快速闸门智能故障诊断方法

本技术属于故障诊断，更具体地，涉及一种快速闸门智能故障诊断方法。

背景技术：

1、快速闸门是水利水电工程中至关重要的安全防护核心设备，其核心功能为在机组故障、管路破裂、甩负荷等突发工况下，快速关闭实现断流止水，防止机组飞逸、水流倒灌、水淹厂房，保障水工建筑物及机电设备的安全。快速闸门的可靠运行依赖于闸门本体机械结构、液压启闭执行机构、电气控制系统三大子系统的协同联动，任一子系统出现故障，均可能引发整机启闭失效，甚至丧失紧急断流的核心功能。

2、现有快速闸门的故障诊断主要采用人工经验巡检和单一参数监测的方式，该技术方案主要依赖运维人员的现场经验判断，诊断效率低、主观性强，故障识别精度差，现有技术仅监测液压系统油压或电气系统电流等单一参数，无法进行提前预警，且实现全维度参数的同步采集与融合分析，容易错失最佳处置时机，极易引发安全事故。最重要的是故障溯源能力不足，对耦合故障仅能发现故障现象，无法精准定位故障根源，导致故障处置不彻底，易出现故障反复发生的问题。现有技术中，也有部分针对闸门故障的监测装置，但均为单一功能的监测模块，无系统化的诊断逻辑和溯源算法，无法解决上述技术问题。

3、综上所述，现有快速闸门的故障诊断方法诊断精度较低。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种快速闸门智能故障诊断方法，旨在解决现有快速闸门的故障诊断方法依赖人工经验且仅监测单一参数导致的诊断精度较低的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本技术提供了一种快速闸门智能故障诊断方法，包括：

3、采集三个子系统的运行特征参数，所述三个子系统包括快速闸门本体机械结构、液压启闭执行机构和电气控制系统；

4、基于所述运行特征参数，依次执行一级阈值比对诊断、二级特征值匹配诊断和三级耦合逻辑溯源诊断，获得诊断结果；

5、所述一级阈值比对诊断包括：将所述运行特征参数与预设参数安全阈值范围进行比对，若参数超出安全阈值范围，判定为显性故障，并输出故障类型和故障位置；

6、所述二级特征值匹配诊断包括：对未触发阈值异常但存在参数波动的运行特征参数，提取波动特征值，构建故障特征图谱，将故障特征图谱与预设故障特征数据库中的隐性故障特征样本进行相似度匹配，当相似度达到预设匹配阈值时，判定为隐性故障，并根据匹配度完成故障等级定级；

7、所述三级耦合逻辑溯源诊断包括：当检测到至少两个子系统的运行特征参数同时出现异常，且单一故障处置后异常未消除时，基于三个子系统的联动运行机理构建故障因果逻辑链，通过反向推理与联合概率计算，定位耦合故障的根源节点；

8、根据所述诊断结果，生成对应的故障处置策略。

9、本技术通过构建涵盖显性故障、隐性故障和耦合故障的“阈值触发–特征匹配–机理溯源”三级递进智能诊断模型，改变传统单一阈值判断的诊断模式，其中，一级阈值比对诊断能够对参数超限的显性故障实现快速识别，直接输出故障类型和故障位置，响应速度快；二级特征值匹配诊断针对未触发阈值但存在波动趋势的参数进行特征图谱匹配，能够在故障尚未爆发前识别出隐性故障并完成等级定级，实现故障发生前的早期预警，解决现有技术对隐性故障漏判的问题；三级耦合逻辑溯源诊断通过构建三个子系统的故障因果逻辑链，结合反向推理与联合概率计算，能够精准定位多系统耦合故障的根源节点，解决现有技术中耦合故障仅能发现现象而无法溯源的根本性缺陷。同时，根据诊断结果自动生成故障处置策略，形成从“故障识别”到“故障处置”的自动化响应闭环，实现从“故障发生后报警”向“故障发生前预警、故障发生后溯源”的智能跃升，提升快速闸门的故障诊断精度，进而提升快速闸门的运行可靠性和应急处置能力。

