电力设备故障诊断诊断理论基础.ppt

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1、第三章 诊断理论基础一、设备诊断的四大步骤四大步骤（P8）：(1)信号检测（状态量监测）信号检测（状态量监测）是设备诊断的基础基础，是调查研究调查研究的阶段，也是设备诊断技术中“诊”的活动。周详、细致。（状态量监测的疏漏可能造成极大的误诊、误判断）。(2)特征提取（信号处理）特征提取（信号处理）把采集到的信号加工处理，使之成为有用的信息。(3)状态识别状态识别（识别和判断）识别和判断）识别和判断出设备故障和异常的部位、原因和程度。(4)预报决策预报决策（预测和对策）预测和对策）就是预测设备故障或异常可能发展的速度和后果，提出临时处理的意见和根本治理的建议。2024/4/171河海大学河海大学河

2、海大学河海大学3-1 诊断技术的诊断技术的主要内容主要内容与与技术基础技术基础 2024/4/172河海大学河海大学河海大学河海大学3-1 诊断技术的诊断技术的主要内容主要内容与与技术基础技术基础二、设备诊断技术基础：(1)检测技术检测技术：根据不同的诊断目的，选用适用的检查测量技术手段，选择最便于诊断的状态信号。(2)信号处理技术信号处理技术：从伴有环境噪声和其他干扰的综合信号中，把能反映设备状态的特征信号提取出来的一项基本技术。2024/4/173河海大学河海大学河海大学河海大学3-1 诊断技术的诊断技术的主要内容主要内容与与技术基础技术基础 (3)诊断技术诊断技术：把经过处理的状态信号对

3、其特征进行识别和判断，对其是否存在故障、故障部位、原因、严重程度予以确定的一项基本技术。(4)预测技术预测技术：对尚未发生的或目前还不明确的事物进行预先估计推测，以此判断故障的趋势，以及何时将进入危险范围的一项基本技术。2024/4/174河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础第三章第三章 诊断理论基础诊断理论基础2024/4/175河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础一、主动机械征兆检测技术1.振动音响振动音响信号系统(Vibration and Sonic Signature)振动法振动模型法音响法 应用诊断技术举例采用振动的旋转机械诊

4、断技术采用振动的轴承诊断技术采用振动的齿轮诊断技术2024/4/176河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础 2、超声波超声波信号系统信号系统(Ultrasonic Signature)超声波法空气超声波法声发射法应用诊断技术举例应用诊断技术举例用超声波对轴承进行诊断的技术用超声波所进行的荷电检测技术声发射法，对压力容器进行诊断的技术2024/4/177河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础3、压力压力信号系统信号系统(Pressure Signature)压力脉动法压力损失法冲击压力法应用诊断技术举例用压力脉动诊断油泵的技术用压力损失诊断堵

5、塞的技术用过渡压力波型对阀和油缸进行诊断的技术2024/4/178河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础4、热热信号系统信号系统(Thermal Signature)各种温度测量法温度自动记录法热流计法其他热敏元件应用诊断技术举例用各种热敏元件对工作线圈的监测用温度自动记录法对烟囱进行诊断用热流计对炉砖进行诊断2024/4/179河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础5、电气电气信号系统信号系统(Electrical Signature)波形法v电压波v电流波v电功率波放电(电晕)法直流分量法泄漏电流法2024/4/1710河海大学河海大学河

6、海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础5、电气电气信号系统（续）信号系统（续）应用诊断技术举例根据三相电流不平衡诊断电动机的异常利用电压波形高频成分进行的整流诊断利用电流波形高频成分进行的振荡诊断利用电功率波形所进行的效率诊断利用电晕法所进行的绝缘劣化诊断利用直流分量法所进行的绝缘劣化诊断利用泄漏电流法所进行的绝缘劣化诊断2024/4/1711河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础6、磁力磁力信号系统信号系统(Magnetic Signature)漏磁量法磁通变形法应用诊断技术举例用漏磁量法对变压器进行诊断用磁通变形法诊断电动机异常2024/4/1712河海大

