基于定性仿真的高压加热器故障诊断

论文摘要

定性仿真是系统仿真的一个分支,是系统仿真与人工智能理论交叉产生的新领域。定性仿真不同于定量仿真,它们是两个不同的方法体系。定性仿真力求克服定量仿真的弱点,用非数字手段处理输入、建模、行为分析和输出等仿真环节,通过定性模型推导系统的定性行为。定性仿真一个重要的应用是故障诊断,基于定性方法的故障诊断,可以利用系统的深层知识,它在处理不完全信息、在线诊断等方面优于定量方法。高压加热器是火力发电厂回热系统的主要设备,本文以表面式高压加热器为仿真对象,建立了加热器的动态数学模型并进行仿真计算,得出了高加管系泄漏和疏水阀卡涩故障发生时高压加热器工作压力、工作水位及给水出口温度的时间响应曲线。根据加热器的动态数学模型,建立了高压加热器的定性数学模型并进行定性仿真,得出了高加水位故障时主要参数的定性状态变化趋势,通过与动态响应曲线的对比,验证定性仿真结果的正确性。本文的研究工作主要分三个部分。第一部分简要介绍定性仿真的发展和基于定性仿真理论的诊断技术,根据热力系统的特点和仿真需要,在QSIM算法的基础上,扩充了相关约束,并增加了条件约束。第二部分建立了表面式高压加热器的动态数学模型并进行仿真计算,根据动态数学模型、热力系统的特性和高压加热器的结构,建立了高压加热器的定性模型,并在此基础上建立了高压加热器系统的定性模型。在建立高压加热器的定性模型时,应用了高加的定量方程,以总结参数间的因果关系,减少了定性故障模型的仿真计算量。第三部分利用已经建立的高压加热器定性模型,对高压加热器进行仿真推理,产生出相关参数的所有可能后继状态,根据定性模型中相关约束进行过滤、解释后,得到高压加热器管系泄漏和疏水阀失灵故障的故障集。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 定性仿真的发展
• 1.1.2 基本方法及应用
• 1.2 基于定性仿真理论的诊断技术
• 1.3 本课题的研究背景、意义和主要研究内容
• 1.3.1 研究背景及意义
• 1.3.2 研究内容
• 2 高压加热器动态数学模型的建立
• 2.1 建立数学模型的简化原则以及假设条件
• 2.2 高压加热器动态数学模型描述
• 2.3 定量符号说明
• 2.4 高压加热器的常见故障
• 2.5 高压加热器故障仿真示例
• 2.6 仿真结果分析
• 2.7 本章小结
• 3 高压加热器定性模型的建立
• 3.1 定性约束和定性微分方程的定义
• 3.1.1 定性约束的定义
• 3.1.2 比较约束的定义
• 3.1.3 扩充函数约束
• 3.1.4 增加条件代数约束
• 3.1.5 定性微分方程
• 3.2 高压加热器定性数学模型
• 3.2.1 水侧热量平衡的定性微分方程
• 3.2.2 金属储热的定性微分方程
• 3.2.3 对流传热的定性微分方程
• 3.2.4 蒸汽凝结放热的定性微分方程
• 3.2.5 加热器出口水温计算的定性微分方程
• 3.2.6 加热器水位计算的定性微分方程
• 3.2.7 凝结区传热面积计算的定性微分方程
• 3.2.8 由因果关系得到的定性微分方程
• 3.2.9 定性变量说明
• 3.3 高压加热器系统的定性模型
• 3.3.1 基本假设
• 3.3.2 高压加热器系统中给水流量间的定量关系
• 3.3.3 高压加热器系统中的定性约束
• 3.4 本章小结
• 4 高压加热器的定性仿真及故障诊断示例
• 4.1 简化的高压加热器定性模型
• 4.1.1 水侧热量平衡的定性微分方程
• 4.1.2 金属储热的定性微分方程
• 4.1.3 对流传热的定性微分方程
• 4.1.4 蒸汽凝结放热的定性微分方程
• 4.1.5 加热器出口水温计算的定性微分方程
• 4.1.6 加热器水位计算的定性微分方程
• 4.1.7 凝结区传热面积计算的定性微分方程
• 4.2 高压加热器各参数的状态转换
• 4.2.1 定性状态转换
• 4.2.2 高压加热器的定性状态转换
• 4.3 高压加热器的定性仿真
• 4.3.1 水侧热量平衡的定性状态转换
• 4.3.2 金属储热的定性状态转换
• 4.3.3 对流传热的定性状态转换
• 4.3.4 蒸汽凝结放热的定性状态转换
• 4.3.5 加热器出口水温计算的定性状态转换
• 4.3.6 加热器的水位计算的定性状态转换
• 4.3.7 凝结区传热面积计算的定性状态转换
• 4.3.8 高压加热器的定性状态转换
• 4.4 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 硕士期间发表的论文情况