南理工_電氣設(shè)備故障診斷課程_第1章緒論

1、單梁南京理工大學(xué)南京理工大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系自動(dòng)化學(xué)院電氣工程系1 單單 梁梁辦公室電話：辦公室電話：8431514784315147辦公室地點(diǎn)：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)樓辦公室地點(diǎn)：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)樓338338E-mailE-mail：課件下載郵箱：課件下載郵箱：Key: sl100823課程任務(wù)和性質(zhì)課程任務(wù)和性質(zhì) 本課程為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。本課程為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)選修課程。 基礎(chǔ)課程基礎(chǔ)課程：電路、模電、電力電子技術(shù)：電路、模電、電力電子技術(shù) 課程任務(wù)課程任務(wù)： 以電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用為目標(biāo)，介紹各類電氣設(shè)備故障的以電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用為目標(biāo)，介紹各類電氣設(shè)備故障的

2、診斷方法。診斷方法。 電氣設(shè)備故障診斷技術(shù).張建文.北京：中國(guó)水利水電出版社，2006.電氣絕緣在線檢測(cè)技術(shù).嚴(yán)璋.北京：高等教育出版社，1998.電氣設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù).朱德恒.北京：中國(guó)電力出版社，2009.45 考查形式：考查形式：平時(shí)平時(shí) 40考試（開卷）考試（開卷）601、緒論2、電氣絕緣基礎(chǔ)理論3、電力設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)4、電氣設(shè)備在線檢測(cè)與故障診斷5、紅外紫外及激光成像技術(shù)的應(yīng)用6、故障診斷新理論新方法7、籠型異步電機(jī)故障的信息融合診斷方法6主要內(nèi)容及安排主要內(nèi)容及安排1.1、故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及作用1.2、故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展簡(jiǎn)況1.3、故障診斷技術(shù)的構(gòu)成與發(fā)展趨

3、勢(shì)1.4、電氣設(shè)備故障診斷技術(shù)71 1、緒論、緒論第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用 故障診斷：根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息查找故障源,并確定相應(yīng)決策的一門綜合性的新興科學(xué)。功能：能實(shí)現(xiàn)設(shè)備在帶負(fù)載、不停機(jī)的情況下，通過使用先進(jìn)的技術(shù)手段，對(duì)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，判斷設(shè)備是否存在異?；蚬收?、故障的部位和原因以及故障的劣化趨勢(shì)等，以確定合理的檢修時(shí)間和方案。8電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題電廠電廠電力網(wǎng)用戶用戶系統(tǒng)瞬間改變系統(tǒng)瞬間改變 發(fā)電、輸電和用電過程構(gòu)成了不可分割的整體，任何環(huán)發(fā)電、輸電和用電過程構(gòu)成了不可分割的整體，任何環(huán)節(jié)發(fā)生故障都有可能引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。節(jié)發(fā)生

4、故障都有可能引起鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的崩潰。 第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用歷史上的大停電事故歷史上的大停電事故1965年由于保護(hù)繼電器動(dòng)作失靈導(dǎo)致的美國(guó)紐約大停年由于保護(hù)繼電器動(dòng)作失靈導(dǎo)致的美國(guó)紐約大停電，造成近電，造成近30億美元經(jīng)濟(jì)損失，億美元經(jīng)濟(jì)損失，50多萬人被困在地下多萬人被困在地下和地鐵的車廂里。和地鐵的車廂里。 1989年年3月月6日太陽(yáng)出現(xiàn)過一次強(qiáng)度達(dá)的日太陽(yáng)出現(xiàn)過一次強(qiáng)度達(dá)的X15級(jí)耀斑，伴級(jí)耀斑，伴隨產(chǎn)生的太陽(yáng)風(fēng)暴導(dǎo)致加拿大電力輸送中斷，隨產(chǎn)生的太陽(yáng)風(fēng)暴導(dǎo)致加拿大電力輸送中斷，600萬人萬人斷電斷電9小時(shí)之久，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)小時(shí)之久，經(jīng)濟(jì)

5、損失達(dá)10億美元。億美元。第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用美國(guó)舊金山美國(guó)舊金山1998年年2月月8日日 ， 太平洋天太平洋天然氣電力公司然氣電力公司(PGE)變電站發(fā)生停電事變電站發(fā)生停電事故，故， 所有從圣馬特歐變電站至舊金山所有從圣馬特歐變電站至舊金山的的5條條115 kV輸電線全部跳開，舊金山輸電線全部跳開，舊金山地區(qū)地區(qū)2個(gè)發(fā)電廠解列，個(gè)發(fā)電廠解列，456000多個(gè)用戶多個(gè)用戶停電。停電。舊金山大停電舊金山大停電第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用巴西大停電巴西大停電巴西圣保羅巴西圣保羅 1999年，由于閃電擊中圣保羅的年