7、学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础7、化学化学信号系统信号系统(Chemical Signature)固体分析法液体分析法气体分析法应用诊断技术举例分析电刷粉末进行整流诊断分析润滑油诊断机器(SOAP)分析绝缘油可燃性气体诊断变压器2024/4/1713河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础8、机械机械信号系统信号系统(Miscellaneous mechanical Signature)转速法位移法流量法应用诊断技术举例根据角加速度诊断旋转机器用变位法诊断低速轴承用流量法诊断破损情况2024/4/1714河海大学河海大学河海大学河海大学3-2

8、 检测检测技术基础技术基础二、二、静止机械静止机械征兆检测技术表征兆检测技术表1、振动音响振动音响阻抗系统机械阻抗方法音响阻抗方法锤击法应用诊断技术举例用机械阻抗法诊断缺陷用音响阻抗法诊断材料的质量用锤击法诊断缺陷2024/4/1715河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础2、光学光学系统系统管内检查法全息照相法应用诊断技术举例用光导纤维观测器观测管内用全息照相法诊断表面缺陷2024/4/1716河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础3、超声波超声波系统系统脉冲反射法脉冲透射法共振法超声波全息照相法超声波阻抗法应用诊断技术举例用脉冲法诊断内部

9、缺陷用超声波全息照相法诊断内部缺陷诊断壁厚用超声波诊断输送带接合部分用超声波阻抗诊断材料质量2024/4/1717河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础4、磁力线扭曲磁力线扭曲系统系统应力检查法强度检查法应用诊断技术举例用磁力线的扭曲诊断应力分布用磁力线的扭曲诊断材料的疲劳强度2024/4/1718河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础5、压力、压力检查系统检查系统水压检查法真空检查法应用诊断技术举例1.用水压检查法检测泄漏2.用真空检查法检测泄漏2024/4/1719河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础6、电气电

10、气参数系统参数系统电气响应法电气参数法v 法(电阻率法)v 法(损失率法)v c 法(电容法)v 法(电容率法)应用诊断技术举例用电气响应法诊断控制系统用电阻法诊断壁厚用电阻法诊断裂纹用损失率法诊断绝缘老化情况用电容率检查油中杂质2024/4/1720河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础7、电磁特性电磁特性系统系统涡流检查法磁粉检查法录磁检查法线圈检查法应用诊断技术举例用涡流法检查表面的缺陷用涡流法诊断材料质量用涡流法诊断缆绳的老化情况用涡流法诊断链条的老化情况2024/4/1721河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础8、放射线、放射线系

11、统系统透视法放射线同位素示踪法激活分析应用诊断技术举例用透视法诊断内部缺陷用放射线同位素示踪法诊断磨损情况用放射化分析法诊断微量泄漏2024/4/1722河海大学河海大学河海大学河海大学3-2 检测检测技术基础技术基础9、表面喷涂表面喷涂系统系统肥皂薄膜法着色浸透法荧光浸透法应用诊断技术举例用肥皂薄膜法诊断泄漏用着色浸透法诊断表面缺陷用荧光浸透法诊断表面缺陷2024/4/1723河海大学河海大学河海大学河海大学第三节第三节 信号处理信号处理技术技术第三章第三章 诊断理论基础诊断理论基础2024/4/1724河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术 设备诊断都是在现场相当

12、恶劣的环境条件下进行的。从各种噪声信号把相当微弱的征兆信号检测出来，需要使用信号处理技术 是关键 2024/4/1725河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术一、诊断信号处理技术体系技术体系时间系列信号时间系列信号处理技术：处理技术：信号处理技术用来表现各种参数的时间函数时间函数，这些参数包括振动、声响或各类主要效应参数，是基本的技术，主要有：分离信号和噪声的技术提取周期性特征的技术提取波形特征的技术推定系统的动态特征的技术识别信号源的技术信号的变换和合成技术预测技术2024/4/1726河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术图像处理技术：图