10、根据本技术提供的一种快速闸门智能故障诊断方法，所述采集三个子系统的运行特征参数，包括：

11、采集门叶振动幅值与频率、导轨与滑块的摩擦阻力值、止水装置的渗漏量、门叶垂直度偏差值、门槽淤积厚度、吊耳轴的转动扭矩值、液压系统油压值、油缸进出口压差、液压油温、液压油清洁度、蓄能器氮气压力值、油泵电机转速与电流值、液压管路流量值、可编程逻辑控制器（programmable logic controller，plc）输入输出信号幅值、行程传感器反馈值、限位开关通断状态、变频器运行电流与电压值、不间断电源（uninterruptible powersupply，ups）备用电源电压值和电磁干扰强度值。

12、本技术限定三个子系统所采集的具体运行特征参数列表，涵盖了机械、液压、电气三个维度共19项关键参数。该参数列表覆盖了快速闸门故障高发特征点位的核心运行指标——机械方面包括门叶振动、导轨摩擦阻力、止水渗漏量等反映结构健康状态的参数；液压方面包括油压值、油缸进出口压差、蓄能器氮气压力等反映液压系统运行状态的参数；电气方面包括plc信号、行程反馈、变频器运行状态等反映控制系统工作状态的参数。这些参数均为与快速闸门故障直接相关的关键特征参数，无冗余采集，既保证了诊断所需的数据全面性和精度，又降低了数据处理压力，使三级递进诊断模型能够基于充分、准确的多维度数据进行故障识别、预测和溯源，从而有效提升故障识别的准确率，降低漏判率和误判率。

13、根据本技术提供的一种快速闸门智能故障诊断方法，所述方法还包括：

14、对所述运行特征参数进行滤波降噪、异常值剔除和归一化处理。

15、本技术对运行特征参数进行滤波降噪、异常值剔除和归一化处理的预处理步骤。快速闸门运行环境恶劣，采集的原始参数不可避免地受到水流冲击、电磁干扰、泥沙冲蚀等外界因素的干扰，包含大量无效噪声和异常数据。通过滤波降噪可有效剔除水流湍振等引起的高频毛刺信号，通过异常值剔除可根据传感器物理极限过滤明显错误的数值，通过归一化处理可将压力、流量、电流等不同量纲的参数值映射到同一数值区间，消除量纲差异对后续特征匹配和概率计算的影响。该预处理步骤有效提升了输入诊断模型的参数数据质量，保障了后续三级诊断的准确性和可靠性，使诊断结果更加精准可信。

16、根据本技术提供的一种快速闸门智能故障诊断方法，所述基于三个子系统的联动运行机理构建故障因果逻辑链，通过反向推理与联合概率计算，定位耦合故障的根源节点，包括：

17、基于快速闸门的运行机理构建贝叶斯网络与故障树融合的因果关联模型，所述因果关联模型用于表征三个子系统的联动关系；

18、基于所述因果关联模型，通过反向推理与联合概率计算，追溯首个出现异常的参数对应的故障点位，即为耦合故障的根源节点。

19、本技术基于快速闸门的运行机理构建贝叶斯网络与故障树融合的因果关联模型，该模型能够系统性地表征快速闸门三大子系统之间的联动故障传播关系——闸门本体机械故障会导致液压机构负载增大，引发液压参数异常；液压机构故障会导致电气控制系统反馈信号失真，引发电气参数异常；电气控制系统故障会导致液压机构误动作，加剧机械结构磨损。基于该因果关联模型进行反向推理与联合概率计算，能够从多系统同时异常的复杂表象中，追溯首个出现异常的参数节点并定位为耦合故障的根源。与现有技术相比，该方法使耦合故障的溯源过程从依赖人工经验的主观判断转变为基于概率推理的定量分析，大幅提升了耦合故障根源定位的精准性和可靠性，使故障处置更加彻底，有效避免故障反复发生。

20、根据本技术提供的一种快速闸门智能故障诊断方法，所述故障等级包括轻度故障、中度故障和重度故障，其中：

21、轻度故障为不影响闸门正常启闭的隐性小故障，仅发出预警提示；

22、中度故障为影响闸门启闭效率但不丧失核心功能的故障，发出声光预警并推送处置建议；

23、重度故障为导致闸门启闭失效或紧急断流功能丧失的故障或耦合故障，发出紧急声光预警，同步触发联动执行单元的应急保护动作，所述应急保护动作包括：液压系统卸压、油泵停机、电气控制系统断电保护、闸门紧急落门或保位。

