电气故障诊断20180418

试验项目和方法. 在一定程度上比较有效地保障了设备 的正常工作和安全运行。 提高了设备的使用率和可靠 性。同时也积累和建立了大量的以预防性试验结果为 基础的诊断经验和判定标准. 如我国电力系统实行的 DL/T596一1996 (电力设备预防牲试验规程》等。另 外. 随着先进检测枝术的发展和一些便携式分析测试仪 器仪表的出现，原有的预防性试验的某些不足得到弥 补，在一定程度上又提高了离线故障诊断的有效性和 准确牲。尽管离线故障诊断也不断地应用一些最新的 方法和技术， 但终究摆脱不了因“离线”而带来的局 限性、包括非直接性和啡实时性。
故障诊断系统与继电保护的区别
电气设备的状态可以简单分为以下情况： (1) 正常(normal ) ：设备具备其应有的功能， 没有缺陷或缺陷不明显，缺陷严重程度仍处于容 限范围内。 (2) 异常(abnormal)：缺陷有了进一步的发展， 设备状态发生变化，性能恶比，但仍能维持工作。 (3) 故障(fault ) ：缺陷发展到使设备性能和功 能都有所丧失的程度。 (4) 事故(breakdown )：功能完全丧失，无法 进行工作的状态。 在电力系统中，继电保护对于保障系统的正常 运行和设备的安全，具有十分重要的作用。其
国内发展概况
在中国，故障诊断技术的研究始于20 世纪70 年 代末期。1983 年国家经济委员会制定的 《国营工 业交通设备管理试行条例》 中规定： “根据生产 需要，逐步采用现代故障诊断和状态监测技术，发 展以状态维修为基础的预防性维修。”20 世纪80 年代初，国内一些重点大学(如西安交通大学、东 北工学院等) 相继成立了故障诊断研究室，其他一 些著名大学也陆续展开了这方面的基础研究和应用 技术开发等工作；1987 年，中国振动工程学会成 立了故障诊断分会。目前，国内很多200MW 以上 的汽轮发电机组都装有以安全监视为目的的旋转机 械状态监测系统。
计算机控制系统、轧钢生产线等控制系统；数控机 床、电子部件、电路板、数字电路等精密设备和精 细装置；航空火力控制系统、液体火箭发动机、卫 星等航天航空设备。基于互联网的设备故障远程诊 断系统已经普遍使用。
1.3故障诊断技术的构成与发展趋势
故障诊断技术的构成
故障诊断技术发展到今天，已成为一门独立的 跨学科的综合信息处理技术，它以可靠性理论、 信息论、控制理论和系统论为理论基础，以现代测 试仪器和计算机为技术手段，结合各种诊断对象 (系统、设备、机器、装置、上程结构、工艺过程 等）的特殊规律而逐步形成为一门新兴学科。 故障诊断技术大体上.由以下三部分组成： (1) 故障诊断机理的研究：即故障诊断物理、化 学过程的研究。例如对电气、机械部件失效的腐蚀、 蠕变、疲劳、氧化、断裂、磨损等理化原因的研究。
1.4 电气设备故障诊断技术 电气设备
通常所说的电气设备主要是指电力系统中承担 发电、变电、输电及用电作用的高压设备，如发电 讥、变压器、断路器、电压互感器、电流互感器、 电容器、高压套管、避雷器以及各种电动机等。 由于电气设备一般由电路、磁路、绝缘、机 械、通风和散热等多个部分组成，因而对其进行故 障诊断往往涉及较多的知识领域。如高电压技术、 机械诊断学、电子测重学、信息工程枝术、计算机 技术等。
故障诊断技术的产生和应用，使设备维修体制 由传统的事后维修和预防维修方式逐步变为状 态维修(或预知维修)，从而减少了事故停机损 失，提高了设备运行的可靠性。
故障诊断技术延长了设备服役寿命
所有设备在整个服役期限内，发生故障的次数和 使用时间之间具有宏观上的分布规律。设备故障率--使用寿命的关系曲线如图下所示横坐标为设备服役 时间，纵坐标为设备故障率。
诊断(一维)、时域波形、频率特性和指纹诊断·(多维) 四种；或将故障诊断技术简单地分为传统的诊断方 法、数学诊断方法以及智能诊断方法等。其实不同 的划分方法，都有其划分依据和合理牲，只是各自 划分和归类的角度不同而已。
故障诊断与状态监测的关系
