電力設(shè)備故障診斷 ch 3課件

第三章診斷理論基礎(chǔ)2023/1/21河海大學(xué)第三章診斷理論基礎(chǔ)第一節(jié)診斷技術(shù)的主要內(nèi)容與技術(shù)基礎(chǔ)2023/1/22河海大學(xué)§3-1診斷技術(shù)的主要內(nèi)容與技術(shù)基礎(chǔ)一、設(shè)備診斷的四大步驟（P8）：(1)信號(hào)檢測（狀態(tài)量監(jiān)測）是設(shè)備診斷的基礎(chǔ)，是調(diào)查研究的階段，也是設(shè)備診斷技術(shù)中“診”的活動(dòng)。周詳、細(xì)致。（狀態(tài)量監(jiān)測的疏漏可能造成極大的誤診、誤判斷）。(2)特征提取（信號(hào)處理）把采集到的信號(hào)加工處理，使之成為有用的信息。(3)狀態(tài)識(shí)別（識(shí)別和判斷）識(shí)別和判斷出設(shè)備故障和異常的部位、原因和程度。(4)預(yù)報(bào)決策（預(yù)測和對(duì)策）就是預(yù)測設(shè)備故障或異?？赡馨l(fā)展的速度和后果，提出臨時(shí)處理的意見和根本治理的建議。2023/1/23河海大學(xué)§3-1診斷技術(shù)的主要內(nèi)容與技術(shù)基礎(chǔ)二、設(shè)備診斷技術(shù)基礎(chǔ)：(1)檢測技術(shù)：根據(jù)不同的診斷目的，選用適用的檢查測量技術(shù)手段，選擇最便于診斷的狀態(tài)信號(hào)。(2)信號(hào)處理技術(shù)：從伴有環(huán)境噪聲和其他干擾的綜合信號(hào)中，把能反映設(shè)備狀態(tài)的特征信號(hào)提取出來的一項(xiàng)基本技術(shù)。2023/1/25河海大學(xué)§3-1診斷技術(shù)的主要內(nèi)容與技術(shù)基礎(chǔ)(3)診斷技術(shù)：把經(jīng)過處理的狀態(tài)信號(hào)對(duì)其特征進(jìn)行識(shí)別和判斷，對(duì)其是否存在故障、故障部位、原因、嚴(yán)重程度予以確定的一項(xiàng)基本技術(shù)。(4)預(yù)測技術(shù)：對(duì)尚未發(fā)生的或目前還不明確的事物進(jìn)行預(yù)先估計(jì)推測，以此判斷故障的趨勢，以及何時(shí)將進(jìn)入危險(xiǎn)范圍的一項(xiàng)基本技術(shù)。2023/1/26河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)第三章診斷理論基礎(chǔ)2023/1/27河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)一、主動(dòng)機(jī)械征兆檢測技術(shù)1.振動(dòng)音響信號(hào)系統(tǒng)(VibrationandSonicSignature)振動(dòng)法振動(dòng)模型法音響法

應(yīng)用診斷技術(shù)舉例采用振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷技術(shù)采用振動(dòng)的軸承診斷技術(shù)采用振動(dòng)的齒輪診斷技術(shù)2023/1/28河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)3、壓力信號(hào)系統(tǒng)

