电气设备状态监测与故障诊断
1 前言
1.1 状态监测与故障诊断技术的含义
电气设备在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，其性能逐渐劣化，最终导致故障。特别是电气设备中的绝缘介质，大多为有机材料，如矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料等，容易在外界因素作用下发生老化。电气设备是组成电力系统的基本元件，一旦失效，必将引起局部甚至广大地区的停电，造成巨大的经济损失和社会影响。
“监测”一词的含义是为了特殊的目的而进行的注视、观察与校核。设备的状态监测是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测，其目的是为了判明设备是否处于正常状态。“诊断”一词原是一医学名词，指医生对收集到的病人症状（包括医生的感观所感觉到的、病人自身主观陈述以及各种化验检测所得到的结果）进行分析处理、寻求患者的病因、了解疾病的严重程度及制订治疗措施与方案的过程。设备的“故障诊断”借用了上述概念，其含义是指这样的过程：专家根据状态监测所得到的各测量值及其运算处理结果所提供的信息，采用所掌握的关于设备的知识和经验，进行推理判断，找出设备故障的类型、部位及严重程度，从而提出对设备的维修处理建议。简言之，“状态监测”是特征量的收集过程，而“故障诊断”是特征量收集后的分析判断过程。
广义而言，“诊断”的含义概括了“状态监测”和“故障诊断”：前者是“诊”；后者是“断”。
1.2 状态监测与故障诊断技术的意义
电气设备特别是大型高压设备发生突发性停电事故，会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。提高电气设备的可靠性，一种办法是提高设备的质量，选用优质材料及先进工艺，优化设计，合理选择设计裕度，力求在工作寿命内不发生故障。但这样会导致制造成本增加。此外，设备在运行中，总会逐渐老化，而大型设备不可能象一次性工具那“用过即丢”。因此，另一方面，必须对设备进行必要的检查和维修，这构成了电力运行部门的重要工作内容。
早期是对设备使用直到发生故障，然后维修，称为事故维修。但是，如前所
述，对于大型设备，突发性事故将造成巨大损失。
其后，发展成定期试验和维修，即预防性维修。现在，定期预防性试验和维修已在电力部门形成制度，对减少和防止事故的发生起到了很好的作用。但预防性试验是离线进行的，有很多不足之处：
1) 离线试验需停电进行，而不少重要电力设备轻易不能停止运行。
2) 停电后设备状态（如作用电压、温度等）和运行中不符，影响判断准确度。
3) 由于是周期性定期检查，而不是连续地随时监测，设备仍可能在试验间隔期间发生故障，即造成维修不足。
4) 由于是定期检查和维修，设备状态即使良好时，按计划仍需进行试验和维修，造成人力物力浪费，甚至可能因拆卸组装过多而造成损坏，即造成所谓维修过度。
因此，目前正在发展以状态监测（通常是在线监测）和故障诊断为基础的状态维修。其基本原理可简述如下。设备的劣化、缺陷的发展虽然具有统计性，发展的速度也有快慢，但大多具有一定的发展期。在这期间，会产生各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学等特性发生少量渐进的变化。随着电子技术、计算机技术、光电技术、信号处理技术和各种传感技术的发展，可以对电气设备进行在线的状态监测，及时取得各种即使是微弱的信息。对这些信息进行处理和综合分析后，根据其数值的大小及变化趋势，可对设备的可靠性随时作出判断和对设备的剩余寿命作出预测，从而能早期发现潜伏的故障，必要时可提供预警或规定的操作。状态监测（在线监测）与故障诊断技术的特点是可以对电气设备在运行状态下进行连续或随时的监测与判断，故可避免上述预防性试验的缺点。
在线监测和离线试验也不是对立的，而是相辅相成的。如在线监测中发现事故隐患后，必要时在离线状态下进行更为彻底的全面检查。
采用状态监测与故障诊断技术后，可以使预防性维修向预知性维修即状态维修过渡，从“到期必修”过渡到“该修则修”。
状态监测与故障诊断技术有很大的难度。潜伏性故障前期征兆的信号通常极为微弱，而运行条件下现场又存在强烈的电磁干扰。因此，抑制各种干扰，提高信噪比是在线监测中首先必须解决的难题。此外，监测到的各种特征量和设备的
状态通常也不是一一对应的，而具有错综复杂的关系。如果说离线的预防性试验结果的分析，已经积累了大量经验，据此可以制订出相应的规程推广施行（当然也需要根据科学技术的发展，不断加以修订补充）；那么对于在线诊断现在则仍处于研究试行、积累经验的阶段。发展在线诊断技术，既需对设备结构及其老化机理有深入的了解，也需应用传感、微电子等高新技术。它是具有交叉学科性质的一门新兴技术，有重大的学术意义，也有显著的经济价值。
1.3 状态监测与故障诊断技术的发展概况
国外对电气设备状态监测与故障诊断技术的研究，始于60年代。各发达国家都很重视。但直到70~80年代，随着传感、计算机、光纤等高新技术的发展与应用，设备在线诊断技术才真正得到迅速发展。加拿大、日本、前苏联等国陆续研制了油中溶解气体，变压器、发电机、气体绝缘封闭组合电器（GIS）等的局部放电，电容型设备的介质损耗因数（tgδ）等特性，交链聚乙烯电缆的泄漏电流等等的在线监测系统。其中少数已发展成为正式产品。国际大电网会议于1990年发表了关于电气绝缘诊断技术的综述性报告，对这一领域截止80年代未的研究成果作了系统的总结。
