故障診斷的一般性方法課件

61故障診斷的一般性方法112_1232023/8/2故障診斷的一般性方法11212361故障診斷的一般性方法112_1232023/7/29故障16.1故障診斷的一般性方法事物的基本描述方法確定性描述（二值邏輯）隨機(jī)性描述（概率統(tǒng)計(jì)）模糊性描述（模糊邏輯）故障狀態(tài)、特征（現(xiàn)象）、診斷規(guī)則均需描述依據(jù)規(guī)則的診斷方法依據(jù)樣板的診斷方法故障診斷的一般性方法1121236.1故障診斷的一般性方法事物的基本描述方法故障診斷的一般26.1.1.1邏輯診斷采用二值邏輯描述特征：有/無狀態(tài)：好/壞邏輯診斷的特點(diǎn)簡單明了，應(yīng)用較廣，但將問題過于簡化，診斷準(zhǔn)確率稍低.故障診斷的一般性方法1121236.1.1.1邏輯診斷采用二值邏輯描述故障診斷的一般性方法36.1.1依據(jù)規(guī)則的診斷分類特征函數(shù)：設(shè)備的特征可由若干個(gè)選定的特征變量Kj(j=1,2,3,…n)定量地表示，即由G（K1，K2，…Kn）表示.狀態(tài)函數(shù)：設(shè)備的狀態(tài)可由若干個(gè)選定的狀態(tài)變量Di(i=1,2,3…m)定量地表示，即由F（D1，D2，…Dm）表示.診斷規(guī)則：反映特征與狀態(tài)間的相互關(guān)系，可用函數(shù)E(K1，K2…Kj

…Kn，D1，D2…Di…Dm)表示.診斷關(guān)鍵：特征、狀態(tài)、診斷規(guī)則三者之間的關(guān)系.根據(jù)診斷規(guī)則的不同，可將診斷分成三種類型：1、邏輯診斷2、模糊診斷3、統(tǒng)計(jì)診斷故障診斷的一般性方法1121236.1.1依據(jù)規(guī)則的診斷分類特征函數(shù)：設(shè)備的特征可由若干個(gè)41)邏輯代數(shù)的基本規(guī)則邏輯變量：取值1或0（相當(dāng)于有/無、好/壞）邏輯函數(shù)函數(shù)y=f(x1,x2…xn)的自變量xi(i=1,2…n)、因變量y均為邏輯變量.基本邏輯函數(shù)1、邏輯和：2、邏輯乘：3、邏輯非：4、同一：5、蘊(yùn)涵：（等價(jià)于）x1存在必有x2存在；x1不存在，x2可能存在也可能不存在.故障診斷的一般性方法1121231)邏輯代數(shù)的基本規(guī)則邏輯變量：取值1或0（相當(dāng)于有/無、好5邏輯函數(shù)真值表邏輯和邏輯乘蘊(yùn)涵函數(shù)邏輯非同一表達(dá)式

x1x0011001100110101x2010101010101y0111000111011001故障診斷的一般性方法112123邏輯函數(shù)真值表邏輯和邏輯乘蘊(yùn)涵函數(shù)邏輯非同一表達(dá)式

