科创中国

工业燃气轮机作为能源高效转换与洁净利用的核心动力装备，是一种各部件强非线性耦合的热力系统，环境和控制条件的变化都会致使燃气轮机热力系统内部状态发生显著变化，这给如何通过有效方法来诊断与预测这种强非线性热力系统的部件性能衰退、老化、损伤及故障情况带来了极大困难，至今无论是国内外制造商还是第三方技术服务商均没有开发出成熟的诊断产品。燃气轮机通流部件运行工况复杂、恶劣，易产生各种性能衰退或损伤，并导致严重的故障发生。且由于电厂频繁调频调峰的需求，燃气轮机需要更加灵活地运行，更是加速机组设计寿命的损耗。但是，燃机运维仍严格按照制造商要求的时间间隔进行定期检修，普遍存在过修和失修，运维成本极高。为提高设备安全性和可靠性，降低运维成本，应采用视情维修策略，根据机组设备健康状态自主化安排检修计划。要实现对部件性能分析，需要用户掌握燃气轮机的工作特性，然而受限于国外制造商的技术封锁，燃机本体部件性能诊断困难重重。

本项目以气路诊断为主，以机械诊断为辅，综合考虑瞬变工况、可变几何、抽气冷却等实际因素，系统性地从工况适用性、诊断准确性、计算实时性等方面开展了燃气轮机故障预测诊断技术创新。在气路侧，首次提出并研发了适用于瞬态变工况且包含可变几何部件的燃气轮机自适应热力建模系统和基于多级健康特征参数的燃气轮机通流部件故障量化诊断系统，并提出了气路测量参数异常检测和多参数同步清洗方法；在非气路侧，从信号局部尺寸行为精细描述角度出发，提出了基于多维特征提取与证据融合理论的机械故障在线诊断方法。从原理上实现机组性能分析—诊断—预测方法的有效耦合，为实现复杂强非线性热力系统故障诊断与预测提出新方法；在功能上实现详尽的、量化的、准确的各主要部件的故障诊断与预测目的，给制定恰当合理的优化控制和维修策略提供理论和数据支撑。

本项目研发的燃气轮机故障预测诊断系统通用性强，不受机型和设备限制，建立的高精度机组模型考虑部件性能曲线退化偏移和变几何压气机影响，与机组实际运行状态更匹配；诊断系统实现了多层次的诊断，尤其在变工况具有明显优势。目前已在大唐江滨电厂、宝昌电厂、肇庆电厂等投运使用。多次精确诊断发现气路故障先兆和异常传感器，并为电厂及时进行机组水洗、故障排查、安排检修计划提供依据。在其目前的推广过程中已经获得了巨大的经济效益，保证了机组的安全稳定运行，随着应用的增多，这种效益今后还将成倍增加。同时，该成果不限于发电行业，还可以应用于航空、舰船发动机，石油冶金等行业，拥有广阔的应用前景。

上海电力大学，位于上海市，是中央与上海市共建、以上海市管理为主的全日制普通高等院校，是教育部首批“卓越工程师教育培养计划”试点院校、上海高水平地方应用型高校建设单位、上海市首批深化创新创业教育改革示范高校，为国际电力高校联盟永久理事长单位、全球能源互联网发展合作组织会员单位、中国电力高校联盟成员单位、一带一路电力高校联盟和一带一路电力产学研联盟发起成员单位，入选国家级新工科研究与实践项目、国家级大学生创新创业训练计划、上海高校知识服务能力提升工程、上海高等学校一流本科建设引领计划、上海高等学校一流研究生教育引领计划、上海市级新工科研究与改革实践项目。

本项目在发电企业投用后，实现了对工业燃气轮机通流部件的在线性能监测，多次精确诊断发现气路故障先兆和异常传感器，运行人员可据此提前操作干预，避免了由于气路故障恶化导致的机组非计划停机，保证了机组的安全稳定运行；诊断得到的部件健康特征参数，为厂里及时进行水洗、故障排查、安排检修计划提供依据，节约了由于过修和失修导致的高昂运维成本。所研发的故障预测诊断系统通用性强，不受机型限制，可向全国所有燃机电厂进行推广。

本项目意向转化方式为专利授权或专利转让以及技术授权或技术授权等方式开展合作交易，具体面议。针对行业问题，提高设备安全性和可靠性，降低运维成本，应采用视情维修策略，根据机组设备健康状态自主化安排检修计划。希望通过外部合作推动行业发展，并进行持续的技术优化与推动。