6、，由于閃電擊中圣保羅的一個(gè)變電站，變壓器跳閘導(dǎo)致電網(wǎng)解列，引一個(gè)變電站，變壓器跳閘導(dǎo)致電網(wǎng)解列，引起巴西南部地區(qū)停電長(zhǎng)達(dá)起巴西南部地區(qū)停電長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)之久。小時(shí)之久。停電停電波及巴西波及巴西27個(gè)州的個(gè)州的11個(gè)州，停電地區(qū)是巴西個(gè)州，停電地區(qū)是巴西人口和工商業(yè)最密集的地區(qū)人口和工商業(yè)最密集的地區(qū)，直接影響直接影響1.7億億人的正常工作與生活，經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。人的正常工作與生活，經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。由于停電發(fā)生在午間交通高峰由于停電發(fā)生在午間交通高峰時(shí)間，交通燈時(shí)間，交通燈熄滅，引起熄滅，引起嚴(yán)重嚴(yán)重交通堵塞。交通堵塞。 第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用 美國(guó)紐

7、約美國(guó)紐約2002年年3月位于曼哈頓東區(qū)的愛月位于曼哈頓東區(qū)的愛迪生聯(lián)合電廠突然失火，并引燃了用于發(fā)電迪生聯(lián)合電廠突然失火，并引燃了用于發(fā)電的燃油。這起事故造成紐約第的燃油。這起事故造成紐約第14大街以南的大街以南的6.3萬戶居民住宅停電，附近的格林尼治和索萬戶居民住宅停電，附近的格林尼治和索霍等地區(qū)也受到影響。居住在世貿(mào)中心遺址霍等地區(qū)也受到影響。居住在世貿(mào)中心遺址附近的居民又一次感受到了附近的居民又一次感受到了“”時(shí)的時(shí)的恐怖氣氛。駕車者在昏暗的高速公路上小心恐怖氣氛。駕車者在昏暗的高速公路上小心翼翼地行駛，高大建筑內(nèi)的人們?cè)谄岷诘臉且硪淼匦旭?，高大建筑?nèi)的人們?cè)谄岷诘臉堑览锩髦靶?，?/p>

8、邊不時(shí)傳來陣陣警笛聲。道里摸索著前行，耳邊不時(shí)傳來陣陣警笛聲。 紐約大停電（紐約大停電（IIII）第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用菲律賓菲律賓主島呂宋島主島呂宋島2002年年5月月21日由于海日由于海底電纜損壞，引發(fā)大面積停電事故，全國(guó)底電纜損壞，引發(fā)大面積停電事故，全國(guó)人口一半以上受到影響。首都馬尼拉和廣人口一半以上受到影響。首都馬尼拉和廣泛地區(qū)四千多萬人沒有電力供應(yīng)。泛地區(qū)四千多萬人沒有電力供應(yīng)。 這次停電對(duì)菲律賓的商業(yè)運(yùn)作造成重大這次停電對(duì)菲律賓的商業(yè)運(yùn)作造成重大打擊。受停電影響，鐵路系統(tǒng)停頓，數(shù)以打擊。受停電影響，鐵路系統(tǒng)停頓，數(shù)以千計(jì)的乘客被困車廂內(nèi)

9、；菲律賓股票市場(chǎng)千計(jì)的乘客被困車廂內(nèi)；菲律賓股票市場(chǎng)也被迫中斷交易。也被迫中斷交易。 菲律賓大停電菲律賓大停電第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用加州大停電加州大停電 美國(guó)加州美國(guó)加州2002年年1月以及月以及3月連續(xù)兩次發(fā)生全月連續(xù)兩次發(fā)生全州停電事故。為防止整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，加州實(shí)行了州停電事故。為防止整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，加州實(shí)行了二戰(zhàn)后的首次燈火管制，以避免對(duì)電力設(shè)備造成二戰(zhàn)后的首次燈火管制，以避免對(duì)電力設(shè)備造成損害，引發(fā)更大面積的不能控制的斷電事故。電損害，引發(fā)更大面積的不能控制的斷電事故。電力官員稱用電高峰再次對(duì)該州設(shè)備嚴(yán)重老化的電力官員稱用電高峰再次對(duì)該州設(shè)備嚴(yán)

10、重老化的電力系統(tǒng)帶來完全癱瘓的威脅，加州已宣布進(jìn)入力系統(tǒng)帶來完全癱瘓的威脅，加州已宣布進(jìn)入3級(jí)緊急狀態(tài)。級(jí)緊急狀態(tài)。 Cisco、IBM和和Intel等公司擔(dān)心加州能源危等公司擔(dān)心加州能源危機(jī)惡化，正考慮撤離硅谷。加州議會(huì)曾擬定一項(xiàng)機(jī)惡化，正考慮撤離硅谷。加州議會(huì)曾擬定一項(xiàng)4億美元的電力拯救計(jì)劃。億美元的電力拯救計(jì)劃。 第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用 希臘希臘北部地區(qū)北部地區(qū)2002年年6月月12日下午由于氣溫日下午由于氣溫過高，希臘北部最大城市薩洛尼卡附近一座變過高，希臘北部最大城市薩洛尼卡附近一座變電站內(nèi)的變壓器突然發(fā)生爆炸，造成包括該市電站內(nèi)的變壓器突

