本發(fā)明涉及火力發(fā)電機(jī)組的故障診斷領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障的模糊診斷方法。

背景技術(shù)：

在火力發(fā)電廠的熱力系統(tǒng)中，水和蒸汽作為工作介質(zhì)完成能量的傳遞與轉(zhuǎn)換。水在鍋爐中吸收燃料燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能，成為具有一定熱能的蒸汽；蒸汽在汽輪機(jī)中絕熱膨脹做功，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；汽輪機(jī)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行，進(jìn)一步將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；做過功的低溫低壓蒸汽在凝汽器中冷凝為水，與補(bǔ)給水一起重新進(jìn)入鍋爐。水汽在熱力系統(tǒng)中的往復(fù)循環(huán)因此而形成。對于火電廠水汽循環(huán)系統(tǒng)而言，水汽品質(zhì)是直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行的重中之重。無論采用怎樣的水處理技術(shù)，水中雜質(zhì)都是不可能完全被除凈的，如果水汽雜質(zhì)含量在允許范圍內(nèi)，則不會(huì)影響設(shè)備的運(yùn)行，若其超過允許范圍，則會(huì)造成設(shè)備腐蝕或結(jié)垢，引起機(jī)組熱損失，降低效率，甚至造成事故。火力發(fā)電廠熱力設(shè)備因水汽質(zhì)量不良而誘發(fā)的各類事故所造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大，燃料消耗也很驚人。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，我國工業(yè)鍋爐因結(jié)垢、腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3000萬元/年，多消耗燃煤1000萬噸/年。某發(fā)電廠在6年的時(shí)間內(nèi)，由于鍋爐結(jié)垢腐蝕直接損失達(dá)250萬元，少發(fā)電2億千瓦時(shí)，折合產(chǎn)值達(dá)1300萬元。另據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明火電廠熱力設(shè)備因水汽質(zhì)量不良而引起的各類事故，占火電廠總事故數(shù)量的三分之一以上。

然而，這些事故的發(fā)生并不是無法預(yù)判和避免的，水汽內(nèi)的雜質(zhì)對熱力設(shè)備的危害是一個(gè)漸變和積累的過程，水汽品質(zhì)的惡化會(huì)在表征各種化學(xué)指標(biāo)的監(jiān)測值上體現(xiàn)出異常。實(shí)現(xiàn)在線化學(xué)儀表監(jiān)測，并采用診斷技術(shù)對水汽質(zhì)量故障做出正確的判斷和及時(shí)的處理，不僅能使許多事故得以避免，熱力系統(tǒng)的安全得到更好的保障，同時(shí)還可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如以一臺200mw的機(jī)組鍋爐為例，采用診斷技術(shù)避免一次運(yùn)行中爆管事故，至少能避免500萬千瓦時(shí)的電量損失，即可增加2000萬的產(chǎn)值。如果平均每年每臺機(jī)組少發(fā)生一次24小時(shí)的停電，則每年可減少近1.5億千瓦時(shí)的電量損失，減少直接經(jīng)濟(jì)損失約1000萬元，同時(shí)帶來更大的間接效益——增加5億元以上的社會(huì)財(cái)富。據(jù)有關(guān)資料介紹，澳大利亞僅用于防止鍋爐腐蝕的費(fèi)用即超過350萬美元/年，而用于診斷技術(shù)的費(fèi)用不超過上述費(fèi)用的千分之一。在線儀表在火電廠的廣泛應(yīng)用和診斷技術(shù)的發(fā)展使得利用系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測進(jìn)行故障診斷具備了可行性，人工智能技術(shù)在故障診斷上的應(yīng)用更是將此技術(shù)提升到了一個(gè)新的水平。

