1 故障诊断的定义及意义
1.1 故障诊断的定义
故障诊断包括工况监视与故障诊断，从系统分析观点出发，工况监视与故障诊断可以理解为识别机械设备状态的科学，也就是说利用检测方法和监视诊断手段（包括不断发展的信息科学与系统辨识的新方法），从所监测的信息特征判别系统的工况状态。它的最终目的是提高设备效率、运行可靠性、分析故障形成原因，以防患于未然。
1.2 故障诊断的意义
利用计算机对水电机组的状态进行在线监测，能够实时了解机组的运行参数、当前工作状况，及时发现事故隐患，并能进行报警监测和事故追忆，更能高速瞬时保存大量异常信息，便于进行事故分析，确保了机组运行的安全、可靠，并可使计划检修过渡到状态检修，降低设备维修费用，提高机组运行效率。同理，泵站作为水利工程的重要组成部分，在排洪、灌溉、调水以及城市供水、工业用水、航运、发电等许多方面发挥了极为重要的作用，同样的技术应用于其设备，将会大大提高泵站运行的可靠性及效率。
2 故障诊断的主要内容
故障诊断的主要环节有特征信号检测、信号特征分析与特征量选择、工况状态识别、故障诊断，这几个环节是相辅相成的。具体流程见图1。
其中，特征信号检测这一环节是基础。特征信号蕴含了能实时采集的、且能敏感地反应工况状态变化的信息，后面的环节会对这些信号进行识别和分析，得到有效信息，为故障诊断提供依据。目前，一般采用振动、温度、压力等信号。这些信号由相应的传感器检测并成为模拟信号，经过适当的调整如交、直流分离，滤波，放大，达到A/D转换的要求，最终经过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，供计算机分析与处理。
鉴于直接检测信号大都是随机信号，它包括了大量的与故障无关的信息，一般不宜作判别量。需要用现代信号分析和数据处理方法把直接检测信号转换为能表达工况状态的特征量。对于某些具有规律的信号，也可从波形结构上提取特征量[2]。这就是第二环节的任务。特征分析首先是选用合适的仪器和信号处理方法，找到工况状态与特征量的关系，把反映故障的特征信息和与故障无关的特征信息分离开来，达到“去伪存真”的目的；然后，选择对工况状态最敏感的特征量达到“去粗取精”的目的。常用作特征分析的方法有频域分析、时域分析、统计分析、小波分析及波形结构分析等等。这些方法都已有较成熟的理论和应用基础。
工况状态识别就是状态分类问题，分类与诊断往往是一个概念，从工程实际来说，可把“分类”分成监视与诊断两个问题，工况监视的任务是分析工况状态和区分工况状态是正常还是异常，或者哪一部分不正常，便于进行运行管理，主要是基于数字量的分析；故障诊断是从异常状态出发，要求查明故障部位和原因，而机械故障往往是多种状态并存，属于多类状态之别，诊断技术不仅要用到数字量分析、逻辑推理，还要用到神经网络和专家系统等方法[3]。上述的方法均有较深的理论基础。如想将它们应用到故障诊断中，则弄清机械设备的故障类型及相应的特征量的联系是前提。这也为一、二环节中特征信号及特征量的选择提供了依据。
3 泵站的故障诊断
对于泵站，故障诊断可依上述环节进行，并可参照目前水电机组的故障诊断模式及所用方法。但首要任务是需整理、归纳水泵机组的故障类型，分析水泵机组故障产生的机理及特征，得到各类故障相应的特征信息。有了故障类型和故障特征信息的对应关系，我们就可以从它们出发确定检测对象、检测方法、特征信号及其分析方法等。但故障类型与故障特征信息并不是简单一一对应的关系，也就是说，一种故障类型可能有多个特征信息表现，而不同的故障类型也可能有相同的特征量，当经过前两个环节特征信息被提取出来后则需要模糊诊断、神经网络、专家系统等方法来分析、诊断，从而预测或诊断出机组故障问题，并及时进行处理。对于这些诊断方法，事先知道了某信号特征和设备的状态和某种故障的依赖关系，就可调试这些诊断方法，从而得到更好的诊断效果。
如前所述，不同的故障类型有不同的故障特征与之相对应，也就是说，故障类型不同，其故障特征量也不同。即使是同一种故障类型，当其环境条件（包括故障主体）发生变化时，其故障特征量也不同，因此，故障特征量一般通过理论分析和实验的方法来确定。在理论分析方面，对水泵机组的故障类型的分析可参考对水轮发电机组的故障分析。
例如，对水轮发电机组来说，它的故障包括转子轴承的故障、过流部件的故障和发电机部分等的故障。其中转子轴承可能发生的故障有：轴承间距过大，转动部件松动，电磁不平衡，轴承瓦面磨损，转动不平衡，机组中心不对中，转动部件与固定部件碰磨等，能反映这些故障的特征量有：转频、轴心轨迹类型、时域曲线类型、幅值与转速关系、上导与下导轴承处摆度、瓦温、轴振信号中50Hz或100Hz频率成分、振动信号幅值与负荷关系、2倍转频、轴两端出现径向振动的相位、1倍频幅值增大速度、2倍频、油膜是否稳定。因此在收集有关转子轴承故障的特征数据样本时，就可从上面这些特征量入手，收集各个故障的特征值，从而得到轴承各故障与各特征量的关系。
4 结语
对水泵机组的故障分析可按上述步骤来进行，初步可确定泵的故障部位是过流部件（可分为吸入室、叶轮和压出室）及电动机等，对于具体的故障分析需结合泵的常见故障及产生机理来进行。故只有整理、归纳好水泵机组的故障类型，分析清楚故障产生的机理及特征，才能将故障诊断学顺利地应用到泵站设备中。
参考文献
[1]钟秉林、黄仁，机械故障诊断学, 机械工业出版社，1997.12.
[2]李国华、张永忠，机械故障诊断学，化学工业出版社，1999.1.
[3]匡美珍，神经网络在水轮发电机组故障诊断系统中的应用，学士学位论文，2004.6.
[4]沙毅、闻建龙，泵与风机,中国科技技术大学出版社，2005.8.
作者简介
乔振杰（1981-），男（汉族），大学本科，助理工程师。