11、然發(fā)生爆炸，造成包括該市在內(nèi)的大部分希臘北部地區(qū)供電中斷。發(fā)生長(zhǎng)在內(nèi)的大部分希臘北部地區(qū)供電中斷。發(fā)生長(zhǎng)達(dá)一個(gè)多小時(shí)的嚴(yán)重停電事故，造成許多城市達(dá)一個(gè)多小時(shí)的嚴(yán)重停電事故，造成許多城市交通癱瘓，通訊系統(tǒng)無法正常工作。交通癱瘓，通訊系統(tǒng)無法正常工作。 瑞典瑞典首都斯德哥爾摩于首都斯德哥爾摩于2002年年3月月11日開始，日開始，由于地下隧道的輸電電纜被燒毀，連續(xù)兩天發(fā)由于地下隧道的輸電電纜被燒毀，連續(xù)兩天發(fā)生大面積停電事件，造成許多工廠停產(chǎn)，嚴(yán)重生大面積停電事件，造成許多工廠停產(chǎn)，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ?。影響了?dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ睢?英國(guó)英國(guó)南部萊斯特郡南部萊斯特郡5月月11日發(fā)生大面積停電

12、。日發(fā)生大面積停電。 2萬多戶家庭連續(xù)幾天生活在黑暗中。萬多戶家庭連續(xù)幾天生活在黑暗中。 附近的附近的肯特郡、肯特郡、 薩塞克斯郡和薩里郡的薩塞克斯郡和薩里郡的3.1萬戶家庭萬戶家庭的斷電現(xiàn)象則持續(xù)了更長(zhǎng)一段時(shí)間。的斷電現(xiàn)象則持續(xù)了更長(zhǎng)一段時(shí)間。 第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用 在我國(guó)，近在我國(guó)，近20年來各大電網(wǎng)中規(guī)模較大的停電事故約有年來各大電網(wǎng)中規(guī)模較大的停電事故約有140余起，每次損失數(shù)以億計(jì)。近幾年事故次數(shù)雖有所下降。余起，每次損失數(shù)以億計(jì)。近幾年事故次數(shù)雖有所下降。但其規(guī)模和造成的損失卻大幅度擴(kuò)大和上升。隨著全國(guó)電但其規(guī)模和造成的損失卻大幅度擴(kuò)大

13、和上升。隨著全國(guó)電網(wǎng)的形成，電力系統(tǒng)重大事故也更將危及到我國(guó)國(guó)家安全。網(wǎng)的形成，電力系統(tǒng)重大事故也更將危及到我國(guó)國(guó)家安全。 第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用 臺(tái)灣臺(tái)灣1999年年7月月29日全島發(fā)生五十年來最大的一起停電事日全島發(fā)生五十年來最大的一起停電事故，南北兩條超高壓輸電線路損壞，進(jìn)而引發(fā)連鎖反應(yīng)，造故，南北兩條超高壓輸電線路損壞，進(jìn)而引發(fā)連鎖反應(yīng)，造成臺(tái)中電廠、通霄電廠、林口電廠、協(xié)和電廠、深澳電廠以成臺(tái)中電廠、通霄電廠、林口電廠、協(xié)和電廠、深澳電廠以及核能一、二、三廠全部跳閘，總跳機(jī)電量高達(dá)及核能一、二、三廠全部跳閘，總跳機(jī)電量高達(dá)1000萬千瓦，萬

14、千瓦，全臺(tái)灣停電用戶高達(dá)全臺(tái)灣停電用戶高達(dá)900萬戶。包括機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、科學(xué)園等敏萬戶。包括機(jī)場(chǎng)、醫(yī)院、科學(xué)園等敏感地區(qū)，都一度陷入停電狀態(tài)。直接經(jīng)濟(jì)損失在感地區(qū)，都一度陷入停電狀態(tài)。直接經(jīng)濟(jì)損失在150 億新臺(tái)億新臺(tái)幣以上幣以上 。新竹科學(xué)園的。新竹科學(xué)園的26座晶片廠生產(chǎn)線因此停頓座晶片廠生產(chǎn)線因此停頓1至至2天，天，每座晶片廠的損失估計(jì)超過每座晶片廠的損失估計(jì)超過5000萬元，由于適逢月底出貨高萬元，由于適逢月底出貨高峰，總計(jì)這次大停電造成新竹科園區(qū)的損失約新臺(tái)幣峰，總計(jì)這次大停電造成新竹科園區(qū)的損失約新臺(tái)幣100億元億元以上。以上。臺(tái)灣大停電臺(tái)灣大停電第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其