水汽系統(tǒng)中的各種水汽狀態(tài)相互緊密地聯(lián)接在一起，各種水汽化學(xué)指標(biāo)之間具有延續(xù)性、傳遞性以及同步關(guān)聯(lián)性，故任一環(huán)節(jié)水質(zhì)的變化都會(huì)引起連鎖反應(yīng)，這無疑增大了化學(xué)診斷的復(fù)雜度。對于單獨(dú)的人類專家而言，面對大量的水汽監(jiān)測指標(biāo)，僅憑一人的經(jīng)驗(yàn)和知識所作出的判斷往往是片面的和缺乏時(shí)效性的，不利于針對具體故障采取迅速而準(zhǔn)確的處理措施。應(yīng)用智能技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)囊括大量故障信息及處理措施的水汽化學(xué)故障診斷專家系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確及時(shí)地指明故障原因，為運(yùn)行人員提供切實(shí)的幫助與指導(dǎo)。

我國對火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障的診斷研究仍不夠深入，應(yīng)用水平較低，總體來說還存在著以下問題：1.許多電廠的化學(xué)故障診斷仍靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，缺乏權(quán)威性和準(zhǔn)確性。2.對大量數(shù)據(jù)如何更有效地利用以更準(zhǔn)確地把握實(shí)際工況，尚待進(jìn)一步研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述問題提供一種用于火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障的模糊診斷方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種用于火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障的模糊診斷方法，所述方法包括下列步驟：

1)根據(jù)待診斷的火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障的類型，確定模糊診斷的監(jiān)測參數(shù)，作為模糊變量；

2)根據(jù)步驟1)確定的模糊變量，構(gòu)建針對火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障的模糊診斷的模糊規(guī)則；

3)根據(jù)步驟2)構(gòu)建的模糊規(guī)則，確定每個(gè)模糊變量對應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣；

4)記錄步驟1)中模糊變量的具體值，根據(jù)步驟3)確定的模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)行模糊診斷推理，得到診斷結(jié)果。

所述步驟2)具體為：

21)針對待診斷火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障所對應(yīng)的故障結(jié)果，確定模糊診斷的結(jié)論論域；

22)將步驟1)確定的所有模糊變量作為規(guī)則前件，分別對每一個(gè)模糊變量進(jìn)行論域劃分；

23)確定步驟22)中進(jìn)行論域劃分后的模糊變量與結(jié)論論域之間的關(guān)系，得到所有的模糊子集，共同構(gòu)成模糊規(guī)則。

所述對每一個(gè)模糊變量進(jìn)行論域劃分具體為：通過查閱文獻(xiàn)資料，得到模糊變量在不同取值時(shí)對應(yīng)的火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障狀態(tài)，繼而對模糊變量進(jìn)行劃分。

所述步驟3)具體為：

31)根據(jù)步驟2)構(gòu)建的模糊規(guī)則，得到模糊變量與結(jié)論論域之間的對應(yīng)關(guān)系；

32)根據(jù)步驟31)得到的對應(yīng)關(guān)系，建立每個(gè)模糊變量與結(jié)論論域中所有元素的隸屬度函數(shù)；

33)將每個(gè)模糊變量對應(yīng)的隸屬度函數(shù)構(gòu)建成矩陣形式，即為該模糊變量對應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣。

所述模糊診斷推理包括一維模糊診斷推理或多維模糊診斷推理。

所述多維模糊診斷推理具體為：

41)根據(jù)步驟3)建立的每個(gè)變量對應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)行一維模糊診斷推理，得到對應(yīng)的診斷結(jié)果b'i；

42)求取步驟41)得到的所有診斷結(jié)果b'i的交集b'，即為多維模糊診斷推理的結(jié)果。

所述模糊變量的數(shù)量不多于10個(gè)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)由于在故障診斷過程中，并非所有的概念和知識都是嚴(yán)格精確的，大量知識是不精確和不確定的，因此本發(fā)明通過模糊診斷方法，將大部分不確定的知識及其之間的關(guān)系與精確獲取的監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行了結(jié)合，從而得到較為準(zhǔn)確的故障診斷結(jié)果，解決了由于大部分參數(shù)不確定而無法進(jìn)行較為準(zhǔn)確診斷的問題。