我国对电气设备状态监测与故障诊断技术的重要性也早已认识。60年代就提出过不少带电试验的方法，但由于操作复杂，测量结果分散性大，没有得到推广。80年代以来，随着高新技术的发展与应用，我国的电气设备在线诊断技术也得到了迅猛发展。由于我国工业发展迅速，用电一直紧张，加之部分设备故障率较高，因此，对于推行在线诊断技术以提高电力系统的运行可靠性更为迫切。我国高等院校和电力部门科研院所的不少有关专业都相继开展了这方面的研究。自1985年以来，由电力部主持，先后三次（分别在安徽、湖北、广东三省）召开了全国电力设备绝缘带电测试、诊断技术交流会，不仅进行了学术交流，而且就如何发展和推广在线诊断技术开展了讨论。可以认为，我国电气设备状态监测与故障诊断技术的研究和国际上是同步发展的，处于几乎相同的水平。
由于状态监测与故障诊断技术的难度，不论是国内，还是国外，除个别项目以外，大多还不很成熟，仍处于研究发展阶段。由于客观的需要，相信这门技术一定能迅速发展成长，从而对提高电力系统的运行水平发挥巨大的作用。
1.4 状态监测与故障诊断系统的组成
1.4.1 系统分类
监测与诊断系统可分成以下几种类型:
1) 简易式：功能简单。如模拟量监测装置，机械式或荧光屏显示。又如便携式数据采集器，由数码管显示或将采得数据带回，输入计算机处理。
2) 以单片机为核心的监测装置：以单片机为核心，结合传感器、多路开关、模/数转换器、微型打印机和固化在可编程序存储器中的软件，可组成最简单的连续监测系统。
3) 以计算机为核心的监测系统：采用单台计算机代替单片机，可以提高系统的数据处理能力，增加分析诊断功能。可发展为分级管理的分布式监测诊断系统。
1.4.2 基本单元
监测与诊断系统包括以下基本单元。
1) 信息的检出及适配单元：由相应的传感器从待测设备上检出反映设备状态的物理量（特征量）并将其转换为合适的电信号，向后续单元传送。
2) 数据采集及前置单元：对传感器变送来的信号进行预处理，主要是对混杂在信号中的干扰进行抑制以提高信噪比。对经过预处理的信号进行A/D转换及采集记录。
3) 信息的传输单元：将采集到的信息传送到后续单元。对于固定式监测系统，因数据处理单元远离现场，故需配置专门的信息传输单元；对便携式检测装置，只需对信号进行适当的变换和隔离。
4) 数据处理单元：对所采集到的数据进行处理和分析，例如读取特征值，作时域频域分析、平均处理等，为诊断提供有效的数据。
5) 诊断单元: 对处理后数据及历史数据、判据、规程以及运行经验等进行分析比较，对设备的状态及故障部位作出判断，为采取进一步措施（如需否退出运行、安排维修计划等）提供依据，必要时提供预警。
由于特征量和状态不是一一对应, 需作综合性的分析与判断,专家的经验会发挥重要作用。人工智能的重要分支C专家系统在诊断技术中的应用已得到重视。
2 电容型设备的监测与诊断
2.1 概述
电介质的耐电强度通常随其厚度的增加而下降，因此电力电容器常由一些极
间介质厚度较小的电容元件串联组成。
电容型套管、电容型电流互感器的绝缘中也设有一些均压电极，将较厚的绝缘分隔为若干份较薄的绝缘，也形成了电容串联结构。由于结构上的这一共同特点，电力电容器、耦合电容器、电容型套管、电容型电流互感器以及电容型电压互感器等统称为电容型设备。设电容型设备的绝缘完好时，流经绝缘的电流超前电压U的相位φ为π/2弧度（见图1）。
相对于其他电气设备，电容型设备的工作电场强度较高，长期工作后设备绝缘可能发生局部损坏，即绝缘老化，此时流经绝缘的电流变化为。由图1可看出，监测电流值的变化ΔI/I、绝缘的介质损耗因数tgδ（相应于电流相量Δ 的实部）以及电容量的变化ΔC/C（相应于电流相量Δ 的虚部），可判断电容型设备是否已有绝缘缺陷。
2.2 介质损耗因数监测
介质损耗因数是衡量电力设备绝缘性能的重要指标之一，长期以来大多用西林电桥测量。在线监测要求测量过程自动化，不宜采用电桥，改为采用数字化测量技术。
对电力设备绝缘，流经绝缘的电流i的相位超前绝缘两端电压u的相位小于π /2弧度，介质损耗角δ=（π/2）- 。使用数字化测量技术就是通过先测量，然后按公式计算来求得介质损耗角δ。以下将介绍两种介质损耗角的数字化测量方法：过零点时差法和正弦波参数法。
2.2.1 过零点时差法
流经绝缘的电流i和绝缘两端的电压u是频率f为约50Hz的正弦波。过零点时差法是在时域中，通过脉冲计数来测量正弦电流、电压由负变正过零点的时差ΔT，再换算为i超前u的相位差，并进而算得介质损耗角δ的一种方法。已知正弦波的周期T=1/f，在测得过零点时差ΔT后，易知φ=2π（ΔT/T），而δ=（π/2）- =（π/2）-2π（ΔT/T）。
为采用脉冲计数流来测量过零点时差，要将正弦波形的电流i(t)、电压u(t)整形为相应的方波A、B，如图2所示。应用方波A·B来控制脉冲计数器对时基脉冲的计数，若计数器计得的脉冲数为n，而时基脉冲的重复周期为τ，则ΔT≈nτ.。当τ以微秒计时，测量装置对、也即对δ的分辨为πτ×10-4。可知为使装置具有必需的分辨率，时期脉冲的重复周期τ应足够短。