15、作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用 遼沈地區(qū)遼沈地區(qū)2001年年2月月22日遭遇最嚴(yán)重日遭遇最嚴(yán)重大面積停電事故，沈陽(yáng)市區(qū)停電面積已經(jīng)大面積停電事故，沈陽(yáng)市區(qū)停電面積已經(jīng)超過超過70%。遼沈停電事故是從高壓輸電線。遼沈停電事故是從高壓輸電線路的燃弧放電開始的。遼沈?yàn)槲覈?guó)重工業(yè)路的燃弧放電開始的。遼沈?yàn)槲覈?guó)重工業(yè)區(qū)，含鹽的空氣污染物附著在絕緣瓷瓶上，區(qū)，含鹽的空氣污染物附著在絕緣瓷瓶上，大霧濕氣使瓷瓶絕緣能力降低，電流沿著大霧濕氣使瓷瓶絕緣能力降低，電流沿著瓷瓶表面爬升，出現(xiàn)閃烙放電現(xiàn)象。遼沈瓷瓶表面爬升，出現(xiàn)閃烙放電現(xiàn)象。遼沈停電事故中，幾乎所有的高壓輸電線路都停電事故中，幾乎所有的高壓輸電線路都

16、“火冒三丈火冒三丈”，停電事故最厲害的就是工，停電事故最厲害的就是工業(yè)集中、污染嚴(yán)重的鐵西區(qū)，該區(qū)全部停業(yè)集中、污染嚴(yán)重的鐵西區(qū)，該區(qū)全部停止了電力供應(yīng)，損失巨大。止了電力供應(yīng)，損失巨大。遼沈大停電遼沈大停電第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用停電原因停電原因城城 市市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 管理不善管理不善設(shè)備故障設(shè)備故障 檢檢 修修 電源不足電源不足 外部因素外部因素氣象影響氣象影響 上上 海海0.06 2.12 45.31 39.17 0.00 10.78 2.56 太太 原原1.63 3.04 16.76 64.710.53 10.31 3.02 長(zhǎng)長(zhǎng) 春春0.

17、40 1.82 14.66 69.26 0.00 8.02 5.84杭杭 州州2.97 4.82 18.44 67.18 0.00 5.34 1.25 廣廣 州州0.00 19.4528.6950.96 0.00 0.00 0.90 西西 寧寧0.04 3.78 49.50 29.19 0.00 17.490.00( % )第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用視頻視頻1視頻視頻2 19811990年間，我國(guó)主要電網(wǎng)有近年間，我國(guó)主要電網(wǎng)有近1/3的電網(wǎng)事故的的電網(wǎng)事故的直接起因是設(shè)備故障損壞所造成的，而在直接起因是設(shè)備故障損壞所造成的，而在“八五八五”期間，期間，

18、由設(shè)備故障直接引發(fā)的電網(wǎng)事故占事故總量的由設(shè)備故障直接引發(fā)的電網(wǎng)事故占事故總量的26.3%， 可可見提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。見提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。 現(xiàn)代電力設(shè)備的可靠性在很大程度上取決于其絕緣的現(xiàn)代電力設(shè)備的可靠性在很大程度上取決于其絕緣的可靠性?？煽啃?。 第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用2122第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用 長(zhǎng)期以來，由于人們無法準(zhǔn)確掌握設(shè)備運(yùn)行情況，因而不長(zhǎng)期以來，由于人們無法準(zhǔn)確掌握設(shè)備運(yùn)行情況，因而不能預(yù)知事故的發(fā)生，所以不得不采取兩種維修對(duì)策

19、：能預(yù)知事故的發(fā)生，所以不得不采取兩種維修對(duì)策：1 1）等設(shè)備壞了再維修，稱為事后維修）等設(shè)備壞了再維修，稱為事后維修 這種辦法的問題是經(jīng)濟(jì)損失很大。因?yàn)榈仍O(shè)備運(yùn)行到破壞這種辦法的問題是經(jīng)濟(jì)損失很大。因?yàn)榈仍O(shè)備運(yùn)行到破壞為止，往往需要昂貴的維修費(fèi)用；災(zāi)難性的損壞需要更換設(shè)備為止，往往需要昂貴的維修費(fèi)用；災(zāi)難性的損壞需要更換設(shè)備，還可能造成人員傷亡。，還可能造成人員傷亡。2 2）定期檢修設(shè)備，稱為預(yù)防維修）定期檢修設(shè)備，稱為預(yù)防維修 有一定的計(jì)劃性和預(yù)防性，但其缺點(diǎn)是如無故障，則經(jīng)濟(jì)有一定的計(jì)劃性和預(yù)防性，但其缺點(diǎn)是如無故障，則經(jīng)濟(jì)消耗較大。消耗較大。 因此合理的維修應(yīng)是預(yù)知性維修。即在設(shè)備故障