x16邏輯運(yùn)算基本規(guī)則故障診斷的一般性方法112123邏輯運(yùn)算基本規(guī)則故障診斷的一般性方法11212372）邏輯診斷的過程設(shè)備特征函數(shù)G的構(gòu)造設(shè)G(Kl，K2…Kj…Kn)，其中Kj為特征邏輯變量.如Kj=1，則稱設(shè)備有第j種特征；如Kj=0，則稱設(shè)備無第j種特征.構(gòu)成邏輯特征函數(shù)G時(shí)，總是令G=1.舉例設(shè)某設(shè)備可能有3種特征Kl、K2、K3，若某設(shè)備同時(shí)具有Kl、K2而無K3,特征，則；如果不能確定有無K3特征，則G中不出現(xiàn)之.故障診斷的一般性方法1121232）邏輯診斷的過程設(shè)備特征函數(shù)G的構(gòu)造故障診斷的一般性方法18設(shè)備狀態(tài)函數(shù)F的構(gòu)造設(shè)F(Dl，D2…Di…Dm)，其中Di為特征邏輯變量.如Di=1，則稱設(shè)備有第i種狀態(tài)；如Di=0，則稱設(shè)備無第i種狀態(tài).構(gòu)成邏輯狀態(tài)函數(shù)F時(shí)，總是令F=1.舉例設(shè)某設(shè)備的診斷結(jié)果為則表明該設(shè)備存在狀態(tài)Dl和D2而無D3,；如果F中不出現(xiàn)Dk,則不能確定有無狀態(tài)Dk.故障診斷的一般性方法112123設(shè)備狀態(tài)函數(shù)F的構(gòu)造故障診斷的一般性方法1121239診斷規(guī)則E診斷規(guī)則E應(yīng)能保證由特征G推斷出狀態(tài)F.在邏輯診斷中診斷規(guī)則可用邏輯函數(shù)表達(dá)為

診斷規(guī)則E由一定數(shù)量的細(xì)則E1，E2…Es組成這些細(xì)則必定同時(shí)存在.

邏輯診斷過程：由特征G和診斷規(guī)則E求F

故障診斷的一般性方法112123診斷規(guī)則E故障診斷的一般性方法112123103）邏輯診斷舉例設(shè)某種電機(jī)定子繞組絕緣可能具有Kl和K2兩種特征和Dl、D2和D3三種狀態(tài)。其中，Kl表示直流泄漏電流（Ig）大；K2表示局部放電量（q）大；Dl表示絕緣受潮；D2表示絕緣開裂嚴(yán)重；D3表示繞組端部表面放電。診斷規(guī)則為：

：絕緣受潮，Ig必大；

：絕緣開裂嚴(yán)重，Ig大，q也大；

：繞組端部表面放電，q必大；

：Ig大，則絕緣受潮或開裂嚴(yán)重，或兩種故障同時(shí)存在； ：q大，則絕緣開裂嚴(yán)重，或繞組端部表面放電，或兩種故障同時(shí)存在。

故障診斷的一般性方法1121233）邏輯診斷舉例設(shè)某種電機(jī)定子繞組絕緣可能具有Kl和11若對(duì)某臺(tái)該種電機(jī)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果為Ig大，q不大。試推斷這臺(tái)電機(jī)定子繞組絕緣的故障。

根據(jù)上述已知條件，得Kl＝1、K2＝0，特征函數(shù)為診斷規(guī)則為:狀態(tài)函數(shù)為：將Kl＝1、K2＝1代入，得結(jié)論：發(fā)生絕緣受潮，但無開裂嚴(yán)重和端部表面放電故障