2.2.2 正弦波参数法
设流经绝缘的电流i=Imsin(ωt+ i),绝缘两端的电压u=Umsin(ωt+ u)。正弦波参数法是通过模/数转换，将电流、电压信号离散化后，应用一定的算法，求得
正弦波参数Im、 i、Um、 u，再计算出i超前u的相伴差，并进而算得介质损耗角δ的一种方法。
2.3电容量监测
在对流经绝缘的电流I(t)和绝缘两端电压u(t)采样后，可分别求得电流、电压的有效值I、U。监测装置同时测量工频电压的频率f。设备的电容量C可由下面公式求得：
实际上，当tgδ小于0.1时，按近似式算得的电容值的误差可以忽略。
2.4 三相不平衡电流监测
理论分析表明，与监测介质损耗因数或电容量的变化相比，监测流经绝缘电流的变化对发现绝缘缺陷更为灵敏。然而，电流监测装置经常流过正常电流，当此电流发生微弱变化时，装置很难及时发现。但若电流监测装置同时监测三相设备的绝缘，则设备状态正常时，三相电流平衡，流经装置的电流为零。这种情况下，若某相绝缘出现缺陷，流经该相绝缘的电流发生微弱变化，因而出现三相不平衡电流，监测装置能很灵敏地发现此电流，从而及时发现故障。
图3为监测三相不平衡电流的原理线路图。电容型设备ZA、ZB、ZC分别处于三相电压 A、 B、 C的作用下，其绝缘中流通电流 A、B、 C。为了检测这些电流，在每相设备的接线处分别接入检测单元（电阻、电容或电流传感器）Za、Zb、Zc，由于其阻抗值比ZA、ZB、ZC小得多，它们的接入对流经三相绝缘的电流值几乎没有影响。检测单元的输出电压 a、 b、 c反映了电流 A、 B、 C，正常情况下，这三个电压的相量和为零，即加法器无输出信号。但当某相绝缘出现故障时，电压 a、 b、 c的相量和不再为零，加法器有信号输出，经放大器K0放大后给出故障信息。
通常，三相设备的阻抗不会完全相同，三相电压不一定完全平衡，三相检测单元的阻抗也不会完全相同，因此在绝缘状况正常时，电压 a、 b、 c的相量和也不一定为零。为此，引入对称化单元一幅值调节装置KA、KB、KC，以使绝缘状况正常时加法器的输出为零。当某相绝缘出现故障时，流经该相绝缘的电流发生变化，此时加法器的输出即为故障信息。
《电气设备状态监测与故障诊断技术》复习提纲 1 预防性试验的不足之处（P4） 答： 1、需停电进行试验，而不少重要电力设备，轻易不能停止运行。 2、停电后设备状态（如作用电压、温度等）与运行中不符，影响判断准确度。 3、由于是周期性定期检查，而不是连续的随时监测，绝缘仍可能在试验间隔期发生故障。 4、由于是定期检查和维修，设备状态即使良好时，按计划也需进行试验和维修，造成人力 物力浪费，甚至可能因拆卸组装过多而造成损坏，即造成所谓过度维修。 2 状态维修的原理（P4） 答：绝缘的劣化、缺陷的发展虽然具有统计性，发展的速度也有快慢，但大多具有一定的发展期。在这期间，会有各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学等特性有少量渐进的变化。随着电子、计算机、光电、信号处理和各种传感技术的发展，可以对电力设备进行在线状态监测，及时取得各种即使是很微弱的信息。对这些信息进行处理和综合分析，根据其数值的大小及变化趋势，可对绝缘的可靠性随似乎做出判断并对绝缘的剩余寿命做出预测，从而能早期发现潜伏的故障，必要时可提供预警或规定的操作。 3 老化的定义（P12） 答：电气设备的绝缘在运行中会受到各种因素（如电场、热、机械应力、环境因素等）的作用，部将发生复杂的化学、物理变化，会导致性能逐渐劣化，这种现象称为老化。 4 电气设备的绝缘在运行常会受到哪些类型的老化作用?(P12) 答：有热老化、电老化、机械老化、环境老化、多应力老化等。 5 热老化的定义（P12） 答：由于在热的长期作用下发生的老化称为热老化。 6 什么是8℃规则?（P13） 答：根据V.M.Montsinger提出的绝缘寿命与温度间的经验关系式可知，lnL和t呈线性关系，并且温度每升高8℃，绝缘寿命大约减少一半，此即所谓8℃规则。 7 可靠性、失效与故障的定义（P21） 答：可靠性：产品在规定条件下和规定的时间区间完成规定功能的能力。 失效：产品终止完成规定功能的能力这样的事件。 故障：产品不能执行规定功能的状态。 8 典型的不可修复元件，其失效率曲线呈什么形状？有哪些组成部分？（P22） 答：典型的不可修复元件，一般为电子器件，其失效率曲线呈浴盆状，可分为三个部分：早期失效期、恒定失效期和耗损失效期。 9 寿命试验的目的和方式(26)
电气故障诊断 一、电气设备的状态及检测技术 1、电气设备的状态 （1）正常状态：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）异常状态：缺陷有了进一步的发展，设备状态发生变化，性能恶化，但仍能维持工作。（3）故障状态：缺陷发展到使设备性能和功能都有所丧失的程度。 （4）事故状态：功能完全丧失，无法进行工作状态。 2、电气设备的状态检测 （1）判断设备所处的状态； （2）根据其状态决定对待的方式。 二、电气设备的现代检测技术 1、现代故障诊断技术的构成： （1）故障诊断机理的研究：（理化原因等） （2）故障诊断信息学的研究：（数据采集与分析） （3）诊断逻辑和数学原理方面的研究：（诊断与决策） 2、现代故障诊断四项技术： （1）检测技术（采集信号、参数） （2）信号处理技术（提取状态信息） （3）识别技术（分析、判断） （4）预测技术（决策和预测） 3、故障诊断与状态监测的关系 （1）工况监测：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。 （2）状态监测：又称简易诊断，通过监测结果与设定阈值之间的对比，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深入的诊断。