(PressureSignature)壓力脈動(dòng)法壓力損失法沖擊壓力法應(yīng)用診斷技術(shù)舉例用壓力脈動(dòng)診斷油泵的技術(shù)用壓力損失診斷堵塞的技術(shù)用過渡壓力波型對(duì)閥和油缸進(jìn)行診斷的技術(shù)2023/1/210河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)5、電氣信號(hào)系統(tǒng)(ElectricalSignature)波形法·電壓波·電流波·電功率波放電(電暈)法直流分量法泄漏電流法2023/1/212河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)6、磁力信號(hào)系統(tǒng)(MagneticSignature)漏磁量法磁通變形法應(yīng)用診斷技術(shù)舉例用漏磁量法對(duì)變壓器進(jìn)行診斷用磁通變形法診斷電動(dòng)機(jī)異常2023/1/214河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)7、化學(xué)信號(hào)系統(tǒng)(ChemicalSignature)固體分析法液體分析法氣體分析法應(yīng)用診斷技術(shù)舉例分析電刷粉末進(jìn)行整流診斷分析潤滑油診斷機(jī)器(SOAP)分析絕緣油可燃性氣體診斷變壓器2023/1/215河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)8、機(jī)械信號(hào)系統(tǒng)(MiscellaneousmechanicalSignature)轉(zhuǎn)速法位移法流量法應(yīng)用診斷技術(shù)舉例根據(jù)角加速度診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)器用變位法診斷低速軸承用流量法診斷破損情況2023/1/216河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)二、靜止機(jī)械征兆檢測技術(shù)表1、振動(dòng)音響阻抗系統(tǒng)機(jī)械阻抗方法音響阻抗方法錘擊法應(yīng)用診斷技術(shù)舉例用機(jī)械阻抗法診斷缺陷用音響阻抗法診斷材料的質(zhì)量用錘擊法診斷缺陷2023/1/217河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)2、光學(xué)系統(tǒng)管內(nèi)檢查法全息照相法應(yīng)用診斷技術(shù)舉例用光導(dǎo)纖維觀測器觀測管內(nèi)用全息照相法診斷表面缺陷2023/1/218河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)4、磁力線扭曲系統(tǒng)應(yīng)力檢查法強(qiáng)度檢查法應(yīng)用診斷技術(shù)舉例用磁力線的扭曲診斷應(yīng)力分布用磁力線的扭曲診斷材料的疲勞強(qiáng)度2023/1/220河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)5、壓力檢查系統(tǒng)水壓檢查法真空檢查法應(yīng)用診斷技術(shù)舉例用水壓檢查法檢測泄漏用真空檢查法檢測泄漏2023/1/221河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)7、電磁特性系統(tǒng)渦流檢查法磁粉檢查法錄磁檢查法線圈檢查法應(yīng)用診斷技術(shù)舉例用渦流法檢查表面的缺陷用渦流法診斷材料質(zhì)量用渦流法診斷纜繩的老化情況用渦流法診斷鏈條的老化情況2023/1/223河海大學(xué)§3-2檢測技術(shù)基礎(chǔ)8、放射線系統(tǒng)透視法放射線同位素示蹤法激活分析應(yīng)用診斷技術(shù)舉例用透視法診斷內(nèi)部缺陷用放射線同位素示蹤法診斷磨損情況用放射化分析法診斷微量泄漏2023/1/224河海大學(xué)第三節(jié)信號(hào)處理技術(shù)第三章診斷理論基礎(chǔ)2023/1/226河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)

設(shè)備診斷都是在現(xiàn)場相當(dāng)惡劣的環(huán)境條件下進(jìn)行的。從各種噪聲信號(hào)把相當(dāng)微弱的征兆信號(hào)檢測出來，需要使用信號(hào)處理技術(shù)是關(guān)鍵2023/1/227河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)一、診斷信號(hào)處理技術(shù)體系時(shí)間系列信號(hào)處理技術(shù)：信號(hào)處理技術(shù)用來表現(xiàn)各種參數(shù)的時(shí)間函數(shù)，這些參數(shù)包括振動(dòng)、聲響或各類主要效應(yīng)參數(shù)，是基本的技術(shù)，主要有：分離信號(hào)和噪聲的技術(shù)提取周期性特征的技術(shù)提取波形特征的技術(shù)推定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征的技術(shù)識(shí)別信號(hào)源的技術(shù)信號(hào)的變換和合成技術(shù)預(yù)測技術(shù)2023/1/228河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)信號(hào)處理還包括模式識(shí)別技術(shù)、多變量分析技術(shù)及光學(xué)處理技術(shù)。模式識(shí)別技術(shù)包括：模式和噪聲的分離技術(shù)提取模式特征的技術(shù)識(shí)別模式集合的技術(shù)有關(guān)學(xué)習(xí)機(jī)能的技術(shù)2023/1/230河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)二、設(shè)備診斷有效信號(hào)處理技術(shù)總攬（主要是時(shí)間系列信號(hào)處理技術(shù)）包括：分離信號(hào)和噪聲的技術(shù)；提取周期性特征的技術(shù)；提取波形特征及推斷系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特征的技術(shù)。2023/1/231河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)1．分離信號(hào)和噪聲的技術(shù)（1）相關(guān)法直接相關(guān)自相關(guān)，互相關(guān)瞬時(shí)相關(guān)，反射波相關(guān)同步相關(guān)運(yùn)算相關(guān)（間接相關(guān)）包絡(luò)線運(yùn)算后的相關(guān)極值相關(guān)頻率濾波后相關(guān)非線性變換后的相關(guān)2023/1/232河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)（2）濾波法線性濾波器頻率濾波器匹配濾波器加爾曼濾波器摸擬濾波器無源濾波器有源濾波器數(shù)字濾波器非線性濾波器—同態(tài)濾波器乘積分解卷積分解2023/1/233河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)（3）平均化-平均響應(yīng)法直接平均響應(yīng)法運(yùn)算（間接）平均響應(yīng)法（3）信號(hào)的雙重判斷（4）假定檢驗(yàn)2023/1/234河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)