20、出現(xiàn)的早因此合理的維修應(yīng)是預(yù)知性維修。即在設(shè)備故障出現(xiàn)的早期就監(jiān)測(cè)隱患，提早預(yù)報(bào)，以便適時(shí)、合理地采取措施。故障期就監(jiān)測(cè)隱患，提早預(yù)報(bào)，以便適時(shí)、合理地采取措施。故障在線診斷技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。在線診斷技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。 23第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用 故障診斷的作用主要有：故障診斷的作用主要有：1 1）早期預(yù)報(bào)，防止事故發(fā)生；）早期預(yù)報(bào)，防止事故發(fā)生；2 2）預(yù)知性維修，提高設(shè)備管理水平；）預(yù)知性維修，提高設(shè)備管理水平；3 3）方便檢修，縮短了維修時(shí)間，提高設(shè)備利用率；）方便檢修，縮短了維修時(shí)間，提高設(shè)備利用率；4 4）對(duì)提高設(shè)備地設(shè)計(jì)制造水平，改善產(chǎn)品質(zhì)量

21、有指）對(duì)提高設(shè)備地設(shè)計(jì)制造水平，改善產(chǎn)品質(zhì)量有指導(dǎo)意義。導(dǎo)意義。 作用：減少了事故停機(jī)損失；提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益；降低了維修費(fèi)用。其優(yōu)越性已為越來越多的所共識(shí)，進(jìn)而得到重視。 24第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用可靠性：指設(shè)備在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)、規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力。 可靠性定義的可靠性定義的三要素三要素： 規(guī)定的條件、規(guī)定的條件、 規(guī)定的時(shí)間、規(guī)定的時(shí)間、 規(guī)定的功能。規(guī)定的功能。25第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用規(guī)定時(shí)間規(guī)定時(shí)間：系統(tǒng)的可靠性與規(guī)定的時(shí)間也密切相關(guān)：系統(tǒng)的可靠性與規(guī)定的時(shí)間也密切相關(guān)。系

22、統(tǒng)的可靠性將隨時(shí)間的推移而降低。系統(tǒng)的可靠性將隨時(shí)間的推移而降低。規(guī)定功能規(guī)定功能：規(guī)定的功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的可靠性越低。：規(guī)定的功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的可靠性越低。條件條件：環(huán)境的溫度、濕度、氣壓、加速度等。：環(huán)境的溫度、濕度、氣壓、加速度等。功能功能：預(yù)定性能和指標(biāo)。：預(yù)定性能和指標(biāo)?？煽啃钥煽啃砸?guī)定條件規(guī)定條件：系統(tǒng)的可靠性與規(guī)定的條件關(guān)系密切，：系統(tǒng)的可靠性與規(guī)定的條件關(guān)系密切，同一系統(tǒng)在不同的運(yùn)行條件下的可靠性完全不同。同一系統(tǒng)在不同的運(yùn)行條件下的可靠性完全不同。 第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用26設(shè)不可維修系統(tǒng)設(shè)不可維修系統(tǒng)S S由由n n個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)串聯(lián)組

23、成。個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)串聯(lián)組成。 任何一個(gè)子系統(tǒng)失效都會(huì)引起系統(tǒng)任何一個(gè)子系統(tǒng)失效都會(huì)引起系統(tǒng)S S的失效的失效，那么系統(tǒng)，那么系統(tǒng)S S的壽命的壽命T T為：為： T Tmin(Tmin(T1 1, T, T2 2, , , T, Tn n) )S1S2Sn.串聯(lián)系統(tǒng)概念圖27 串聯(lián)系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng)S S的可靠度為：的可靠度為：串聯(lián)系統(tǒng)串聯(lián)系統(tǒng)S S的失效率為：的失效率為：表明表明：串聯(lián)系統(tǒng)的失效率等于所有子系統(tǒng)失效率的：串聯(lián)系統(tǒng)的失效率等于所有子系統(tǒng)失效率的總和?？偤?。121211( )min( , , ., ), , ., ()( )nnnniiiiR tPTTTtP Tt TtTtP TtR t

24、 1( )( )niitt28設(shè)系統(tǒng)設(shè)系統(tǒng)S S由由n n個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)并聯(lián)組成。個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)并聯(lián)組成。S1S2Sn并聯(lián)系統(tǒng)概念圖29 由由n n個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)并聯(lián)組成，只有所有部件均失效時(shí)系統(tǒng)個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng)并聯(lián)組成，只有所有部件均失效時(shí)系統(tǒng)才會(huì)失效。因此系統(tǒng)才會(huì)失效。因此系統(tǒng)S S的壽命的壽命T T為：為： T Tmax(Tmax(T1 1, T, T2 2, , , T, Tn n) ) 并聯(lián)系統(tǒng)并聯(lián)系統(tǒng)S S的可靠度為：的可靠度為：表明：并聯(lián)系統(tǒng)隨著子系統(tǒng)的增加，系統(tǒng)的可靠度表明：并聯(lián)系統(tǒng)隨著子系統(tǒng)的增加，系統(tǒng)的可靠度將單調(diào)遞增。將單調(diào)遞增。1211( )max( , , ., )1()11(