4、故障诊断的成功因素 （1）故障信息源 （2）诊断方法 5、故障诊断技术的发展趋势（与当代前沿科技相融合） （1）人工智能技术：人工神经网络、专家系统等； （2）前沿数学：小波分析、模糊数学、分析几何等； （3）信息融合技术：证据理论等。 6、故障诊断的关注点 （1）故障阶段：尚未发展造成事故的阶段； （2）其目的是：防患于未然； （3）作用阶段：继电保护动作之前。 三、电气设备的传统检测技术 如果把有故障的电气设备比作病人，电工就好比医生。由中医诊断学的经典四诊（望、闻、问、切），结合电气设备故障的特殊性和诊断电气故障的成功经验，电气设备的检测技术归纳为“六诊”要诀，另外引申出电气设备诊断特殊性的“九法”、“三先后”要诀。 “六诊”、“九法”、“三先后”是行之有效的电气设备诊断的思想方法和工作方法。 事物往往是千变万化的和千差万别的，电气设备出现的故障是五花八门，“六诊”、“九法”、“三先后”电气故障诊断要诀，只是一种思想方法和工作方法，切记不能死搬硬套。检修人员要善于透过现象看本质，善于抓住事物的主要矛盾。 （一）“六诊”检测法 “六诊”------口问、眼看、耳听、鼻闻、手模、表测六种诊断方法，简单地讲就是通过“问、看、听、闻、摸、测”来发现电气设备的异常情况，从而找出故障原因和故障所在的部位。前“五诊”是凭借人的感官对电气设备故障进行有的放矢的诊断，称为感官诊断，又称直观检查法。同样，由于个人的技术经验差异，诊断结果也有所不同。可以采用“多人会诊法”求得正确结论。“表测”即应用电气仪表测量某些电气参数的大小，经过与正常数值对比，来确定故障原因和部位。 （1）口问 当一台设备的电气系统发生故障后，检修人员首先要了解详细的“病情”。即向设备操作人员了解设备使用情况、设备的病历和故障发生的全过程。 如果故障发生在有关操作期间或之后，还应询问当时的操作内容以及方法、步骤。总的来讲，了解情况要尽可能详细和真实，这些往往是快速找出故障原因和部位的关键。 例如：当维修人员巡查时，操作人员反应前处理一台打水离心泵不能启动，需要及时处理。这时维修人就要询问，水罐是否有水，上班和本班是否曾经运行，具体使用情况，是否运行一段时间后停止，还是未运行就不能开启。还要询问故障历史等等。了解具体情况后，到现场进行处理就会有条理，轻松解决问题。 （2）眼看 1）看现场 根据所问到的情况，仔细查看设备外部状况或运行工况。如设备的外形、颜色有无异常，熔丝有无熔断：电气回路有无烧伤、烧焦、开路、短路，机械部分有无损坏以及开关、刀闸、按钮插接线所处位置是否正确，改过的接线有无错误，更换的元件是否相符等：还要观察信
电力电缆运行中常见的异常有以下几种： 1、电压异常。运行中电力电缆的电压不得超过额定电压的1596，超过规定应视为异常，因其容易造成电缆绝缘击穿事故。 2、温度异常。电力电缆运行中的长期允许工作温度，不应超过制造厂规定。限制其最高允许温度的原因是：电缆过热会加速绝缘老化，缩短使用寿命并可能造成事故。电缆长时间过热会造成以下危害： （1）电缆终端头外部接触部分损坏。 （2）电缆绝缘降低、老化。 （3）铅包龟裂膨胀、恺装缝隙开裂。 （4）沥青绝缘胶受热膨胀，使电缆端头、中间接头胀裂。 电力电缆运行中的温度高低，主要取决于所带负荷的大小，因此值班人员可以通过监视和控制其负荷，使电力电缆不致于温度过高。 （5）小电流接地系统单相永久性接地故障时，该系统上的电缆连续运行的时间最长不超过2小时。 Ⅵ、电力电容器部分: 1、电容器的常见故障。当发现电容器的下列情况之一时应立即切断电源。 （1）电容器外壳膨胀或漏油。 （2）套管破裂，发生闪络有为花。 （3）电容器内部声音异常。 （4）外壳温升高于55℃以上示温片脱落。 2、电容器的故障处理 （1）当电容器爆炸着火时，就立即断开电源，并用砂子和干式灭火器灭火。 （2）当电容器的保险熔断时，应向调度汇报，待取得同意后再拉开电容器的断路器。切断电源对其进行放电，先进行外部检查，如套管的外部有无闪络痕迹，外壳是否变形，，漏油及接地装置有无短路现象等，并摇测极间及极对地的绝缘电阻值，如未发现故障现象，可换好保险后投入。如送电后保险仍熔断，则应退出故障电容器，而恢复对其余部分送电。如果在保险熔断的同时，断路器也跳闸，此时不可强送。须待上述检查完毕换好保险后再投入。
智能状态监测与故障诊断 测控一班 高青春 20091398