13、像处理技术：是将信号表现为空间位置函数，即表现成几何图像。在电力设备诊断中，局部放电采用的二维、三维图像指纹有很高的分辨率。图像处理技术主要有：图像信号的压缩和强化技术从图像中,把特定部分(形状或状态)分离出来的技术改善图像质量的技术测定几何尺寸的技术图像的记录、再生、记述技术2024/4/1727河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术 信号处理还包括模式识别模式识别技术技术、多变量分析多变量分析技术技术及光学处理及光学处理技术技术。模式识别模式识别技术包括：模式和噪声的分离技术提取模式特征的技术识别模式集合的技术有关学习机能的技术2024/4/1728河海大学河海大

14、学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术二二、设备诊断有效信号处理技术总揽、设备诊断有效信号处理技术总揽 （主要是时间系列信号处理技术）包括：分离信号和噪声的技术；提取周期性特征的技术；提取波形特征及推断系统动态特征的技术。2024/4/1729河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术1分离信号和噪声的技术分离信号和噪声的技术（1）相关法相关法直接相关v自相关，互相关v瞬时相关，反射波相关v同步相关运算相关（间接相关）v包络线运算后的相关v极值相关v频率滤波后相关v非线性变换后的相关2024/4/1730河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理

15、技术技术（2）滤波法滤波法线性滤波器v频率滤波器v匹配滤波器v加尔曼滤波器v摸拟滤波器 无源滤波器有源滤波器v数字滤波器非线性滤波器同态滤波器v 乘积分解v 卷积分解2024/4/1731河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术（3）平均化-平均响应法直接平均响应法运算（间接）平均响应法（3）信号的双重判断（4）假定检验2024/4/1732河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术 2提取周期性特征的技术提取周期性特征的技术（1）频谱分析频谱分析 功率谱分析 傅氏频谱分析 阶比分析 倒频谱分析博立叶变换DET检波器FFT快速傅立叶变换时间减缩频率

16、滤波器调谐滤波器扫描滤波器数字滤波器2024/4/1733河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术（2）相关法自相关，包络线运算后的自相关与周期函数的互相关（3）信号的积分平均响应法2024/4/1734河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术 3提取波形特征的技术提取波形特征的技术（1）相关法时间滞后发生器（2）瞬时相关法 Walsh函数 傅立叶级数 多项式展开（3）频谱分析 功率谱 傅立叶频谱分析 阶比分析 倒频谱分析 重谱分析2024/4/1735河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术（4）基本统计量 概率密度 速

17、度变化记录器 极值分布（5）波形处理2024/4/1736河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术 4推断系统动态特性的技术推断系统动态特性的技术（1）附加试验信号法附加试验信号法 过渡响应法 阶跃响应法 锤击法 脉冲响应法 平均响应法 稳态响应法 频率响应法 机械阻抗法随机响应法 相关函数功率谱互功率谱自回归模拟2024/4/1737河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术（2）从操作信号进行推断）从操作信号进行推断相关函数功率谱互功率谱自回归模拟摸索检查法v 连续形v 离散形v 扰动形v 模拟计算法v 最大倾斜法概率的近似法统计的对策理论20

18、24/4/1738河海大学河海大学河海大学河海大学3-3 信号处理信号处理技术技术 5识别信号源的技术识别信号源的技术时间域信息 时间差测量 互相关 相干函数频率域信息 傅氏频谱 滤波法非线性滤波器同态滤波器 乘积分解 脉动分解 迭加分解2024/4/1739河海大学河海大学河海大学河海大学第三章 诊断理论基础 第四节第四节 识别技术识别技术 2024/4/1740河海大学河海大学河海大学河海大学3-4 识别识别技术技术 一、识别技术种类一、识别技术种类 设备诊断常用的识别方法有两种：决定论决定论的识别方法；统计论统计论(概率和几何分类)的识别方法。2024/4/1741河海大学河海大学河海大

