CN115145252A - 基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法、系统及介质 - Google Patents

基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法、系统及介质 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法、系统及介质，方法包括建立故障树基本抽象模型；根据系统功能要求，依据专家经验、工程实践经验与基于调速器系统控制原理过程分析，建立完整的故障树；边缘计算控制单元根据调速器PLC与综合测频采集单元，综合判断故障类型，触发故障诊断流程，通过故障树不同层次节点的组合条件与同层互斥原则得出最小割集；结合底事件重要性权重与历史故障权重快速判断出故障产生原因。本申请能够迅速帮助检修维护人员定位水轮机调速器故障原因，并提出指导性消缺意见，使水轮机组快速恢复到预期的生产状态，保障水电站发电效率，从而维护电网的稳定性。

Description

基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法、系统及介质
技术领域
本申请涉及水轮机调速器监测领域，具体涉及一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法、系统及介质。
背景技术
在水轮机调速器系统中，调速器作为对水轮机调节的关键组成，其的结构极为复杂，也直接影响着水轮机的运转效果。其对传感器采样值种类多、自动化程度高，也因此对维护人员的专业素质要求非常高。故而可以基于水轮机调速器的运行状态特性，通过采样值与故障现象综合诊断分析出故障类型与可能情况。为维护人员快速定位设备故障、消除设备缺陷，提升水轮机运行的稳定性。
目前调速器故障信号，通常是判断采样值的延迟状态是否满足设定值偏差范围内。但随着工况的逐渐复杂，以及现地环境的变化，同一个采样值的异常可能是由于多种条件复合组成。调速器PLC设备会根据采样值报出一系列的故障信号。例如传感器断线故障既会报测频故障也会报模拟量信号故障，如果该传感器为导叶传感器，同时还会报出导叶传感器故障、导叶侧总故障等。尤其当下主备套（AB套）为主流，在发生组合故障的情况下，现场理清这些故障逻辑非常复杂，故障难以准确定位并排除。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法、系统及介质，结合底事件重要系数与历史故障系数快速判断出故障产生原因。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法，包括以下具体步骤：
建立故障树基本抽象模型；
根据系统功能要求，依据专家经验、工程实践经验与基于调速器系统控制原理过程分析，建立完整的故障树；
边缘计算控制单元根据调速器PLC与综合测频采集单元，综合判断故障类型，触发故障诊断流程，通过故障树不同层次节点的组合条件与同层互斥原则得出最小割集；
结合底事件重要性权重与历史故障权重快速判断出故障产生原因。
所述建立故障树基本抽象模型具体为，故障树的根节点为调速器系统故障，故障树的过程节点判断依据，故障树的叶子节点，为故障因子，其满足原子性特征，所有故障都由不同故障因子组合而成，不同节点设有唯一标识符，便于寻径，在二维存储后方便系统哈希查找，提高系统效率。
所述根据系统功能要求，依据专家经验、工程实践经验与基于调速器系统控制原理过程分析，建立完整的故障树具体为，确定故障树顶事件，将导叶侧大故障、机频故障、严重故障设定为顶事件，将传感器故障、流程故障、控制故障与通信故障作为中间事件，将故障具体位置、可能形成的原因作为底事件，在人机交互界面，以树状图的形式，将整个大小故障、判据，顶事件、中间事件、底事件这些结论展现出来，形成具体的可观可查的故障树模型。
所述边缘计算控制单元根据调速器PLC与综合测频采集单元，综合判断故障类型，触发故障诊断流程，通过故障树不同层次节点的组合条件与同层互斥原则得出最小割集具体为，根据20ms内故障信号量，通过节点唯一标识符，将可确定的现象进行标记，根据已标记节点进行剪枝，仅保留已标记的节点与与之相关的过程节点与叶子节点，通过广度优先遍历算法，对过程事件进行逐层分析与标记，直到叶子节点，再将已标记的节点进行剪枝，仅保留已标记的节点，已标记的叶子节点则为最小割集。
所述结合底事件重要性权重与历史故障权重快速判断出故障产生原因具体为，设定最小割集的总和系数为100，第i个底事件的重要性权重为
Figure 64969DEST_PATH_IMAGE001
，其历史故障次数为
Figure 148200DEST_PATH_IMAGE002
，则其概率
Figure 161155DEST_PATH_IMAGE003
第i个底事件触发后，
Figure 856710DEST_PATH_IMAGE004
将按次累加，将底事件以
Figure 271511DEST_PATH_IMAGE005
值的大小依次排列输出到人机交互单元。
第二方面，本申请实施例提供一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断系统，包括调速器PLC，所述调速器PLC连接到综合测试采集单元，所述综合测试采集单元连接边缘计算控制单元，边缘计算控制单元连接人机交互单元，人机交互单元连接站控服务器，综合测试采集单元采集调速器PLC的数据并传输给数据库单元，数据库单元包括时序数据库、缓存数据库以及关系型数据库，所述边缘计算控制单元调用数据库单元。
第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上所述的基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够迅速帮助检修维护人员定位故障原因，并提出指导性消缺意见，使水轮机组快速恢复到预期的生产状态。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的诊断系统示意图；
图2为本发明实施例的方法流程示意图；
图3为本发明实施例建立的故障树结构图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
术语“第一”、“第二”等仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
如图1所示，一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断系统，包括调速器PLC1，所述调速器PLC1连接到综合测试采集单元3，所述综合测试采集单元3连接边缘计算控制单元4，边缘计算控制单元4连接人机交互单元5，人机交互单元5连接站控服务器2，综合测试采集单元3采集调速器PLC1的数据并传输给数据库单元，数据库单元包括时序数据库6、缓存数据库7以及关系型数据库8，所述边缘计算控制单元4调用数据库单元。