第一章 绪论 在现代化的机械设备的生产和发展中，滚动轴承占很大的地位，同时它的故障诊断与监测技术也随着不断地发展，国内外学者对轴承的故障诊断做了大量的研究工作，各种方法与技巧不断产生、发展和完善，应用领域不断扩大，诊断精度也不断提高。时至今日，故障诊断技术己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、控制论、系统论为理论基础，以现代测试仪器和计算机为技术手段，总的来说，轴承故障诊断的发展经历了以下几个阶段：第一段：利用通用的频谱分析仪诊断轴承故障。第二阶段：利用冲击脉冲技术诊断轴承故障。第三阶段：利用共振解调技术诊断轴承故障。第四阶段：以计算机为中心的故障诊断。 国外的滚动轴承的故障诊断与监测技术要先于中国，而且这项技术的发展趋势啊已经趋向智能化状态，因为它机械化迅速，技术和设备都比较先进些，目前的技术也比较完善。但是总体来看，这其中的距离在不断拉近，我们相信不久的将来，中国也会使机械完善大国，也会完善和提高技术的精密度和准确度。【2】【3】
1.1轴承监测与故障诊断的意义 滚动轴承是机械各类旋转机械中最常用的通用零件部件之一，也是旋转机械易损件之一，在机械生产中的作用不可取代，据统计旋转机械的故障有30%是由轴承故障引起的,它的好坏对机器的工作状态影响极大,轴承的缺陷会导致机器剧烈振动和产生噪音,甚至会引起设备的损坏,因此,对重要用途的轴承进行状态监测与故障诊断是非常必要的【3】而且，可以生产系统的安全稳定运行和提高产品质量的重要手段和关键技术，在连续生产系统中，如果某台设备因故障而不能继续工作，往往会影响全厂的生产系正常统运行，从而会造成巨大的经济损失，甚至可能导致机毁人亡的严重后果。未达到设计寿命而出现故障的轴承没有被及时的发现，直到定期维修时才被拆下来报废，使得机器在轴承出现故障后和报废前这段时间内工作精度降低，或者未到维修时间就出现严重故障，导致整部机器陷于瘫痪状态。因此，进行滚动轴承工作状态及故障的早期检测与故障诊断，对于设备安全平稳运行具有重要的实际意义。【14】 1.2滚动轴承故障的分类: 滚动轴承的故障多种多样，有生产过程中产生的也有使用过程中后天造成一系列故障，其失效形式有： 1.2.1疲劳剥落: 指滚动体或滚道表剥落或脱皮在表面上,形成不规则 凹坑等甚至会一定深度下形成能裂纹，继扩展到接触表面发生剥落坑，最后大面积剥落，造成失效。【12】
网络教育学院 本科生毕业论文（设计） 题目：电气设备在线监测与故障诊断 学习中心： 层次：专科起点本科 专业： 年级：年春/秋季 学号： 学生： 指导教师： 完成日期：年月日
内容摘要 文中分析了电气设备的在线监测和故障诊断，论述了高压断路器、变压器、金属氧化物避雷器、电容型设备在线监测技术，探讨了电气设备在线监测的意义与维修意义，在线监测技术是在被测设备处于运行的条件下，对电气设备的状况进行连续或定时的监测，电气设备的故障诊断的方法，探讨了电气设备的状态监测和故障诊断技术的发展概况和电气设备的在线监测的发出趋势和存在的不足。 关键词：电气设备；在线监测；故障诊断；发展趋势；技术不足
目录 内容摘要 ........................................................................................................................... I 1 绪论 . (1) 1.1 课题的背景及意义 (1) 1.2 国内外研究和发展动态 (1) 1.2.1 在线监测与故障诊断技术发展概况 (1) 1.2.2 在线监测与故障诊断技术发展方向 (2) 1.3 本文的主要内容 (2) 2 电气设备的在线监测 (4) 2.1 概述 (4) 2.2 高压断路器的在线监测 (4) 2.3 变压器的在线监测 (4) 2.4 金属氧化物避雷器的在线监测 (5) 2.5 电容型设备的在线监测 (5) 3 电气设备的故障诊断 (6) 3.1 系统的基本框架 (6) 3.2 故障诊断方法 (6) 3.3 远程故障诊断系统 (7) 4 在线监测和故障诊断技术存在的问题 (8) 4.1 在线监测装置的稳定性 (8) 4.2 在线监测与诊断系统的标准化 (8) 4.3 电气设备剩余寿命预测技术 (9) 5 结论 (10) 参考文献 (11) 附录 (12)
摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1船舶电气设备系统的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2船舶电气设备常见故障征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 3船舶电气设备的故障分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 3.1按故障性质分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 3.2按故障原因分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 3.3按故障后果分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 3.4按故障发生和演变过程的特点分类．．．．．．．．．．．．6 4 船舶电气设备常见故障原因及处理方法．．．．．．．．．．．．．7 4.1发电机常见故障及处理方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 4.2主配电板常见故障及排除方法．．．．．．．．．．．．．．．．8 4.3船舶电网常见故障及处理方法．．．．．．．．．．．．．．．10结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