19、学河海大学3-4 识别识别技术技术1、决定论识别法决定论识别法：根据被诊断设备的物理、结构特征和故障机理，从理论和试验上寻求故障和征兆之间的关系，进而判别故障类别、地点、原因（如图P68）。这是人们已经习惯的方法，也是现今诊断技术的中心，电力设备和系统也都采用此方法。基于数学模型的参数辨识法是近年发展的新技术。2024/4/1742河海大学河海大学河海大学河海大学3-4 识别识别技术技术2、概率论识别技术：这是从设备的数理统计方法得出的数学方面特征，并予以故障分类的方法。如均值、方差、协方差函数及线性预测模型参数等。2024/4/1743河海大学河海大学河海大学河海大学3-4 识别识别技术技术

20、 二二、决定论识别的参数辨识法、决定论识别的参数辨识法 1基于数学模型的故障诊断原理基于数学模型的故障诊断原理 一个实际的工业系统的数学模型为式中 U和Y可测的输入量和输出量；Q 系统参数；X 系统状态变量；N 噪声干扰；f 系统内部故障因素；系统输出量、参数和状态变化 2024/4/1744河海大学河海大学河海大学河海大学3-4 识别识别技术技术基于数学模型的故障诊断原理原理:通过可测量的输入量U，输出量y，根据已知的数学模型，监视系统内部的状态参量X和系统参数Q的变化,(因为系统内部的状态参量和参数的变化的信息有时更能直接反映系统内部故障的部位和严重程度)。2024/4/1745河海大学河

21、海大学河海大学河海大学3-4 识别识别技术技术 2故障诊断中的参数辨识法故障诊断中的参数辨识法当系统的数学模型用微分方程式描述时模型参数可以表示为：模型参数不一定有明确的物理定义，但是很多故障的出现跟一些物理参数的数值变化相关（如电阻、电感和电容等）。模型参数与物理参数存在着一定的隐含关系。因此参数辨识法就是由模型参数确定物理参数的一种基本问题。参数辨识法步骤如图。2024/4/1746河海大学河海大学河海大学河海大学3-4 识别识别技术技术 2024/4/1747河海大学河海大学河海大学河海大学3-4 识别识别技术技术应用：故障信息不能直接反映在可测量的输入输出量使用关键：数学模型是否反映设

22、备与系统的相应故障，这取决于对设备与系统故障机理研究是否充分；模型参数的可辨识性，它取决于是否有相应的传感器来监测设备的状态并为参数辨识提供可靠性信息；参数辨识的方法是否准确。2024/4/1748河海大学河海大学河海大学河海大学3-4 识别识别技术技术常用的参数辨识算法有：极大似然法、最小二乘法、互相关法、辅助变量法、随机逼近法自适应算法。如：最小二乘法的算法诊断鼠笼异常电动机转子断条故障 2024/4/1749河海大学河海大学河海大学河海大学 第五节 预测技术2024/4/1750河海大学河海大学河海大学河海大学3-5 预测预测技术技术预测技术：预测技术：是预测设备故障或异常可能发展的速发展的速度和后果度和后果，提出临时处理的意见处理的意见和根本治理的建议。两种：决定论预测技术概率论预测技术2024/4/1751河海大学河海大学河海大学河海大学3-5 预测预测技术技术 一、一、决定论预测技术决定论预测技术正确地测定现状的劣化水平和设备的附加应力，并将其输入到各种理论模型中，根据计算，预测寿命和可靠性。2024/4/1752河海大学河海大学河海大学河海大学3-5 预测预测技术技术 二、概率论预测技术这是时间系列的预测问题，由过去的征兆X、故障数据f、按信息理论方法预测未来。主要技术有：外插近似理论指数平滑法数字小波器2024/4/1753河海大学河海大学河海大学河海大学