2．提取周期性特征的技術(shù)（1）頻譜分析功率譜分析傅氏頻譜分析階比分析倒頻譜分析博立葉變換DET檢波器FFT快速傅立葉變換時(shí)間減縮頻率濾波器調(diào)諧濾波器掃描濾波器數(shù)字濾波器2023/1/235河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)（2）相關(guān)法自相關(guān)，包絡(luò)線運(yùn)算后的自相關(guān)與周期函數(shù)的互相關(guān)（3）信號(hào)的積分—平均響應(yīng)法2023/1/236河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)

3．提取波形特征的技術(shù)（1）相關(guān)法—時(shí)間滯后發(fā)生器（2）瞬時(shí)相關(guān)法

Walsh函數(shù)傅立葉級(jí)數(shù)多項(xiàng)式展開（3）頻譜分析功率譜傅立葉頻譜分析階比分析倒頻譜分析重譜分析2023/1/237河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)（4）基本統(tǒng)計(jì)量概率密度速度變化記錄器極值分布（5）波形處理2023/1/238河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)

4．推斷系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的技術(shù)（1）附加試驗(yàn)信號(hào)法過渡響應(yīng)法階躍響應(yīng)法錘擊法脈沖響應(yīng)法平均響應(yīng)法穩(wěn)態(tài)響應(yīng)法頻率響應(yīng)法機(jī)械阻抗法隨機(jī)響應(yīng)法相關(guān)函數(shù)功率譜互功率譜自回歸模擬2023/1/239河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)（2）從操作信號(hào)進(jìn)行推斷·相關(guān)函數(shù)功率譜·互功率譜·自回歸模擬·摸索檢查法連續(xù)形離散形擾動(dòng)形模擬計(jì)算法最大傾斜法概率的近似法統(tǒng)計(jì)的對(duì)策理論2023/1/240河海大學(xué)§3-3信號(hào)處理技術(shù)

5．識(shí)別信號(hào)源的技術(shù)時(shí)間域信息時(shí)間差測量互相關(guān)相干函數(shù)頻率域信息傅氏頻譜濾波法非線性濾波器—同態(tài)濾波器乘積分解脈動(dòng)分解迭加分解2023/1/241河海大學(xué)第三章診斷理論基礎(chǔ)

第四節(jié)識(shí)別技術(shù)

2023/1/242河海大學(xué)§3-4識(shí)別技術(shù)

一、識(shí)別技術(shù)種類設(shè)備診斷常用的識(shí)別方法有兩種：①?zèng)Q定論的識(shí)別方法；②統(tǒng)計(jì)論(概率和幾何分類)的識(shí)別方法。