摘要 随着科学技术的日益发展，我国的船舶行业的自动化程度不断提高.但是，因为电气设备故障而导致的企业和人员损失也越来越大，因此，对船舶电气设备的可靠性和稳定性要求也愈来愈高。船舶电气设备的故障时多种多样的，但是如果每次都在电气设备出现故障后再进行维修，这样虽然能保证设备的维修，但是由于船舶在运行时受到工作环境等因素的影响，因此，为了能保证船舶的正常运行，我们应分析船舶电气设备的各种故障现象，总结归纳出出现故障前的征兆，对不同类别电气设备的故障原因和可能出现的结果进行分类，为船舶的维护与检修工作提供理论的指导。 关键词：船舶；电气设备；故障分析；故障处理
状态监测与故障诊断的基本图谱 一、常规图谱 常规图谱又称稳态图谱，是在转速相对稳定、没有大幅度变化情况下的有关图谱，因此其不含开停车信息。 1. 机组总貌图 机组总貌图显示了机组的总貌，可了解机型、转子支撑方式、轴承位置、运行转速等，主要是查看探头的位置及位号。 2. 单值棒图 较为形象、直观地显示实时振动值，并可知低报、高报报警值及转速。 3. 多值棒图 多值棒图显示实时通频值及各主要振动分量的振动值，可大致了解机组运行是否正常。 正常运转状态下的多值棒图通常是：一倍频最大、且与通频相差不大，二倍频小于一倍频的一半，0.5倍频微量或无，可选频段很小，残余量不大。 其中： （1）通频值～即总振动值，为各频率振动分量相互矢量迭加后的总和。 （2）一倍频～为转子实际运行转速n下的频率f，又称工频、基频、转频， f = n／60 [Hz]；转子动不平衡及轴弯曲、轴承不良（偏心）、热态对中不良、支承刚度异常、在临界转速区运行、电机气隙偏心等，都会引起一倍频振动分量的增大，发生概率依次降低。 （3）二倍频～二倍工频，转子热态不对中、裂纹、松动、水平方向上支承刚度过差等，都会引起二倍频振动分量增大，绝大多数是轴系不对中。 （4）0.5倍频～0.5倍工频，又称半频，油膜涡动会引起该频率段增大，轴承工作不良也会引起该段频率增大；旋转失速、摩擦也都有可能。 （5）可选频段～由用户根据机组常见故障自己定义的频段，一般可选择(0.4~0 .6)倍工频或(0.3~0 .8)倍工频，用来监测是否发生亚异步振动，如油膜涡动、旋转失速、密封流体激振、进汽（气）脉动、摩擦、松动等。主要是轴承因紧力、接触、摇摆、油档及油温等问题引起的油膜失稳、摩擦、旋转失速、进汽脉动。 （6）残余量～除上述频率成分外，剩余频率成分振动分量的总和，该部分振值高时，转子有可能发生摩擦、高频气流脉动等。 4. 波形图 波形图显示了振动位移与时间的关系，又称幅值时域图。 波形图显示了振幅、周期（即频率）、相位，特别是波形的形状和状态。 图中：① 振幅为正峰与负峰之间的位移量，比较各周期对应的峰高，即可知振幅值是否稳定；② 二个亮点之间为一个旋转周期，波形图的周期数可以选取，想了解波形重复性
状态监测与故障诊断与飞设密不可分 刚刚接触这门课的时候，我只知道这是民航飞行学院开设的课程，但还不知道这门课到底讲什么东西，对我们飞设来说到底有什么借鉴之处。经过几周的学习，我初步了解了这门课。简单说，状态监测与故障诊断和飞设之间有着密切的联系。他们是一种表里关系，是一种感知和应用的关系，两者互为支撑，共同促进了航空工业的进步发展。 状态监测与故障诊断促进了设计行业的发展。 状态监测与故障诊断为设计飞机提供了大量的、可靠的数据。 这提供了一种实验。通过对飞行器飞行状态、各个零部件的工作状态、各个系统的运行情况进行检测，我们可以获得大量的实时数据，进而进行详细的分析，即故障诊断。一方面我们可以检测出飞行器的故障来源，对飞行器进行维修。同时，我们可以统计飞行器各部分发生故障的频率和原因等，进而分析得出设计上的缺陷。这也可以作为设计飞机的依据，比如发动机轴承要用什么材质，设计寿命多长时间最为合适。再者，分析得到的数据可以对目前的设计理论进行验证，这对飞行器设计来说更为至关重要。 状态监测与故障诊断也可以给设计提出新的问题与要求。比如国内大气污染严重，飞机的空调系统收到了巨大的影响。这就要求飞机设计时采取某些措施来防止这些问题发生。 设计行业也促进了状态监测与故障诊断的发展。 飞行器设计理论可以指导状态监测与故障诊断的实际应用。 应用已经提出验证的的理论，我们可以初步分析出各部件的特性，这样便可以某些易损坏或是极度危险的零部件进行重点监控，这样不但更具可行性，而且还大大节约了人力物力，降低航空公司的运营成本。比如发动机是飞行器的核心部分之一，构建复杂，极易出现故障，所以要重点监测。 同时已有的理论基础可以为状态监测提供必要的手段，使其具有可行性。最简单的就是发动机的涡轮叶片，我们可以通过测量转子的惯性矩来分析判断叶片是否有松动，这样方便可行。 在理论方面，飞行器设计理论也在指导状态监测与故障诊断的发展，经过传感器采集的数据杂乱无章而且数目极为庞大。