根据故障诊断的功能和作用，要实现有效而灵 敏的故障诊断，就必须对反映设备或系统工作状态 的信息进行全面监测和分析，实时掌握设备基本工 作状态，即进行工况监测。一般所谓的工况监测实 际上就是状态监测(co.ndition monitoring) ，因此 本文对工况监测与状态监测不加区分。
(1) 初期阶段：故障率较高。原因有两方面：设 备刚Fra Baidu bibliotek投运时，必然会暴露出制造、安装和 调试中遗留的问题；相关人员对设备的操作 和维护还需要有一个适应和熟悉的过程。 (2) (2) 稳定期：制造、安装和调试中遗留的问题 得到解决，故障率很低，一般是突发性故障。 (3) 劣化期：设备逐渐老化，故障率开始上升。
状态监测又称为简易诊断，通过监测结果与设定 阀值之间的对比。仅对设备运行状态作出正常，异常 或故障的判断，而对故障的性质、严重程度等不予或 无法进行更加深人的诊断，可见，状态监测与故障诊 断构成了设备诊断的两个阶段，状态监测是故障诊断 的基础，故障诊断是状态监测的深化和提升，二者紧 密相连。 从广义上说，故障诊断还应包括脱离状态监测而 进行的离线故障诊断。通常，离线故障诊断是在传统 的预防维修方式下开展的预防性试验基础上进行的。 用于诊断故障的参数和信息主要是各种预防性试验项 目的结果，以及一些不需采用特殊检测手段即可获得 的故障信息，长期以来，我国许多行业一直实行设备 预防维修制度，形成了一系列针对不同对象的预防性
高速化、连续化和自动化方向发展，因而设备复性 加剧，成本昂贵，出现故损失大 影响大：即使是正 常维修，也会产生很大的设备设备维修量和维修费 用。 总之，设备的重要性、 现代化、安全性、可 靠性以及维修的迫切需要，使故障诊断技术应运而 生。
故障诊断技术促进了设备维修方式的变革
故障诊断技术自200世纪70 年代兴起以来，在 各产业部门和技术领域发展很快，并取得了很大成 效，促进了设备维修体制的一次变革。随着科学技 术的不断发展，生产设备的的维修体制先后经历了 以下三种方式： 1 事后维修(breakdown maimenanre)：等到设 备无法正常工作时再进行维修。 2 预防维修(prcventive maimenanre)： 预先制 定计划，定期进行检修和更换。 3 状态维修 ( condition ：predictive maintenance) ： 根据设备状态来确定维修工作的 内容和时间、制定维修方案。
故障诊断枝木的发展趋势
实现故障诊断： 一方面取决于故障信息源， 获得真实的、足够的、相对准确的故障信息或故障 征•兆是判明故障原因的前提；另一方面还决定于 所采用的诊断方法，即使获得了大量的、 可信的故 障信息或监测数据，但如果只是依靠诸如“以参数 极限报警和阀值判断为主”之类的方法，同样也难 以实现准确有效的故障诊断。由于设备故障在形成、 发展和发生的过程中，会受到多种不确定因素的影 响，所以，同一故障的外在表现形式常常呈现多样 性，不同故障的表现形式却具有相似性、模糊性。 因此，进行故障诊断，一方面要尽可能多地采集反 映设备故障状态的信息量；另一方面，根据数量
较为有限的状态信息，来用先进的分析、诊断方法和 技术，准确判断和区分故障是实现故障诊断的一个关 健。 目前，故障诊断枝术的发展，已经越来趁呈现出 一种与当代前沿科学相融合的发展趋势。例如，故障 诊断与以人工神经网络、专家系统和遗传算法等为代 表的人工智能技术的结合. 故障诊断与小波分析；模 糊数学、分形几何等前沿数学的结合，以及故事诊断 与信息融合技术的结合等。
目前，故障诊断技术已经成为世界各国诸多生 产领域的研究热点，其应用不仅在其最初产生的 军事、航天、核能等领域继续深人，而且在钢铁、 化工、交通、电力、机械制造等产业部门广泛且 深入地展开。故障诊断的具体对象包括：火力和 水力发电机组、电力变压器、高压断路器、电动 机、变电站、电力网、核电站等电气设备和系统； 大型回转机诫、往复机械、工程机械、滚动轴承、 齿轮变速箱等机械设备和机械零部件；压缩机、 液压泵站、风机、水泵、提升机等动力设备；锅 炉、凝汽器、内燃机等热力设备；汽油和柴油发 动机、电力机车、船舶动力系统、飞机变流器等 交通运输工具及设备；高炮电气随动系统、自行 火炮瞄准装置、水泥生产集散控制系统、