25、 )nnniiiiR tPTTTtP TtR t 30“浴盆”曲線： 故障率與使用壽命之間的關(guān)系。 重新進(jìn)入穩(wěn)定期重新進(jìn)入穩(wěn)定期31第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用統(tǒng)計(jì)表明，多數(shù)不可修復(fù)設(shè)備的故障率與時(shí)間的關(guān)系呈浴盆統(tǒng)計(jì)表明，多數(shù)不可修復(fù)設(shè)備的故障率與時(shí)間的關(guān)系呈浴盆曲線，起始故障率呈下降趨勢(shì)，之后保持基本恒定，最后呈曲線，起始故障率呈下降趨勢(shì)，之后保持基本恒定，最后呈上升的趨勢(shì)。上升的趨勢(shì)。 0t( ) tIIIIII可靠度與時(shí)間關(guān)系第第I I階段：早期故障期階段：早期故障期( (初期初期) )，反映了設(shè)計(jì)或制造工藝的缺，反映了設(shè)計(jì)或制造工藝的缺陷；陷；第第

26、IIII階段：偶發(fā)故障期（穩(wěn)定期），故障率較低，且近似階段：偶發(fā)故障期（穩(wěn)定期），故障率較低，且近似為常數(shù)；為常數(shù)；第第IIIIII階段：設(shè)備進(jìn)入老化階段（劣化期），故障率呈上升階段：設(shè)備進(jìn)入老化階段（劣化期），故障率呈上升趨勢(shì)。趨勢(shì)。 32電氣設(shè)備的維修體制： 事后維修（breakdown maintenance）： 等到設(shè)備無法正常工作時(shí)再進(jìn)行維修 預(yù)防維修（preventive maintenance）： 預(yù)先制訂計(jì)劃，定期進(jìn)行檢修和更換 狀態(tài)維修（condition/ predictive maintenance）：根據(jù)設(shè)備狀態(tài)來確定維修工作的內(nèi)容和時(shí)間、制定維修方案 當(dāng)修則修 避免了

27、“過渡維修”和當(dāng)修不修33第一節(jié)第一節(jié) 故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生及其作用34第二節(jié)第二節(jié) 故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況20世紀(jì)60年代后期首先在美國(guó)出現(xiàn) 最初的目的是用于對(duì)航天、核能、軍事裝備等進(jìn)行早期異常檢測(cè)。 故障診斷技術(shù)是人們?cè)谏鐣?huì)生產(chǎn)實(shí)踐中付出了沉重的經(jīng)濟(jì)代價(jià)后的產(chǎn)物。35第二節(jié)第二節(jié) 故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況英國(guó)、丹麥、瑞典等國(guó)也相繼開展了此項(xiàng)工作。日本在許多產(chǎn)業(yè)部門也積極開展這方面的研究和應(yīng)用工作，許多技術(shù)得到了成功的應(yīng)用。 第二節(jié)第二節(jié) 故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展簡(jiǎn)況故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展

28、簡(jiǎn)況 1967年，成立美國(guó)機(jī)械故障預(yù)防小組（年，成立美國(guó)機(jī)械故障預(yù)防小組（MFPG）。）。36國(guó)內(nèi)的研究始于20世紀(jì)70年代末期。1983年，國(guó)家在相關(guān)條條例中規(guī)定：“根據(jù)生產(chǎn)需要，逐步采用現(xiàn)代故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，發(fā)展以狀態(tài)維修為基礎(chǔ)的預(yù)防性維修。” 80年代初，國(guó)內(nèi)一些大學(xué)等相繼成立了故障診斷研究室 。目前，國(guó)內(nèi)很多200MW以上的汽輪發(fā)電機(jī)組，都裝有狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛37第二節(jié)第二節(jié) 故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展簡(jiǎn)況故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展簡(jiǎn)況 一、故障診斷技術(shù)的構(gòu)成： 故障診斷機(jī)理的研究：（理化原因等）故障診斷信息學(xué)的研究：（數(shù)據(jù)采集與分析）診斷邏輯和數(shù)學(xué)原理方面的研究：

29、（診斷與決策）四項(xiàng)技術(shù)： 檢測(cè)技術(shù)(采集信號(hào)、參數(shù)) 信號(hào)處理技術(shù) （提取狀態(tài)信息）識(shí)別技術(shù) （分析、判斷）預(yù)測(cè)技術(shù) （決策和預(yù)測(cè)）38第三節(jié)第三節(jié) 故障診斷技術(shù)的構(gòu)成與發(fā)展趨勢(shì)故障診斷技術(shù)的構(gòu)成與發(fā)展趨勢(shì) 工況監(jiān)測(cè)： 對(duì)反映設(shè)備或系統(tǒng)工作狀態(tài)的信息進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)時(shí)掌握設(shè)備基本工作狀態(tài)。 一般所謂的工況監(jiān)測(cè)實(shí)際上就是狀態(tài)監(jiān)測(cè)。（condition monitoring ）狀態(tài)監(jiān)測(cè)： 又稱為簡(jiǎn)易診斷，通過監(jiān)測(cè)結(jié)果與設(shè)定閾值之間的對(duì)比，僅對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)作出正常、異?；蚬收系呐袛?，而對(duì)故障的性質(zhì)、嚴(yán)重程度等不予或無法進(jìn)行更加深入的診斷。39第三節(jié)第三節(jié) 故障診斷技術(shù)的構(gòu)成與發(fā)展趨勢(shì)故障診斷技