(2)通過本發(fā)明提出的診斷方法，可以對火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障進(jìn)行一個(gè)較為系統(tǒng)的診斷，比起依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行診斷相比，該方法診斷效果更加準(zhǔn)確，可信度更高。

(3)在進(jìn)行模糊診斷推理的過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇一維模糊診斷推理或多維模糊診斷推理，診斷過程靈活，實(shí)用性能強(qiáng)。

(4)雖然模糊變量越多，診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性就越強(qiáng)，但是過多的模糊變量會(huì)降低診斷速度，降低診斷的及時(shí)性，因而本發(fā)明方法中的模糊變量的數(shù)量不多于10個(gè)，既保證了診斷的準(zhǔn)確性，也不會(huì)降低診斷的及時(shí)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

本發(fā)明提出的一種用于火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障的模糊診斷方法，包括下列步驟：

1)根據(jù)待診斷的火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障的類型，確定模糊診斷的監(jiān)測參數(shù)，作為模糊變量(模糊變量的數(shù)量不多于10個(gè))；

2)根據(jù)步驟1)確定的模糊變量，構(gòu)建針對火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障的模糊診斷的模糊規(guī)則：

21)針對待診斷火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障所對應(yīng)的故障結(jié)果，確定模糊診斷的結(jié)論論域；

22)將步驟1)確定的所有模糊變量作為規(guī)則前件，分別對每一個(gè)模糊變量進(jìn)行論域劃分，具體為：

通過查閱文獻(xiàn)資料，得到模糊變量在不同取值時(shí)對應(yīng)的火力發(fā)電機(jī)組水汽化學(xué)故障狀態(tài)，繼而對模糊變量進(jìn)行劃分；

23)確定步驟22)中進(jìn)行論域劃分后的模糊變量與結(jié)論論域之間的關(guān)系，得到所有的模糊子集，共同構(gòu)成模糊規(guī)則；

3)根據(jù)步驟2)構(gòu)建的模糊規(guī)則，確定每個(gè)模糊變量對應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣，具體為：

31)根據(jù)步驟2)構(gòu)建的模糊規(guī)則，得到模糊變量與結(jié)論論域之間的對應(yīng)關(guān)系；

32)根據(jù)步驟31)得到的對應(yīng)關(guān)系，建立每個(gè)模糊變量與結(jié)論論域中所有元素的隸屬度函數(shù)；

33)將每個(gè)模糊變量對應(yīng)的隸屬度函數(shù)構(gòu)建成矩陣形式，即為該模糊變量對應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣；

4)記錄步驟1)中模糊變量的具體值，根據(jù)步驟3)確定的模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)行模糊診斷推理(包括一維模糊診斷推理或多維模糊診斷推理)，得到診斷結(jié)果，其中，多維模糊診斷推理具體為：

41)根據(jù)步驟3)建立的每個(gè)變量對應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣，進(jìn)行一維模糊診斷推理，得到對應(yīng)的診斷結(jié)果b'i；

42)求取步驟41)得到的所有診斷結(jié)果b'i的交集b'，即為多維模糊診斷推理的結(jié)果。

根據(jù)上述步驟，以凝汽器泄漏的診斷為例來說明模糊推理算法的應(yīng)用：

凝汽器泄漏是火力發(fā)電廠最主要最常發(fā)生的故障之一，輕微的凝汽器泄漏如果能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并得以妥善處理，不會(huì)對生產(chǎn)產(chǎn)生重大深遠(yuǎn)的影響，然而若泄漏未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，那么水汽品質(zhì)將急劇劣化，嚴(yán)重時(shí)不僅有可能導(dǎo)致緊急停機(jī)造成巨額經(jīng)濟(jì)損失，進(jìn)入水汽系統(tǒng)的諸多雜質(zhì)更是有可能加速熱力系統(tǒng)的腐蝕、結(jié)垢和積鹽，對機(jī)組正常運(yùn)行造成深遠(yuǎn)影響，對安全生產(chǎn)埋伏下長期隱患。因此，對凝汽器泄漏的監(jiān)督是火電廠化學(xué)監(jiān)督中極為重要的一部分。