如图2和图3所示，一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法，依托于调速器监测控制系统实施。调速器监测控制系统包括调速器PLC模块、综合测频采集模块、边缘计算控制单元和人机交互单元，所述方法如下：
S1：建立故障树基本抽象模型：
故障树的根节点为调速器系统故障。
故障树的过程节点判断依据。
故障树的叶子节点，为故障因子，其满足原子性特征，所有故障都由不同故障因子组合而成。
不同节点设有唯一标识符，便于寻径，在二维存储后亦可以方便系统哈希查找，提高系统效率。
S2：根据系统功能要求，依据专家经验、工程实践经验与基于调速器系统控制原理过程分析，建立完整的故障树：
确定故障树顶事件，将导叶侧大故障、机频故障、严重故障设定为顶事件。
将传感器故障、流程故障、控制故障与通信故障作为中间事件。
将故障具体位置、可能形成的原因作为底事件。
在人机交互界面，以树状图的形式，将整个大小故障、判据，结论（顶事件、中间事件、底事件）展现出来，形成具体的可观可查的故障树模型。
S3：边缘计算控制单元根据调速器PLC与综合测频采集单元，综合判断故障类型，触发故障诊断流程，通过故障树不同层次节点的组合条件与同层互斥原则得出最小割集：
根据20ms内故障信号量，通过节点唯一标识符，将可确定的现象进行标记。
根据已标记节点进行剪枝，仅保留已标记的节点与与之相关的过程节点与叶子节点。
通过广度优先遍历算法，对过程事件进行逐层分析与标记，直到叶子节点。
再将已标记的节点进行剪枝，仅保留已标记的节点。
已标记的叶子节点（底事件）则为最小割集。
S4：结合底事件重要性权重与历史故障权重快速判断出故障产生原因：设定最小割集的总和系数为100，第i个底事件的重要性权重为
Figure 525643DEST_PATH_IMAGE001
，其历史故障次数为
Figure 822633DEST_PATH_IMAGE002
，则其概率
Figure 56299DEST_PATH_IMAGE003
第i个底事件触发后，
Figure 591186DEST_PATH_IMAGE004
将按次累加，将底事件以
Figure 750640DEST_PATH_IMAGE005
值的大小依次排列输出到人机交互单元。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如上所述的基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器 (CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
建立故障树基本抽象模型；
根据系统功能要求，依据专家经验、工程实践经验与基于调速器系统控制原理过程分析，建立完整的故障树；
边缘计算控制单元根据调速器PLC与综合测频采集单元，综合判断故障类型，触发故障诊断流程，通过故障树不同层次节点的组合条件与同层互斥原则得出最小割集；
结合底事件重要性权重与历史故障权重快速判断出故障产生原因。
2.根据权利要求1所述的一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法，其特征在于，所述建立故障树基本抽象模型具体为，故障树的根节点为调速器系统故障，故障树的过程节点判断依据，故障树的叶子节点，为故障因子，其满足原子性特征，所有故障都由不同故障因子组合而成，不同节点设有唯一标识符，便于寻径，在二维存储后方便系统哈希查找，提高系统效率。
3.根据权利要求1所述的一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法，其特征在于，所述根据系统功能要求，依据专家经验、工程实践经验与基于调速器系统控制原理过程分析，建立完整的故障树具体为，确定故障树顶事件，将导叶侧大故障、机频故障、严重故障设定为顶事件，将传感器故障、流程故障、控制故障与通信故障作为中间事件，将故障具体位置、可能形成的原因作为底事件，在人机交互界面，以树状图的形式，将整个大小故障、判据，顶事件、中间事件、底事件这些结论展现出来，形成具体的可观可查的故障树模型。
4.根据权利要求1所述的一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法，其特征在于，所述边缘计算控制单元根据调速器PLC与综合测频采集单元，综合判断故障类型，触发故障诊断流程，通过故障树不同层次节点的组合条件与同层互斥原则得出最小割集具体为，根据20ms内故障信号量，通过节点唯一标识符，将可确定的现象进行标记，根据已标记节点进行剪枝，仅保留已标记的节点与与之相关的过程节点与叶子节点，通过广度优先遍历算法，对过程事件进行逐层分析与标记，直到叶子节点，再将已标记的节点进行剪枝，仅保留已标记的节点，已标记的叶子节点则为最小割集。
5.根据权利要求1所述的一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法，其特征在于，所述结合底事件重要性权重与历史故障权重快速判断出故障产生原因具体为，设定最小割集的总和系数为100，第i个底事件的重要性权重为
Figure 462258DEST_PATH_IMAGE001
，其历史故障次数为
Figure 417314DEST_PATH_IMAGE002
，则其概率
Figure 814797DEST_PATH_IMAGE003
第i个底事件触发后，
Figure 356768DEST_PATH_IMAGE004
将按次累加，将底事件以
Figure 497899DEST_PATH_IMAGE005
值的大小依次排列输出到人机交互单元。
6.一种基于故障树的水轮机调速器故障诊断系统，其特征在于，包括调速器PLC（1），所述调速器PLC（1）连接到综合测试采集单元（3），所述综合测试采集单元（3）连接边缘计算控制单元（4），边缘计算控制单元（4）连接人机交互单元（5），人机交互单元（5）连接站控服务器（2），综合测试采集单元（3）采集调速器PLC（1）的数据并传输给数据库单元，数据库单元包括时序数据库（6）、缓存数据库（7）以及关系型数据库（8），所述边缘计算控制单元（4）调用数据库单元。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有程序代码，所述程序代码被处理器执行时，实现如权利要求1-5任一所述的基于故障树的水轮机调速器故障诊断方法的步骤。
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