基于故障樹的大型設備機組故障診斷研究

楊光

【摘 要】為了滿足大型設備機組故障診斷的實時性要求，提出一種基于故障樹的大型設備機組故障診斷方法。構建大型設備的故障診斷樹，對其進行定量分析，計算大型設備機組中各單元的重要程度，并進行排序，以此為依據找到故障診斷的最優路徑，從而實現大型設備機組故障的及時診斷。提高了大型設備機組的安全性。

【關鍵詞】故障樹；大型設備機組；故障診斷

0 引言

在某工業中，大型設備機組的運行具有長時間、連續性的特點，因此大型設備機組在某工業領域具有無可替代的作用。其中，機組等關鍵設備具有造價高昂、結構復雜、安全要求高等特點，一旦發生故障將會影響整體機組的正常運行，甚至帶來重大的安全隱患。因此，需要對大型設備故障進行及時診斷，使其在發生故障時在最短的時間內投入正常使用。

隨著故障診斷理論體系的不斷完善和智能故障檢測技術的不斷發展，越來越多的領域已經開始通過各種先進的檢測手段對設備故障進行檢測。現階段大型設備機組故障診斷的方法主要有基于粗糙集的診斷方法、基于神經網絡的診斷方法和基于小波變換的診斷方法。其中最常用的是基于小波變換的大型設備機組故障診斷方法。由于故障診斷方法是大型設備機組安全運行的重要保障，因此該課題擁有廣闊的發展前景，并成為很多學者研究的重點課題。

傳統的故障診斷方法仍然存在著一些不足：基于粗糙集的診斷方法需要處理的運算量巨大，診斷效率降低；基于神經網絡的診斷方法容易陷入局部最優解，收斂速度較慢；基于小波變換的診斷方法會造成原始故障的時頻信號失真。為了避免傳統診斷方法的不足，提出一種基于故障樹的大型設備機組故障診斷方法。

1 利用故障樹對大型設備機組進行故障檢測

故障樹診斷法（簡記為FTA）又被稱為“因果樹診斷法”，利用此方法能夠對諸多領域中的設備故障進行簡單、準確的診斷。在利用故障樹診斷法進行大型設備機組故障診斷的過程中，首先需要大型設備機組在滿足正常的運行條件下，構建一個系統安全運行的目標，并將此目標定義為故障診斷的分析目標，然后再根據大型設備機組的結構或者功能的關系，從上到下，逐層分析引起故障的全部直接因素，并通過邏輯門的方式將故障與故障因素相連接，這樣可以構建大型設備機組的故障樹模型，從而可以直觀的表示出大型設備機組中各子單元與系統故障之間的邏輯聯系。利用FTA進行大型設備機組的故障診斷，不僅可以對由硬件引起的故障原因進行分析，同樣可以對引起故障的環境因素和軟件因素進行分析，因此可以對故障原因進行定性分析。

通過FTA的分析，可以找到引起大型設備機組發生故障的因素，并由此確定最小割集和最小路集，然后根據大型設備機組運行的有關參數進行定量計算，獲得已知故障的分布情況、故障發生概率等重要參數。將FTA應用于大型設備機組的故障診斷中，將系統的故障作為故障樹分析的目標，通過邏輯分析可以直接尋找到引起故障的因素，從而為故障的排除提供了準確的依據。

在大型設備機組運行的過程中，通過設備運行在線監測系統，對設備的運行數據進行實時采集，并與給定的參數值域相比較，若超過規定的值域范圍，則對該數據進行故障判斷，并作為FTA的頂事件，根據FTA分析的有關原理，構建對應的故障樹分析模型。大型機組可以采用下行法和不交最小割集法構建故障樹模型，通過模型的分析可以得到系統中全部最小割集合頂事件發生的概率。對引起故障的因素進行分析可以，此時所有低事件均為可測的分析單元，也就是引起故障的主要因素。因此，最小割集是隱去故障的最小組合，也是故障診斷的關鍵。頂事件發生的概率即為故障發生的可能性，為了對大型設備機組的故障進行及時診斷，需要盡快找到故障發生的原因，可以通過對系統中各個功能單元的重要程度進行排序來實現。此處的重要程度的定義為：單元故障概率的變化率導致系統故障概率的變化率，其公式如下所述：

2 結束語

本文介紹了故障樹診斷方法在某工業領域中大型設備機組中的應用方法，詳細闡述了構建大型設備機組故障診斷的故障樹的方法和最優診斷路徑實現的方法。該課題具有重要的應用價值，可以實現大型設備機組故障及時診斷與維修，從而保證了大型設備機組的安全運行。

【參考文獻】

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[2]尚文，王維民，齊鵬逸.基于條件規則與故障樹法的燃氣輪機故障診斷[J].機電工程，2013，30（7）：798-801.

[責任編輯：湯靜]