开发一种有效的检测与诊断系统非常必要,水轮机故障诊断专家系统正是为适应这种需求而开发的计算机智能软件系统。水电站水轮机故障诊断专家系统是为了解决水轮发电机组这一专门领域的问题而研制的计算机智能软件系统,该系统以知识为基础,故称为基于知识的系统。专家系统属于人工智能(Artificial Intelligence)的领域范畴,它是根据对水轮机运行状态的监测以及状态监测所获得的信息,结合已知的水力性能、结构特性和参数,以及环境条件和该设备的历史记录,对设备可能要发生或已经发生的故障进行预报和分析、判断,确定故障的性质、类别、程度、原因、部位,指出故障发生和发展的趋势及其后果,提出控制故障继续发展及清除故障的调整、维修、治理的对策措施,并加以实现,最终使设备恢复到正常工作状态。水轮机故障诊断专家系统的应用,在故障未发生之时,可以充分掌握水轮机的工作状况和运行趋势,指导操作人员进行调控,延长设备检修周期,确保水轮机效能的有效发挥,尽可能减少事故发生的机率;在故障将要发生或已经发生时,给出相关指导信息,指导运行操作,使故障不发生或减轻故障的影响与后果,并为维修决策提供依据,使维修工作目的明确、方法科学,缩短维修时间,同时为制定合理的检测维修制度提供基础,对保证设备的安全可靠运行及获取大的经济效益和社会效益,具有重大意义。
1.2 水轮机故障诊断专家系统的主要任务
(1)通过监控及时地发现和判断故障状态,并在故障发生后立即报警;
(2)一旦发现故障状态,通过诊断确定故障产生的原因、发生的部位(或部件)、故障的严重程度以及对过程产生的影响和发展趋势;
(3)在诊断的基础上,提供处理方案,或直接改变控制策略,以便及时采取措施,缓解或消除故障状态,恢复正常的生产过程。
2 水轮机故障诊断专家系统的构建
2.1 水轮机故障诊断专家系统建立的基本原则
(1)水轮机领域专家与知识工程师的密切合作,这是成功建立水轮机专家系统的前提和根本保障;
(2)知识库与推理机分离,以便实现解释功能和知识获取功能;
(3)知识的表达方式尽量统一,且知识的表达要能反映知识间的相互关系;
(4)推理机尽量简洁有效,能够模仿人(即专家)在故障诊断过程中采用的层次渐进的思维方式,推理机的简化解释和获取知识的工作量小;
(5)数据管理强大有效;
(6)知识的表达和推理应具有较强的处理不确定性的能力,尤其是数据、信息的不确定性和专家知识的不确定性。
2.2 水轮机故障诊断专家系统的基本结构
故障诊断专家系统主要由知识库、推理机、数据库以及人机接口四大部分组成。其结构见如图1。
系统主要组成部分及其功能:
(1)知识库:用于求解问题的知识集合,由若干知识实体组成。通常包括两部分内容,一是诊断领域中的通用性知识;二是启发性知识;
(2)推理机:组织控制机构,利用工作存储单元中的事实和知识库中的各种知识按照一定的推理策略进行推理,以达到要求的目标;
(3)人机接口:专家系统和环境(用户)交换信息的通道,主要包括输入数据的和待解决的问题,输出推理过程和结果等。这里所指的环境对多数专家系统而言是指系统用户,但有些专家系统则不是,例如专家系统作为控制器时,环境则指的是控制器的输入、输出设备;
(4)数据库:用于存储
水轮发电机组的工作状态监测与故障诊断系统是水电站水轮发电机组的重要组成部分之一。水轮机工作过程的实时监控和及时诊断直接关系着水电站的安全运行、电力质量和电力生产成本等重要的经济效益和社会效益。面对大量的现场检测和控制数据信息,要求操作人员实时对生产过程进行监控、迅速而准确地对设备故障作出判断也变得越来越困难。因此,研究开发水轮机故障诊断专家系统作为操作人员的可靠助手是非常必要的。作者结合研究课题,拟就水电站水轮机故障诊断专家系统的构建作一个初步的探索。
1 建立水轮机故障诊断专家系统的目的及任务
1.1 建立水轮机故障诊断专家系统的目的