如果没有现有理论的指导，我们很难得到数据处理的方向方法，这样就得不到有价值的数据，更不要说进行故障诊断了。而应用现有理论我们可以有方向，有目的的对数据进行处理，这样我们就可以判断出是哪一方面有问题，到底有什么样的问题。 总之，状态监测与故障诊断给了我一个新的视角去看待问题，从另一个角度认识飞设这个专业。打个比方，过去我们专业所关注的是从已知到要求的问题，我们知道各种数据，所做的是对数据的分析与应用。而状态监测与故障诊断则是从要求到已知的问题，是一个反问题，我们要做的是我们如何才能得到我们所需要的数据，如何才能保证所得导数据的可靠性等。 除此之外，还有就是这门课的感受吧。 这门课也进行大半了，但是自己并没有达到自己想要的水平。总感觉有些遗憾。很多东西还是一知半解，还不能应用。我想一方面与专业基础有关系，很多基础性东西我们不懂不会，这就对理解内容造成了困难，先是听不懂，然后就不想听了，紧接着更听不懂了，直至彻底放弃掉。当然这也和上课态度以及这门课是拓展课有关吧。有的人说这门课对我没用，但我想说大
电气设备常见故障分析技巧与排除方法 〔摘要〕提高电气设备的维护管理水平，保证电气设备经常处于良好技术状态，是电气管理人员的基本职责。设备正常状态的管理是较容易进行的，可是非正常状态的管理，也就是故障状态的管理就比较复杂。电气设备的故障是多种多样的，电器维护及管理人员只有在了解设备运行原理的基础上，经过长期实际工作的锻炼，才能达到较熟练的程度，以迅速地判断故障和排除故障。 1 电气设备维护的一般方法 维护方法与电气设备的种类、技术要求、工作条件与实用工具等密切相关。根据各种维护方法的共同点，归纳起来，最简单、最常用的有6种，即看、听、闻、摸、测、做。 看：①、观察电气设备组成部分的外形变态。如，熔断器是否烧断、紧固件是否松动、绝缘器是否碳化发黑。②、观察监测仪表所指示的数值或指示装置所呈现的状态。 听：倾听电气设备运行时声音的变化来判断工况。如，异步电动机单项启动不了，同时发出“嗡嗡”声；电动机轴承损坏时，发出“沙沙”声，等等。 闻：嗅闻电气设备运行时散发出来的气味。如电气设备因短路、过载等故障导致温升超限时，可出现刺鼻的焦糊味。 摸：通过触摸电气设备外壳温度来粗略判断低级绝缘设备或一般设备的运行工况是否正常。 测：通过常用测量仪器测试电气设备的各种运行参数和绝缘电阻值。做：根据电气设备维护保养周期的要求进行经常性的清洁保养和检查、维护。 2 三相异步电动机常见故障分析 三相异步电动机是煤矿企业应用最广、使用最多的大功率电器设备，科学合理地对其进行维护和管理，使之经常性地处于正常可用的技术状态，有着至关重要的意义。而要及时发现故障、解决故障的前提，则是对故障根源的深入了解。作为事例，对三相异步电动机常见故障根源作一简单的分析。 2.1三相异步电动机单项运行 电气拖动系统中常用2个热继电器作过载保护与单项保护，以防止异步电动机单项运行。由于热继电器不能准确整定动作值，所以常常发生三相异步电动机单相及运行的故障，使电动机过热或烧坏。这种故障产生的原因可从电动机故障和主电路不正常两方面分析。电动机电枢绕组发生一相断路、引出线断裂或接线螺钉松动时，都会引起异步电动机单线运行或V形三相运行。
电气设备故障诊断方法 电气故障现象是多种多样的，例如，同一类故障可能有不同的故障现象，不同类故障能是同种故障现象，这种故障现象的同一性和多样性，给查找故障带来了复杂性。但是，故障现象是查找电气故障的基本依据，是查找电气故障的起点，因而要对故障现象仔观察分析，找出故障现象中最主要的、最典型的方面，搞清故障发生的时间、地点、环境等。 1.直接感知有些电气故障可以通过人的手、眼、鼻、耳等器官，采用摸、看、闻、听等段，直接感知故障设备异常的温升、振动、气味、响声、色变等，确定设备的故障部位。 2.仪器检测许多电气故障靠人的直接感知是无法确定部位的，而要借助各种仪器、仪表，对故障设备的电压、电流、功率、频率、阻抗、绝缘值、温度、振幅、转速等等进行量，以确定故障部位。例如，通过测量绝缘电阻、吸收比、价质损耗，判定设备绝缘是否受潮；通过直流电阻的测量，确定长距离线路的短路点、接地点等。 利用眼睛、鼻子、耳朵、手等感觉器官，来进行直接观察，观察温度、声音、颜色、气味有否异常，以判断电源装置的运行情况。通过这种直观，将一些明显的故障能立即诊断出来，或者能帮助我们分析和掌握故障发生的部位、危及范围、严重程度以及元器件损坏情况。就是对那些隐蔽而复杂的故障，通过我们所直接观察到的各种现象，也能为进行诊断和分析提供重要依据，因此，直观是诊断故障的十分重要的第一步。 1.听一听有没有异常的声音。 2.嗅一嗅有没有异常气味，特别是有没有出现绝缘材料烧焦的气味。一般电气部件都由绝缘材料组成，当绝缘材料被通过的大电流（超过额定电流数倍）烧伤或烧焦后，会发出一种刺鼻的臭味，追踪气味的发生处，能帮助我们查找故障源。 3.查一查是否出出异常的温度。各种电源设各，不管是静止型还是旋转型，只要流过电流，就会产生热量，这种热量，使温度上升，但只要不超过额定温升是允许的。电源装置能持续正常的运行，这种温度基本处于饱和状态，变化不会很大。如果发现某元器件或某部位的温度突然升高，发热发烫，出现反常情况，表明可能出现故障或者有故障隐患存在，此时可根据热源去寻找故障点。