(2)信号处理技术：将现场采集到的各种信号，经过 各种变换，把反映设备状态的真正信息提取出来。 (3)识别技术：根据掌握的故障征兆信息和状态参数. 判断故障并找出原因。 (4) 预测技术：对已识别出来的故障进行预测，预测 故障的发展趋势和设备的剩余寿命。 目前，由于故障诊断具体应用领域和应用对象的 不同，形成了各种各样的方法和枝术。故障诊断方 法的划分和归类也不太统一，例如。按照诊断环境、 检测手段、诊断方法原理和诊断对象划分为四大类， 每一类又细分为多种方法；或将诊断方法分为依据 规则的诊断和依据样板的诊断两大类，前者又根据 规则的描述方法分为逻辑诊断、模糊诊断和统计诊 断三种，后者根据故障显现的不同空间分为阈值
故障诊断技术的产生与发展背景
故障诊断技术是20 世纪60 年代后期首先在美 国出现的。其最初的目的是用于对航天、核能、 军事装备等进行期异常检测。因为这些设备往往要 求具有很高的安全性和可靠性（所说的可靠性，是 指设备在规定的时间内、规定的条件下完成规定功 能的能力)。实际上，故障诊断技术是人们在社会 生产实践中付出厂沉重的经济代价后的自然产物。 面对突发的灾难和巨大的经济损失，人们逐步认识 到： 现代化设备的故障先兆必须早期预报，以防 患于未然，否则会产生严重的后果！随着计算机和 电子技子技木等的发展，生产装备不断向有大型化、
2) 故障诊断信息：学的研究： 主要研究故障信号 的采集、选择、处理和分析过程。例如如：通过传 感器采集设备运行中的信号（如振动，转速) 再经过 时域和频域上的分析处理来识别和评价设备的状态 和故障。 3)诊断逻辑和数学原理方面的研究：主要是通过 逻辑方法、模型方法、推论方法及人工智能方法等， 根据可观测的设备故障表征来确定下一步的检测部 位，最终分析判断故障发生的部位和产生故障的原 因等。 在实现故障诊断的过程中，需要应用以下四项技 术： (1) 检测技术：准确采集把反映设备状态.信号和参 数
通过故障诊断，可根据设备状态做出相应的 维修方案和采取相应的措施。以排除故障和隐患， 使设备恢复原有性能，重新进人低故障率的稳定 期，这样就延长了设备的使用寿命。如图上 中 虚线所示。
1.2故障诊断技术发展简况
国外发展概况
1967年4月18~19 日，由美国字航局(NASA) 创 导，在美国海军研究室主持下，成立了美国机械 故障预防小组(MFPG)。这是世界上最早从事故障 诊断技术研究的组织机构。英国以及欧洲其他国 家(如丹麦、瑞典等国) 也相继开展了此项工作； 亚洲的日本在钢铁、化工、交通、电力等产业部 门也积极开展故障诊断方面的'研究工作，许多技 术得到了成功的应用。
电气设备故障诊断技术
第一章 绪论
1.1 故障诊断技术的产生及其作用
故障诊断是根据设备运行状态信息查找故障 源. 并确定相应决策的一门综合住的新兴科学. 它 能实现设备在带负载 、不停机的情况下，通过使 用先进的技术手段，对设备状态参数进行监测和 分析. 判断设备是否存在异常或故障、故障的部位 和原因以及故障的劣化趋势等，以确定合理的检 修时间和方案. 由于减少厂事故停机损失，提高了 设备运行的可靠性和经济效益. 降低了维修费用， 故障诊断技术(fault diagnostic technology) 的 优越性已为越来越多的管理人员、技术人员所共 识。
基本功能是：将保护装置的动作值整定到设定值， 当运行参数和状态参数达到或超过整定值后，保护 动作，报警或切断电路，以防止发生事故或事故扩 大。继电保护的反应能力只局限于事故和严重的故 障； 而故障诊断的关注点是电气设备的故障阶段， 即尚未发展造成事故的阶段，其目的是防患于未然。 可见，故障诊断发挥作用的时段应在继电保动作之 前。如果通过故障诊断将潜伏性故障及早发现，并 消灭在萌芽状态，显然这对于保障电力系统和电气 设备长期稳定的安全运行更为有利。