故障診斷的一般性方法112123若對(duì)某臺(tái)該種電機(jī)進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果為Ig大，q不大。126.1.1.2模糊診斷故障診斷過程中的不確定性（復(fù)雜性）不同的故障狀態(tài)可能具有相似的特征.多個(gè)不同的故障特征可能對(duì)應(yīng)同一故障狀態(tài).不確定性分為隨機(jī)性：一定條件下的事件發(fā)生與否的偶然性（或然性）.對(duì)隨機(jī)事件，事件可能發(fā)生也可能不發(fā)生，但事件本身有明確的含義.采用概率論方法模糊性：區(qū)分或評(píng)價(jià)客觀事物差異的不分明性.不僅是因?yàn)槿祟惖恼J(rèn)識(shí)能力有限所致，更主要的是事物的客觀模糊屬性的體現(xiàn).采用模糊集合論（模糊數(shù)學(xué)）：故障診斷的一般性方法1121236.1.1.2模糊診斷故障診斷過程中的不確定性（復(fù)雜性）故13傳統(tǒng)二值邏輯的局限性以考試及格標(biāo)準(zhǔn)為例按照傳統(tǒng)邏輯，應(yīng)存在一個(gè)閾值H(如60分)，當(dāng)分?jǐn)?shù)H（60分）時(shí)為及格；當(dāng)分?jǐn)?shù)<H時(shí)為不及格.命題A：分?jǐn)?shù)為50者為不及格命題B：分?jǐn)?shù)為70者為及格A和B均為真命題.從常識(shí)看命題a：比不及格分?jǐn)?shù)高出0.5分者還是矮個(gè)命題b：比及格分?jǐn)?shù)低0.5分者還是及格的a和b均為真命題.從命題A和a出發(fā)，按照傳統(tǒng)邏輯的推理規(guī)則作連續(xù)推理，可以得出顯然為假的命題C：分?jǐn)?shù)為70者為不及格；由命題B和b出發(fā)，又可以推出顯然為假的命題D：分?jǐn)?shù)為50者為及格。這就導(dǎo)致了邏輯悖論。故障診斷的一般性方法112123傳統(tǒng)二值邏輯的局限性以考試及格標(biāo)準(zhǔn)為例故障診斷的一般性方法114設(shè)備診斷也具有模糊性，特征的強(qiáng)弱，故障的嚴(yán)重性，診斷標(biāo)準(zhǔn)等都是模糊概念.試驗(yàn)值應(yīng)不大于某一個(gè)值（H）試驗(yàn)值應(yīng)小于某一個(gè)值（H）0.99與1.01的區(qū)別必須采取合適的方法加以處理故障診斷的一般性方法112123設(shè)備診斷也具有模糊性，特征的強(qiáng)弱，故障的嚴(yán)重性，診斷標(biāo)準(zhǔn)等都15模糊數(shù)學(xué)創(chuàng)立者L.A.Zadeh教授曾說：科學(xué)的目的是求取精確，但當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜性增大時(shí)，我們使之精確化的能力將減低，在達(dá)到一定的閾值時(shí)，復(fù)雜性與精確性將相互排斥.舉例物理學(xué)中的測不準(zhǔn)原理（）故障診斷的一般性方法112123模糊數(shù)學(xué)創(chuàng)立者L.A.Zadeh教授曾說：科學(xué)的目的是求取精161）模糊數(shù)學(xué)的基本概念設(shè)Ｘ是論域，稱映射確定了X的一個(gè)模糊子集，簡稱模糊集，記為A（按標(biāo)準(zhǔn)記法，下面應(yīng)為～）。叫模糊集的隸屬函數(shù)，叫元素x隸屬于A的程度，簡稱為隸屬度。越接近１，表示x隸屬于A的程度越高；越接近０，表示隸屬程度越低.在故障診斷中，對(duì)于所論的特征K或狀態(tài)D， 或分別為x對(duì)Ｋ或ｙ對(duì)Ｄ的隸屬度.隸屬度與概率是不同的.故障診斷的一般性方法1121231）模糊數(shù)學(xué)的基本概念設(shè)Ｘ是論域，稱映射故障診斷的一般性方法17隸屬函數(shù)的確定根據(jù)具體問題，可由經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，或采用以下方法:模糊統(tǒng)計(jì)二元對(duì)比排序法概率統(tǒng)計(jì)法借助常用的模糊分布利用動(dòng)態(tài)信號(hào)的處理結(jié)果故障診斷的一般性方法112123隸屬函數(shù)的確定根據(jù)具體問題，可由經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，或采用以下方18常用的模糊分布梯形分布正態(tài)分布故障診斷的一般性方法112123常用的模糊分布梯形分布故障診斷的一般性方法112123192）模糊關(guān)系方程故障診斷中的模糊關(guān)系在故障機(jī)理的作用下，內(nèi)在原因表現(xiàn)為各種外部現(xiàn)象在內(nèi)在原因與外部現(xiàn)象之間存在著單向的、確定的、復(fù)雜的關(guān)系從本質(zhì)上說，這種關(guān)系含有一定的模糊性故障原因與診斷信息之間呈現(xiàn)一種模糊關(guān)系故障狀態(tài)向量X＝[x1，x2，…xi…xn]