30、術(shù)的構(gòu)成與發(fā)展趨勢(shì) 40第三節(jié)第三節(jié) 故障診斷技術(shù)的構(gòu)成與發(fā)展趨勢(shì)故障診斷技術(shù)的構(gòu)成與發(fā)展趨勢(shì) 故障診斷研究仍有一段艱巨的路程要走。故障診斷研究仍有一段艱巨的路程要走。目前和今后的主要研究可歸納為：目前和今后的主要研究可歸納為： 多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)；多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)； 在線實(shí)時(shí)故障檢測(cè)算法；在線實(shí)時(shí)故障檢測(cè)算法； 混合智能故障診斷技術(shù)；混合智能故障診斷技術(shù)； 基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程協(xié)作診斷技術(shù)；基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程協(xié)作診斷技術(shù)； 以故障監(jiān)測(cè)及分離為核心的容錯(cuò)控制、監(jiān)控系統(tǒng)和可以故障監(jiān)測(cè)及分離為核心的容錯(cuò)控制、監(jiān)控系統(tǒng)和可信性系統(tǒng)研究等。信性系統(tǒng)研究等。多信息量融合，多層次診斷集成多信息量融合，多層

31、次診斷集成集成知識(shí)庫(kù)中的各種診斷知識(shí)集成知識(shí)庫(kù)中的各種診斷知識(shí)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中的各種故障數(shù)據(jù)，按照不同的故障情況進(jìn)行綜合分析、判斷，定位故障點(diǎn)。主要對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)所得到的信息進(jìn)行融合狀態(tài)監(jiān)測(cè)所得到的信息進(jìn)行融合，結(jié)合層次診斷模型，按照深淺結(jié)合深淺結(jié)合的推理層次進(jìn)行診斷。它進(jìn)一步把狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的信號(hào)監(jiān)測(cè)處理信號(hào)監(jiān)測(cè)處理集成到診斷診斷系統(tǒng)系統(tǒng)中，進(jìn)行在線數(shù)據(jù)處理在線數(shù)據(jù)處理與在線診斷推理在線診斷推理，實(shí)現(xiàn)非實(shí)時(shí)診斷到實(shí)時(shí)診斷實(shí)時(shí)診斷的轉(zhuǎn)變，也實(shí)現(xiàn)信息診斷與信息診斷與智能診斷智能診斷的統(tǒng)一。41基于集成型智能系統(tǒng)的診斷方法基于集成型智能系統(tǒng)的診斷方法 隨著電機(jī)設(shè)備系統(tǒng)復(fù)雜,依靠單一的故障診斷技術(shù)單一的故障診

32、斷技術(shù)已難滿足復(fù)雜電機(jī)設(shè)備的故障診斷要求,因此上述各種診斷各種診斷技術(shù)集成起來技術(shù)集成起來形成的集成智能診斷系統(tǒng)成為當(dāng)前電機(jī)設(shè)備故障診斷研究的熱點(diǎn)。主要的集成技術(shù)有: 基于規(guī)則的專家系統(tǒng)與ANN的結(jié)合, 模糊邏輯與ANN的結(jié)合, 混沌理論與ANN的結(jié)合, 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)的結(jié)合。42基于集成型智能系統(tǒng)的診斷方法基于集成型智能系統(tǒng)的診斷方法 如：專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合能充分利用專家系統(tǒng)的專家經(jīng)驗(yàn)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線性映射能力。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是把人類的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行數(shù)人類的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行數(shù)字化字化的模糊處理,把規(guī)則和推理轉(zhuǎn)換成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的映射處理和直接從數(shù)據(jù)樣