2023/1/243河海大學(xué)§3-4識(shí)別技術(shù)1、決定論識(shí)別法：根據(jù)被診斷設(shè)備的物理、結(jié)構(gòu)特征和故障機(jī)理，從理論和試驗(yàn)上尋求故障和征兆之間的關(guān)系，進(jìn)而判別故障類別、地點(diǎn)、原因（如圖P68）。這是人們已經(jīng)習(xí)慣的方法，也是現(xiàn)今診斷技術(shù)的中心，電力設(shè)備和系統(tǒng)也都采用此方法?；跀?shù)學(xué)模型的參數(shù)辨識(shí)法是近年發(fā)展的新技術(shù)。

2023/1/244河海大學(xué)§3-4識(shí)別技術(shù)2、概率論識(shí)別技術(shù)：這是從設(shè)備的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法得出的數(shù)學(xué)方面特征，并予以故障分類的方法。如均值、方差、協(xié)方差函數(shù)及線性預(yù)測模型參數(shù)等。

2023/1/245河海大學(xué)§3-4識(shí)別技術(shù)

二、決定論識(shí)別的參數(shù)辨識(shí)法

1．基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷原理一個(gè)實(shí)際的工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為式中

U和Y——可測的輸入量和輸出量；

Q——系統(tǒng)參數(shù)；

X——系統(tǒng)狀態(tài)變量；

N——噪聲干擾；

f——系統(tǒng)內(nèi)部故障因素；——系統(tǒng)輸出量、參數(shù)和狀態(tài)變化2023/1/246河海大學(xué)§3-4識(shí)別技術(shù)基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷原理:通過可測量的輸入量U，輸出量y，根據(jù)已知的數(shù)學(xué)模型，監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)參量X和系統(tǒng)參數(shù)Q的變化,(因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部的狀態(tài)參量和參數(shù)的變化的信息有時(shí)更能直接反映系統(tǒng)內(nèi)部故障的部位和嚴(yán)重程度)。2023/1/247河海大學(xué)§3-4識(shí)別技術(shù)

2．故障診斷中的參數(shù)辨識(shí)法當(dāng)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型用微分方程式描述時(shí)模型參數(shù)可以表示為：模型參數(shù)不一定有明確的物理定義，但是很多故障的出現(xiàn)跟一些物理參數(shù)的數(shù)值變化相關(guān)（如電阻、電感和電容等）。模型參數(shù)與物理參數(shù)存在著一定的隱含關(guān)系。因此參數(shù)辨識(shí)法就是由模型參數(shù)確定物理參數(shù)的一種基本問題。參數(shù)辨識(shí)法步驟如圖。2023/1/248河海大學(xué)§3-4識(shí)別技術(shù)

2023/1/249河海大學(xué)§3-4識(shí)別技術(shù)應(yīng)用：故障信息不能直接反映在可測量的輸入輸出量使用關(guān)鍵：①數(shù)學(xué)模型是否反映設(shè)備與系統(tǒng)的相應(yīng)故障，這取決于對(duì)設(shè)備與系統(tǒng)故障機(jī)理研究是否充分；②模型參數(shù)的可辨識(shí)性，它取決于是否有相應(yīng)的傳感器來監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)并為參數(shù)辨識(shí)提供可靠性信息；③參數(shù)辨識(shí)的方法是否準(zhǔn)確。

2023/1/250河海大學(xué)§3-4識(shí)別技術(shù)常用的參數(shù)辨識(shí)算法有：極大似然法、最小二乘法、互相關(guān)法、輔助變量法、隨機(jī)逼近法自適應(yīng)算法。如：最小二乘法的算法診斷鼠籠異常電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障

2023/1/251河海大學(xué)

第五節(jié)預(yù)測技術(shù)2023/1/252河海大學(xué)§3-5預(yù)測技術(shù)預(yù)測技術(shù)：是預(yù)測設(shè)備故障或異?？赡馨l(fā)展的速度和后果，提出臨時(shí)處理的意見和根本治理的建議。兩種：決定論預(yù)測技術(shù)概率論預(yù)測技術(shù)2023/1/253河海大學(xué)§3-5