由故障狀態(tài)引起的各種故障特征或征兆，用特征向量Y表示：

Y＝[y1，y2，…yj…ym]狀態(tài)向量X和特征向量Y中的元素xi和yj均為模糊變量，由各自對(duì)應(yīng)的隸屬函數(shù)來確定故障診斷的一般性方法1121232）模糊關(guān)系方程故障診斷中的模糊關(guān)系故障診斷的一般性方法1120診斷規(guī)則反映設(shè)備狀態(tài)和特征之間的因果關(guān)系診斷規(guī)則的描述方法模糊關(guān)系矩陣（A）狀態(tài)向量X、模糊關(guān)系矩陣A、特征向量Y構(gòu)成了模糊關(guān)系方程：XoA=Y（o：模糊算子，故障機(jī)理的作用）故障診斷的一般性方法112123診斷規(guī)則故障診斷的一般性方法11212321模糊關(guān)系方程的解釋元素aij越大，表示第ｊ個(gè)故障特征參數(shù)對(duì)第ｉ個(gè)故障狀態(tài)的關(guān)系越密切元素yj越大，表示第ｊ個(gè)故障特征參數(shù)對(duì)故障的反映程度越大元素xi越大，表示第i個(gè)故障發(fā)生的程度越大

故障診斷過程根據(jù)設(shè)備特征（Y）和診斷規(guī)則(A)推斷出設(shè)備狀態(tài)(X)轉(zhuǎn)化為模糊關(guān)系方程的求解問題模糊關(guān)系方程不同于一般的代數(shù)方程，它等價(jià)于一個(gè)模糊線性方程組模糊線性方程的解集合的交集就構(gòu)成了模糊關(guān)系方程的一個(gè)解集合故障診斷的一般性方法112123模糊關(guān)系方程的解釋元素aij越大，表示第ｊ個(gè)故障特征22Ｘ表示導(dǎo)致結(jié)果或故障現(xiàn)象Y出現(xiàn)的內(nèi)在故障原因故障原因Ｘ在故障機(jī)理的作用下，使設(shè)備表現(xiàn)出各種各樣的現(xiàn)象Y原因Ｘ與現(xiàn)象Y之間的模糊關(guān)系用矩陣Ａ加以描述故障機(jī)理的作用形式用模糊運(yùn)算算子“o”來表示在故障診斷過程中，已知的是Y，部分已知的是Ａ和算子“o”，診斷目標(biāo)是確定未知的原因Ｘ對(duì)同一故障診斷問題，矩陣Ａ和算子“o”可能不完全一樣模糊算子“o”可有多種運(yùn)算形式故障診斷的一般性方法112123Ｘ表示導(dǎo)致結(jié)果或故障現(xiàn)象Y出現(xiàn)的內(nèi)在故障原因故障診斷的一般性233）變壓器故障模糊診斷實(shí)例故障診斷的一般性方法1121233）變壓器故障模糊診斷實(shí)例故障診斷的一般性方法11212324故障狀態(tài)向量Xxi

變壓器主要故障類型x1鐵芯多點(diǎn)接地x2鐵芯局部短路或漏磁發(fā)熱x3分接開關(guān)電氣故障x4電流回路裸金屬發(fā)熱或其它接觸不良x5高壓套管內(nèi)部故障x6絕緣進(jìn)水受潮x7油中電弧放電或突發(fā)性短路、接地故障x8繞組匝間短路或其它局部短路x9油中沿面放電x10繞組變形及其導(dǎo)致的過熱、放電故障故障診斷的一般性方法112123故障狀態(tài)向量Xxi25故障特征向量Y（數(shù)值由隸屬函數(shù)確定）yi