33、本中提取經(jīng)驗(yàn)規(guī)則,然后把這兩種轉(zhuǎn)換結(jié)合起來進(jìn)行智能信息處理的技術(shù)。充分利用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理數(shù)字化知識(shí)的特點(diǎn)和模糊邏輯處理結(jié)構(gòu)化知識(shí)的特點(diǎn)。43遠(yuǎn)程協(xié)作診斷遠(yuǎn)程協(xié)作診斷基于因特網(wǎng)的設(shè)備故障遠(yuǎn)程協(xié)作診斷: 是將設(shè)備診斷技術(shù)設(shè)備診斷技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合， 用若干臺(tái)中心計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器服務(wù)器， 在關(guān)鍵設(shè)備上建立狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)關(guān)鍵設(shè)備上建立狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)， 采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)； 在技術(shù)力量較強(qiáng)的科研院所建立分析診斷中心分析診斷中心， 為企業(yè)提供遠(yuǎn)程技術(shù)支持和保障。44遠(yuǎn)程協(xié)作診斷遠(yuǎn)程協(xié)作診斷應(yīng)重點(diǎn)研究和解決如下幾方面的問題： 遠(yuǎn)程信號(hào)采集與分析； 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸； 基于 數(shù)據(jù)庫(kù)的開放式診

34、斷專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 通用標(biāo)準(zhǔn)。 45診斷與控制相結(jié)合診斷與控制相結(jié)合把診斷系統(tǒng)診斷系統(tǒng)和控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)進(jìn)一步結(jié)合，達(dá)到集監(jiān)測(cè)、診斷、控制、管理于一身。根據(jù)當(dāng)前設(shè)備的健康狀況決定設(shè)備運(yùn)行方式或策略，最終預(yù)知故障，從而防止故障的發(fā)生，是目前診斷技術(shù)的最高目標(biāo)。 46一、電氣設(shè)備：電力系統(tǒng)中承擔(dān)發(fā)電、變電、輸電及用電作用的高壓設(shè)備。如：發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、 電壓互感器、電流互感器、 電容器、高壓套管、避雷器 以及各種電動(dòng)機(jī)等。47一、電氣設(shè)備：電力電子系統(tǒng)中是以滿足用電要求為目標(biāo)，以電力半導(dǎo)體器件為核心，通過合理的電路拓?fù)浜涂刂品绞?，采用相關(guān)的應(yīng)用技術(shù)對(duì)電能實(shí)現(xiàn)變換和控制的裝置。481 1）AC

35、/DCAC/DC變換器變換器 又稱為整流器。交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能。采用自關(guān)斷器件的高頻又稱為整流器。交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能。采用自關(guān)斷器件的高頻整流器，能使輸入電流波形正弦化，并且跟蹤輸入電壓，做到功率因數(shù)整流器，能使輸入電流波形正弦化，并且跟蹤輸入電壓，做到功率因數(shù)接近接近1 1，正逐步取代相控整流器。，正逐步取代相控整流器。2 2）DC/DCDC/DC變換器變換器 一種直流電能轉(zhuǎn)換為另一種直流電能。一種直流電能轉(zhuǎn)換為另一種直流電能。PWMPWM控制的控制的DC/DCDC/DC變換器，稱變換器，稱為直流斬波器，主要用于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和開關(guān)電源。新的軟開關(guān)為直流斬波器，主要用于直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)和開

36、關(guān)電源。新的軟開關(guān)DC/DCDC/DC變變換器顯著減小了功率器件的開關(guān)損耗和電磁干擾噪聲，提高了開關(guān)電源換器顯著減小了功率器件的開關(guān)損耗和電磁干擾噪聲，提高了開關(guān)電源的功率密度，有利于變換器向高效、小型和低噪方向發(fā)展。的功率密度，有利于變換器向高效、小型和低噪方向發(fā)展。一、電氣設(shè)備：電力電子系統(tǒng)中的電氣設(shè)備493 3）DC/ACDC/AC變換器變換器 逆變器。直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能。恒壓恒頻（逆變器。直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能。恒壓恒頻（CVCFCVCF）和變）和變壓變頻（壓變頻（VVVFVVVF），前者作為穩(wěn)壓電源，后者用于交流電動(dòng)機(jī)變頻），前者作為穩(wěn)壓電源，后者用于交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速。逆變器以

37、調(diào)速。逆變器以SPWMSPWM（sinusoidal pulse-width modulationsinusoidal pulse-width modulation正弦正弦脈寬調(diào)制）控制方式為主。脈寬調(diào)制）控制方式為主。4 4）AC/ACAC/AC變換器變換器 交流電能轉(zhuǎn)換為另一種規(guī)格的交流電能。輸入輸出頻率相同交流電能轉(zhuǎn)換為另一種規(guī)格的交流電能。輸入輸出頻率相同的稱為交流調(diào)壓器，頻率變化的稱為周波變換器或變頻器。主要的稱為交流調(diào)壓器，頻率變化的稱為周波變換器或變頻器。主要用于調(diào)光、調(diào)溫及低速大容量交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。用于調(diào)光、調(diào)溫及低速大容量交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。一、電氣設(shè)備： 電力電子系統(tǒng)中的電氣設(shè)備505 5）靜態(tài)開關(guān)（靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)）靜態(tài)開關(guān)（靜態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)STSSTS） 又稱為無觸點(diǎn)開關(guān)，是由電力電子器件組成的可控電力又稱為無觸點(diǎn)開關(guān)，是由電力電子器件組成的可控電力開