在與凝汽器泄漏相關(guān)的諸多檢測項(xiàng)目中，絕大部分我們都能夠通過在線儀表或?qū)嶒?yàn)室測試獲得較為精確的值，同時(shí)，凝汽器泄漏對這些項(xiàng)目的影響也是整體性的，一旦凝汽器發(fā)生泄漏，大部分檢測項(xiàng)目會(huì)迅速地表現(xiàn)出不正常狀態(tài)，故以模糊推理思想為基礎(chǔ)，利用這些項(xiàng)目的精確值對凝汽器泄漏的程度進(jìn)行綜合性的診斷和評判，是一個(gè)便捷、直觀且準(zhǔn)確的方法。

與凝結(jié)水泄漏直接相關(guān)的指標(biāo)包括凝結(jié)水氫電導(dǎo)率、凝結(jié)水na⁺濃度、凝結(jié)水硬度、凝結(jié)水sio2含量、爐水cl^－濃度等五項(xiàng)，其它檢測項(xiàng)目如給水氫電導(dǎo)率、凝結(jié)水及給水的溶解氧濃度以及銅、鐵含量、爐水的ph值等，雖然也會(huì)由于凝汽器泄漏而受到非常大的影響，但都不能直接反映出凝汽器泄漏的情況，而且很有可能受到諸多其它因素的干擾。故本實(shí)施例在利用模糊推理進(jìn)行凝汽器泄漏程度的判斷時(shí)，只選取凝結(jié)水氫電導(dǎo)率、凝結(jié)水na⁺濃度、凝結(jié)水硬度、凝結(jié)水sio2含量、爐水cl^－濃度這五個(gè)監(jiān)測參數(shù)。

首先，根據(jù)上述內(nèi)容構(gòu)建判斷凝汽器泄漏程度的模糊規(guī)則。

對于模糊結(jié)論，既然是判斷凝汽器泄漏程度，我們即可將凝汽器泄漏程度的結(jié)論論域v設(shè)置為{無，輕微，明顯，嚴(yán)重}。推理結(jié)果必是基于此論域的一個(gè)模糊子集，其中包含了結(jié)論對于不同凝汽器泄漏程度的隸屬度。

本實(shí)施例選取凝結(jié)水氫電導(dǎo)率、凝結(jié)水na⁺濃度、凝結(jié)水硬度、凝結(jié)水sio2含量、爐水cl^－濃度進(jìn)行模糊推理，即此五項(xiàng)為規(guī)則前件中的模糊變量，其各自的論域即為各項(xiàng)目的可能取值，我們要先將這五個(gè)參數(shù)的論域劃分為數(shù)個(gè)等級，以便于各不同取值依據(jù)其等級標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建模糊子集?！痘鹆Πl(fā)電廠水汽化學(xué)監(jiān)督導(dǎo)則》已經(jīng)對凝結(jié)水電導(dǎo)率和凝結(jié)水硬度作出了相應(yīng)的三級處理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，此二者的等級劃分可以此為依據(jù)。三級處理值的含義如下：一級處理值：有因雜質(zhì)造成腐蝕、結(jié)垢、積鹽的可能性，應(yīng)在72小時(shí)內(nèi)恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)值；二級處理值：肯定有因雜質(zhì)造成腐蝕、結(jié)垢、積鹽的可能性，應(yīng)在24小時(shí)內(nèi)恢復(fù)至標(biāo)準(zhǔn)值；三級處理值：正在進(jìn)行快速結(jié)垢、積鹽、腐蝕，如水質(zhì)不好轉(zhuǎn)，應(yīng)在4小時(shí)內(nèi)停機(jī)。