因水轮机在运行过程中出现的故障是随机的,其中许多是水电站工作人员无法直接监测的,其一般解决办法要靠工作人员的个人经验和对监控系统的分析来查找故障发生的原因及部位,因而有一定的主观性和局限性。同时,对于工作人员无法确定的故障以及事后判断的故障一般都要停机检测以查找故障,这样就不可避免地会造成水电站经济效益的损失。特别是对于那些征兆不明显、电站工作人员又无法靠感觉器官和仪表检测来查找而又会引起重大事故的故障,带来的经济损失更是巨大。近年来,国内外统计资料表明,开展水电站故障诊断技术的研究和应用的效益是明显的。因而,开发一种有效的检测与诊断系统非常必要,水轮机故障诊断专家系统正是为适应这种需求而开发的计算机智能软件系统。水电站水轮机故障诊断专家系统是为了解决水轮发电机组这一专门领域的问题而研制的计算机智能软件系统,该系统以知识为基础,故称为基于知识的系统。专家系统属于人工智能(Artificial Intelligence)的领域范畴,它是根据对水轮机运行状态的监测以及状态监测所获得的信息,结合已知的水力性能、结构特性和参数,以及环境条件和该设备的历史记录,对设备可能要发生或已经发生的故障进行预报和分析、判断,确定故障的性质、类别、程度、原因、部位,指出故障发生和发展的趋势及其后果,提出控制故障继续发展及清除故障的调整、维修、治理的对策措施,并加以实现,最终使设备恢复到正常工作状态。水轮机故障诊断专家系统的应用,在故障未发生之时,可以充分掌握水轮机的工作状况和运行趋势,指导操作人员进行调控,延长设备检修周期,确保水轮机效能的有效发挥,尽可能减少事故发生的机率;在故障将要发生或已经发生时,给出相关指导信息,指导运行操作,使故障不发生或减轻故障的影响与后果,并为维修决策提供依据,使维修工作目的明确、方法科学,缩短维修时间,同时为制定合理的检测维修制度提供基础,对保证设备的安全可靠运行及获取大的经济效益和社会效益,具有重大意义。
1.2 水轮机故障诊断专家系统的主要任务
(1)通过监控及时地发现和判断故障状态,并在故障发生后立即报警;
(2)一旦发现故障状态,通过诊断确定故障产生的原因、发生的部位(或部件)、故障的严重程度以及对过程产生的影响和发展趋势;
(3)在诊断的基础上,提供处理方案,或直接改变控制策略,以便及时采取措施,缓解或消除故障状态,恢复正常的生产过程。
2 水轮机故障诊断专家系统的构建
2.1 水轮机故障诊断专家系统建立的基本原则
(1)水轮机领域专家与知识工程师的密切合作,这是成功建立水轮机专家系统的前提和根本保障;
(2)知识库与推理机分离,以便实现解释功能和知识获取功能;
(3)知识的表达方式尽量统一,且知识的表达要能反映知识间的相互关系;
(4)推理机尽量简洁有效,能够模仿人(即专家)在故障诊断过程中采用的层次渐进的思维方式,推理机的简化解释和获取知识的工作量小;
(5)数据管理强大有效;
(6)知识的表达和推理应具有较强的处理不确定性的能力,尤其是数据、信息的不确定性和专家知识的不确定性。
2.2 水轮机故障诊断专家系统的基本结构
故障诊断专家系统主要由知识库、推理机、数据库以及人机接口四大部分组成。其结构见如图1。
系统主要组成部分及其功能:
(1)知识库:用于求解问题的知识集合,由若干知识实体组成。通常包括两部分内容,一是诊断领域中的通用性知识;二是启发性知识;
(2)推理机:组织控制机构,利用工作存储单元中的事实和知识库中的各种知识按照一定的推理策略进行推理,以达到要求的目标;
(3)人机接口:专家系统和环境(用户)交换信息的通道,主要包括输入数据的和待解决的问题,输出推理过程和结果等。这里所指的环境对多数专家系统而言是指系统用户,但有些专家系统则不是,例如专家系统作为控制器时,环境则指的是控制器的输入、输出设备;
(4)数据库:用于存储
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