24、本技术将故障划分为轻度、中度和重度三个等级，并针对不同等级匹配不同强度的预警信号和处置动作：轻度故障仅推送预警提示，不影响正常运行，避免过度反应；中度故障触发声光预警并推送处置建议，引导运维人员及时介入；重度故障及耦合故障触发紧急声光预警并同步执行液压系统卸压、油泵停机、电气断电保护、闸门紧急落门或保位等应急保护动作，实现设备的自动安全防护。该分级处置机制实现了“小故障提示、中故障处置、大故障应急保护”的全流程差异化管控，既避免了小故障因无预警而演变为大事故，又防止了大故障因响应不及时而导致闸门启闭失效、机组飞逸、水淹厂房等严重安全事故，同时应急保护动作与快速闸门原有保护系统联动协调，无冲突、无干扰，安全性高。

25、根据本技术提供的一种快速闸门智能故障诊断方法，所述方法还包括：

26、在完成诊断后，将诊断的故障参数、故障类型、处置结果存入所述预设故障特征数据库。

27、本技术在每次诊断完成后将故障参数、故障类型和处置结果存入预设的故障特征数据库，使故障特征数据库能够随着运行时间的推移不断积累新的故障案例数据，持续扩充故障特征样本库的覆盖范围，丰富隐性故障和耦合故障的特征样本维度。数据库样本的持续积累为后续的二级特征值匹配诊断提供了更加丰富的匹配参照基准，同时也为三级耦合故障溯源诊断中的因果模型提供了更多的验证与优化数据，使诊断模型的识别精度和溯源准确性随运行数据的积累而持续提升，具备自适应性和迭代进化能力，越用越精准。

28、第二方面，本技术提供一种快速闸门智能故障诊断装置，包括：

29、采集模块，用于采集三个子系统的运行特征参数，所述三个子系统包括快速闸门本体机械结构、液压启闭执行机构和电气控制系统；

30、诊断模块，用于基于所述运行特征参数，依次执行一级阈值比对诊断、二级特征值匹配诊断和三级耦合逻辑溯源诊断，获得诊断结果；

31、所述一级阈值比对诊断包括：将所述运行特征参数与预设参数安全阈值范围进行比对，若参数超出安全阈值范围，判定为显性故障，并输出故障类型和故障位置；

32、所述二级特征值匹配诊断包括：对未触发阈值异常但存在参数波动的运行特征参数，提取波动特征值，构建故障特征图谱，将故障特征图谱与预设故障特征数据库中的隐性故障特征样本进行相似度匹配，当相似度达到预设匹配阈值时，判定为隐性故障，并根据匹配度完成故障等级定级；

33、所述三级耦合逻辑溯源诊断包括：当检测到至少两个子系统的运行特征参数同时出现异常，且单一故障处置后异常未消除时，基于三个子系统的联动运行机理构建故障因果逻辑链，通过反向推理与联合概率计算，定位耦合故障的根源节点；

34、生成模块，用于根据所述诊断结果，生成对应的故障处置策略。

35、第三方面，本技术提供一种电子设备，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的快速闸门智能故障诊断方法。

36、第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，当计算机程序在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的快速闸门智能故障诊断方法。

37、第五方面，本技术提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所描述的快速闸门智能故障诊断方法。

38、可以理解的是，上述第二方面至第五方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

39、总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

40、本技术通过构建涵盖显性故障、隐性故障和耦合故障的“阈值触发–特征匹配–机理溯源”三级递进智能诊断模型，改变传统单一阈值判断的诊断模式，其中，一级阈值比对诊断能够对参数超限的显性故障实现快速识别，直接输出故障类型和故障位置，响应速度快；二级特征值匹配诊断针对未触发阈值但存在波动趋势的参数进行特征图谱匹配，能够在故障尚未爆发前识别出隐性故障并完成等级定级，实现故障发生前的早期预警，解决现有技术对隐性故障漏判的问题；三级耦合逻辑溯源诊断通过构建三个子系统的故障因果逻辑链，结合反向推理与联合概率计算，能够精准定位多系统耦合故障的根源节点，解决现有技术中耦合故障仅能发现现象而无法溯源的根本性缺陷。同时，根据诊断结果自动生成故障处置策略，形成从“故障识别”到“故障处置”的自动化响应闭环，实现从“故障发生后报警”向“故障发生前预警、故障发生后溯源”的智能跃升，提升快速闸门的故障诊断精度，进而提升快速闸门的运行可靠性和应急处置能力。