故凝結(jié)水氫電導(dǎo)率和凝結(jié)水硬度劃分等級標(biāo)準(zhǔn)如下：

表1凝結(jié)水氫電導(dǎo)率等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

表2凝結(jié)水硬度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

另有一部分研究資料表明：當(dāng)凝結(jié)水及爐水中的雜質(zhì)含量達(dá)到規(guī)定允許值的1～2倍時(shí)，可確定凝汽器發(fā)生已泄漏；當(dāng)雜質(zhì)含量達(dá)到規(guī)定允許值的2～4倍時(shí)，可定為明顯泄漏；當(dāng)雜質(zhì)含量達(dá)到規(guī)定允許值的4倍以上時(shí)，可定為嚴(yán)重泄漏。筆者所查閱的大量相關(guān)文獻(xiàn)所持觀點(diǎn)也與此相吻合，經(jīng)綜合參考多方資料后，另三個(gè)項(xiàng)目的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)可確定如下：

表3凝結(jié)水na⁺濃度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

表4凝結(jié)水sio2含量等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

表5爐水cl^－濃度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

至此，各個(gè)模糊變量的模糊子集在獲得精確值的情況下可方便地得出，其模糊命題也可構(gòu)建起來。如此規(guī)則前件和結(jié)論都可確定，即可獲得如下綜合性多維模糊規(guī)則：

在規(guī)則確定之后，模糊子集可以通過隸屬函數(shù)求得，那么接下來就要確定模糊關(guān)系矩陣。通過建立每個(gè)模糊變量論域中的元素與結(jié)論論域中的每個(gè)元素的隸屬度，再由這些隸屬度構(gòu)建成矩陣形式，即可得到每個(gè)模糊變量的模糊矩陣。

隸屬度列表如下：

表6凝結(jié)水氫電導(dǎo)率對于凝汽器泄漏程度的隸屬度

表7凝結(jié)水硬度對于凝汽器泄漏程度的隸屬度

表8凝結(jié)水na⁺濃度對于凝汽器泄漏程度的隸屬度

表9凝結(jié)水sio2含量對于凝汽器泄漏程度的隸屬度

表10爐水cl^－濃度對于凝汽器泄漏程度的隸屬度

故可得模糊矩陣如下：

至此，對凝汽器泄漏程度進(jìn)行模糊推理所需要素均已完備，在進(jìn)行推理時(shí)，系統(tǒng)可僅通過一個(gè)參數(shù)的值，進(jìn)行一維的模糊推理診斷，也可以同時(shí)由2～5個(gè)參數(shù)的檢測值，進(jìn)行多維推理，兩者都可獲得準(zhǔn)確結(jié)論，當(dāng)然，所提供的模糊變量越多，準(zhǔn)確性越高。

現(xiàn)獲得監(jiān)測值如下：凝結(jié)水硬度h＝6.2(μmol/l)，凝結(jié)水csio2＝25.8(μg/l)，爐水ccl-＝1.8(mg/l)，試對凝汽器泄漏程度進(jìn)行模糊推理診斷。

首先確定模糊子集a2’，a4’和a5’：

因?yàn)閔(μmol/l)＝6.2處于5.0與20.0之間，故其對于“略高”和“高”均有隸屬關(guān)系，可據(jù)降半梯形分布函數(shù)求得μ略高(6.2)：

μ略高(6.2)＝(20.0-6.2)/(20.0-5.0)＝0.92

同時(shí)可得μ高(6.2)：

μ高(6.2)＝1-μ略高(6.2)＝0.08

從而得到模糊子集a2’＝(0,0.92,0.08)。

同理可得另兩個(gè)模糊子集：

a4’＝(0,0.81,0.19)；

a5’＝(0,0.67,0.33)

利用tsukamoto法進(jìn)行多維模糊推理

利用a2’，a4’和a5’進(jìn)行模糊變換求得b2’，b4’和b5’：

對三者求交集，即得：

b’＝b2’∩b4’∩b5’＝(0,0.38,0.41,0.08)

可見，結(jié)論對于凝汽器泄漏程度為“輕微”、“明顯”和“嚴(yán)重”的隸屬度分別為0.38，0.41和0.08，對“明顯”隸屬度最高，對“輕微”次之，對“嚴(yán)重”最低。診斷結(jié)論不僅反映出最有可能發(fā)生的情況，同時(shí)還提供了其他情況的可能性以作為參考。