故障參數(shù)和信息y1鐵芯接地電流y2鐵芯絕緣電阻y3C2H4在總烴（C1+C2）中的比例y4三比值編碼呈過熱性故障特征y5具有鐵芯多點(diǎn)接地的過熱性故障特征，但鐵芯接地電流、鐵芯絕緣電阻正常y6繞組直流電阻三相不平衡系數(shù)y7繞組直流電阻三相不平衡系數(shù)隨檔位無規(guī)律地變化（個(gè)別檔位變化明顯）y8繞組直流電阻三相不平衡系數(shù)隨檔位呈規(guī)律性變化（所有檔位均有變化）y9高壓套管tgy10高壓套管電容量相對(duì)變化率y11繞組吸收比或極化指數(shù)y12變壓器本體油中含水量y13繞組直流泄漏電流y14變壓器本體油擊穿電壓y15DGA結(jié)果中C2H2含量y16三比值編碼呈放電性故障特征y17變壓器保護(hù)動(dòng)作、防爆閥“噴油”等突發(fā)性信息y18繞組電壓比y19三比值編碼對(duì)應(yīng)故障編碼或特征氣體含量超過注意值y20PD測量結(jié)果y21CO、CO2含量y22短路試驗(yàn)結(jié)果或阻抗測量結(jié)果y23繞組之間或繞組對(duì)地電容量y24分接開關(guān)DGA結(jié)果故障診斷的一般性方法112123故障特征向量Y（數(shù)值由隸屬函數(shù)確定）yi26模糊關(guān)系方程求解（徐羅曹李法）求備解矩陣，確定極小解調(diào)入模型矩陣A，調(diào)入系統(tǒng)輸出Y

A標(biāo)準(zhǔn)化，形成A1A1經(jīng)過上銑形成A2

A2取下確界得出最大解平銑A1形成A3“清除”A3形成A4輸出最大解求貼近度，確定最佳解是A4每列均有元素？ 否

故障診斷的一般性方法112123模糊關(guān)系方程求解（徐羅曹李法）求備解矩陣，確定極小解調(diào)27[診斷實(shí)例１]變壓器型號(hào)為DFPFS—250000/500，重瓦斯突然動(dòng)作，此前油中DGA結(jié)果正常，跳閘后取樣，DGA結(jié)果為：A相，C2H2=15.13，總烴=118。故障參數(shù)Y確定為：y15=0.9，y16=0.9，y17=0.9，y19=0.8，其余yi=0診斷結(jié)果為：

Xmax=（0.8，0.8，1，0.8，1，0.8，1，1，1，1）

Xmin=（0.8，0，0，0，0，0，0.9，0，0，0）對(duì)應(yīng)故障應(yīng)該是x7或x1實(shí)際情況是變壓器出口外部短路，造成繞組嚴(yán)重變形，引起繞組對(duì)地電弧放電。

故障診斷的一般性方法112123[診斷實(shí)例１]變壓器型號(hào)為DFPFS—250000/500，28[診斷實(shí)例２]某120MVA、220kV變壓器，運(yùn)行中輕、重瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)突然動(dòng)作，跳閘、噴油。DGA結(jié)果：總烴=219.2，C2H2=102.8，CO=836，CO2=5724；高壓繞組直流電阻三相不平衡，A相比B、C兩相大12%左右。故障參數(shù)Y確定為：y6=0.9，y7=0.1，y8=0.9，y15=0.9，y17=0.9，y21=0.69，其余yi=0診斷結(jié)果為：

Xmax=（1，1，0.1，1，1，1，1，1，0.69，1）

Xmin=（0，0，0.1，0.9，0，0，0.9，0，0.69，0）最有可能發(fā)生的故障應(yīng)該是x4、x7或x9，即電流回路裸金屬發(fā)熱或其它接觸不良和油中電弧放電或突發(fā)性短路、接地故障以及油中沿面放電分析：這三種故障之間的關(guān)系，故障可能發(fā)生在電流回路中，同時(shí)涉及到沿面放電，并伴隨著電弧放電，因此有可能是匝間短路，而實(shí)際故障為繞組匝間短路。實(shí)際上，預(yù)試項(xiàng)目中，電壓比對(duì)匝間短路故障反映最為敏感，但診斷時(shí)沒有該參數(shù)，因而用上述參數(shù)診斷不可避免地會(huì)出現(xiàn)多種可能性。故障診斷的一般性方法112123[診斷實(shí)例２]某120MVA、220kV變壓器，運(yùn)行中輕、重29[診斷實(shí)例３]某63MVA、220kV變壓器，進(jìn)行1.5倍電壓PD試驗(yàn)時(shí)，有放電聲響，放電量達(dá)4000～5000pC，并以主絕緣和匝絕緣均達(dá)到1.5倍電壓時(shí)最嚴(yán)重。故障參數(shù)Y確定為：y20=0.9，其余yi=0診斷結(jié)果為：

