李 峰

（华电国际电力股份有限公司十里泉发电厂，枣庄 277103）

信息化时代，我国科学技术不断发展，促使机械制造水平和设备自动化水平不断提高，有利于提升人工操作的便捷性。但是，复杂的机械操作原理无形中增加了机械维修费用，一旦机器在运行中出现重要故障，易给企业带来巨大的经济损失[1]。故障检测在企业运行中所占地位逐渐提升，主要通过专业工具检验设备的运行情况，提前预测可能出现的故障，并及时定位故障原因，针对性地提出解决措施，避免设备损坏出现运行停止、错误报警等，确保系统能正常运行。本文通过分析火电企业日常运行过程，发现企业在故障检测方面存在的问题[2]。

1 主元分析法的改进原因

传统主元分析法（Principal Component Analysis，PCA）将侧重点放在稳定运行方面，对动态条件下的运行重视程度不足。如果在动态环境下采用传统方式，很容易产生大量错误信号或者漏检等，严重影响系统检测可靠性。因此，企业需要通过改进PCA方式来更好地面对不稳定系统。主元模型利用历史建模数据构建，不仅拥有变量间的相关关系，也拥有各种统计特性如方差统计、数据变量均值统计等。当工作人员利用主元模型检测时，新的数据样本需要利用元数据进行标准化。在日常运行过程中，方差和变量间的相关性基本不变。当工况出现改变时，变量会出现不同程度的变化，这时变量和方差间的相关性会出现较大改变。专业人员分析发现，当出现工作状态变化时，平方预测误差（Squared Prediction Error，SPE）和T统计量会呈现逐渐增加趋势，导致统计量超过控制规定，但不一定会出现机械故障。因此，工作人员要注重主元模型单一性问题和实用性问题，不能随便将主元模型应用到其他环境。工作人员要合理优化固定控制限，使得控制限不再像传统模式中毫无变化，确保其根据不同情况变化，即科学推理适应控制限[3]。

2 自适应控制限的确定

通过分析数据矩阵X统计的变量，能利用专业方式测量基本数据，得到方差和均值。所以，工作人员可合理利用统计学方法进行相关计算。在统计学中，数据方差和均值都能根据数据变化出现改变，无论整个过程出现何种变化，其方差和均值都会出现随机变动。为了能达到预期目标，工作人员能利用控制限将方差和均值相互连接，从而使其可在动态过程中使用PCA方法进行分析[4]。

2.1 T 2自适应控制限的确定

均值和方差用式（1）和式（2）表示，即

2.2 SPE自适用控制限确定

通过推理T2自适应控制限，能大致掌握SPE自适应控制限的推理思路。SPE的方差和均值能利用专业方式获得，所以工作人员可应用上述方法或者直接套用z值，将SPE固定控制设置为δSPEα和自适应控制限为δSPEadp。

自适应控制限δSPEadp为

针对工作情况变化，可获得SPE控制限为

2.3 数据仿真实验

为检验优化PCA方法控制限的作用，将其应用于日常运行过程。由于火电厂参数过于复杂，无法利用直接方式体现新方法在故障检测中的作用，选择使用仿真软件来实施。MATLAB软件具有操作简单、效率高等特点，可利用火电厂基本数据来对比新旧控制限方法的效果。在选择数据方面，工作人员科学选择工况出现改变的数据，才能真正对比新方法的作用。本文选择的数据来自某火电厂的磨煤机数据，其中磨煤机的给煤量经过一段时间的沉淀后出现10 t左右的数据变化[5]。该机械数据采样时间为1 min，选择使用前498 min的数据构建主元模型，在模型建设完成后利用360 min进行测试。选择的磨煤机参数，用数据矩阵X来表示，如表1所示。

表1 建模用量列表

为确定PCA方法自适应控制性，工作人员要从运行中选择一段稳定到动态的阶段，如图1所示。通过图1可知，前190 min，给煤量长期停留在43 t左右，后给煤量出现大幅度增加，上升到55 t左右。因此，工作人员可将前190 min作为稳态处理，将190 min后作为变工况处理。

图1 给煤量

为更好地对比2种PCA方法，利用对照法进行研究。一组利用传统测量值计算固定测量值，判断后期数据真实性；另一组利用自适应控制限的主元分析法分别测量2个测量值，有利于工作人员从图像上观察超限问题。MATLAB仿真实验结果如图2所示，可查看利用传统PCA方法计算呈现的3个测量值和控制限的关系，其中虚直线为固定控制限[6]。

图2 采用传统方法的平方预测误差及其控制限

分析图2可知，正常情况下平方预测误差完成超过标准值，一旦将这种方法应用于实际工作，很容易触发报警系统。初期平方预测误差出现少量超限问题，直到190 min后，由于给煤量不断增加，平方预测误差数值同样出现不同程度的增加，但其控制限仍处于固定值，超限问题严重，影响整个企业的正常运行。另外，传统PCA计算的控制限存在误差，即使在稳态情况下运行也无法达到故障检测的作用。所以，站在平方预测误差角度来看，在稳态和动态相结合的情况下，传统PCA无法达到行业标准[7]。

图3利用传统主元分析法检测T2测量值和固定控制限的关系。可见，在工况变化前，利用固定控制限能提高运行稳定性，但在190 min后随着给煤量的不断增加，T2值会明显增长，出现超限问题而触发报警系统。

图3 采用传统PCA的T 2值和控制限

3 结语

通过分析可知，火电企业在故障检测方面存在很多问题。本文主要深入研究了火电企业在故障检测方面的误报警，根据多元统计方法，提出将主元分析法用于控制限，推导出自适应控制限的公式，提出平方预测误差和T2统计指标对应控制限的自适应算法。将该方法应用于火电厂磨煤机运行状态检测，选取单台磨煤机，利用MATLAB进行仿真测试。实验证明，改进后的自适应控制限对火电厂稳态与暂态都是有效的。最后，运用综合评价方法对该技术改造的技术性与经济性进行了评价，得出该技术改造的综合效益为优。