Xmax=（1，1，1，1，1，1，1，1，0.9，1）

Xmin=（0，0，0，0，0，0，0，0，0.9，0）對(duì)應(yīng)故障應(yīng)該是x9(油中沿面放電)將變壓器解體，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)：沿繞組端部絕緣角環(huán)有樹枝狀放電痕跡診斷結(jié)果與實(shí)際檢查結(jié)果是一致的。

故障診斷的一般性方法112123[診斷實(shí)例３]某63MVA、220kV變壓器，進(jìn)行1.5倍電306.1.1.3統(tǒng)計(jì)診斷針對(duì)診斷對(duì)象特征變量分布的隨機(jī)性而采用.（D1:絕緣完好，D2:故障絕緣）漏報(bào)概率：下x<x0的陰影面積

目標(biāo)：確定合理的判斷閾值x0虛報(bào)概率：下x>x0的陰影面積

故障診斷的一般性方法1121236.1.1.3統(tǒng)計(jì)診斷針對(duì)診斷對(duì)象特征變量分布的隨機(jī)性而采用316.1.2依據(jù)樣板的診斷分類故障診斷步驟獲取表征狀態(tài)的信號(hào)，作為初始模式.抑制干擾，提取特征，形成待檢模式.將待檢模式與樣板模式（故障檔案）對(duì)比，確定故障類型.根據(jù)樣板模式的不同，診斷分為：閾值診斷時(shí)域波形診斷頻率特性診斷指紋診斷模式對(duì)比的其它方法ANN（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）ES（專家系統(tǒng)）故障診斷的一般性方法1121236.1.2依據(jù)樣板的診斷分類故障診斷步驟故障診斷的一般性方法326.1.2.1閾值診斷及趨勢預(yù)測閾值診斷按照所得特征量是否超過規(guī)定閾值來判斷設(shè)備狀態(tài).預(yù)防性試驗(yàn)制度即屬于閾值診斷.閾值診斷簡單易行，但不夠全面，易誤報(bào).趨勢預(yù)測根據(jù)特征量或特征參數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢來判斷設(shè)備狀態(tài).故障的形成、發(fā)展和發(fā)生具有一定的延續(xù)性

與邏輯診斷的關(guān)系閾值診斷強(qiáng)調(diào)的是診斷規(guī)則，而邏輯診斷注重設(shè)備特征、狀態(tài)以及診斷規(guī)則的描述方式故障診斷的一般性方法1121236.1.2.1閾值診斷及趨勢預(yù)測閾值診斷故障診斷的一般性方法336.1.2.2時(shí)域波形診斷對(duì)設(shè)備進(jìn)行測試，將測得的某種物理量隨時(shí)間變化的曲線與樣板對(duì)照來判斷設(shè)備狀態(tài).高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)診斷實(shí)例故障診斷的一般性方法1121236.1.2.2時(shí)域波形診斷對(duì)設(shè)備進(jìn)行測試，將測得的某種物理量34高壓斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)診斷實(shí)例操動(dòng)機(jī)構(gòu)一般用電磁鐵作為第一級(jí)控制元件,制回路大多采用直流電源電磁鐵線圈電流滿足：電磁鐵線圈電流曲線

電流i與電磁鐵動(dòng)鐵芯的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)密切相關(guān)

正常時(shí)，t1~t0不超過10ms，I3/I1