检测电源装置的温度，通常采用如下几种方法。 （1）用手去摸一摸，赁感觉和经给来判断温度是否发生了异常。平时，要有意识地经常去体验设备的温度，掌握装置正常运行情况下的温度，因此，只要用手去摸一摸（但必须注意安全），就能知道温度是否超出了允许的最高温度。根据经验，在通常情况下，能够用手摸设备耐受10s左右的温度约为60度。 （2）对一些十分重要的部件或者特别需要监视的部位，可以安放温度计，用温度计来检测和监视它们的温度。 （3）对另外一些需要监视温度的部件或部位，但不便安放温度计，也不能用手摸它。在这种情况下，可以贴上示温片或涂上示温涂料，根据它们的颜色随着温度的变化而发生变化的性能，就可以知道温度是否出现了异常。 4.看一看有没有出现冒烟的情况，是否有被烧焦、烧黄或被烧得发黑的元器件。当过载和短路引起的大电流通过元器件（或零部件）时，轻者将远件烧得发烫，烤得变黄。重者将元器件（或零部件）烧得冒烟、发焦、发黑。对这种情况，可根据损坏的元器件，找出故障点，分析出故障原因。 5.看一看熔断器是否熔断。如果发现熔断器熔断，则应检查一下是哪一相的被熔断。再细细地看一下熔芯被烧断的情况和被熔断的程度。便如，对那些玻璃管熔断器，有的熔芯看上去是被慢慢地熔断的，在被熔断分开的两个断点处显得比较粗壮，头上呈现椭圆形，玻璃管仍然很透明，并且没有任何被损坏的痕迹，也没有任何发黑发黄的现象。这些多数是由于过负
电气设备常见故障分析技巧与排除方法 摘要：提高电气设备的维护管理水平，保证电气设备经常处于良好技术状态，是电气管理人员的基本职责。设备正常状态的管理是较容易进行的，可是非正常状态的管理，也就是故障状态的管理就比较复杂。电气设备的故障是多种多样的，电器维护及管理人员只有在了解设备运行原理的基础上，经过长期实际工作的锻炼，才能达到较熟练的程度，以迅速地判断故障和排除故障。 ［关键词］电气设备；维护；常见故障诊断 1 电气设备维护的一般方法 维护方法与电气设备的种类、技术要求、工作条件与实用工具等密切相关。根据各种维护方法的共同点，归纳起来，最简单、最常用的有6种，即看、听、闻、摸、测、做。 看：①、观察电气设备组成部分的外形变态。如，熔断器是否烧断、紧固件是否松动、绝缘器是否碳化发黑。②、观察监测仪表所指示的数值或指示装置所呈现的状态。 听：倾听电气设备运行时声音的变化来判断工况。如，异步电动机单项启动不了，同时发出“嗡嗡”声；电动机轴承损坏时，发出“沙沙”声，等等。 闻：嗅闻电气设备运行时散发出来的气味。如电气设备因短路、过载等故障导致温升超限时，可出现刺鼻的焦糊味。 摸：通过触摸电气设备外壳温度来粗略判断低级绝缘设备或一般设备的运行工况是否正常。
测：通过常用测量仪器测试电气设备的各种运行参数和绝缘电阻值。做：根据电气设备维护保养周期的要求进行经常性的清洁保养和检查、维护。 2 三相异步电动机常见故障分析 三相异步电动机是煤矿企业应用最广、使用最多的大功率电器设备，科学合理地对其进行维护和管理，使之经常性地处于正常可用的技术状态，有着至关重要的意义。而要及时发现故障、解决故障的前提，则是对故障根源的深入了解。作为事例，对三相异步电动机常见故障根源作一简单的分析。 2.1三相异步电动机单项运行 电气拖动系统中常用2个热继电器作过载保护与单项保护，以防止异步电动机单项运行。由于热继电器不能准确整定动作值，所以常常发生三相异步电动机单相及运行的故障，使电动机过热或烧坏。这种故障产生的原因可从电动机故障和主电路不正常两方面分析。电动机电枢绕组发生一相断路、引出线断裂或接线螺钉松动时，都会引起异步电动机单线运行或V形三相运行。 从主电路来看，若熔断器烧断时电源缺少一项或主接触器触头接触不良，都将使电动机接通单相电源。 运转着的三相异步电动机有一相断电时，并不停车。由于一般来说，三相异步电动机单相运行时只能承担额定负载的(60～70)％，所以若热继电器失灵或整定不准，电动机将在单相过载运行，时间稍长将使电动机发热严重。单相运行故障表现为定子三相电流严重不平衡，运行声音异常，电动机显得没有“力气”；电动机停车后再接通电源时，不能启动并发出嗡嗡声。 在维护保养时，应认真检查和调整热继电器的调定值，使其在单相运行时起到过载保护的作用；在巡视时应监视电动机的温升和运转的声音是否正常，以便及时发现单相运行故障；经常检查启动柜中主电路
电气设备状态监测与故障诊断 1 前言 1.1 状态监测与故障诊断技术的含义 电气设备在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，其性能逐渐劣化，最终导致故障。特别是电气设备中的绝缘介质，大多为有机材料，如矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料等，容易在外界因素作用下发生老化。电气设备是组成电力系统的基本元件，一旦失效，必将引起局部甚至广大地区的停电，造成巨大的经济损失和社会影响。 “监测”一词的含义是为了特殊的目的而进行的注视、观察与校核。设备的状态监测是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测，其目的是为了判明设备是否处于正常状态。“诊断”一词原是一医学名词，指医生对收集到的病人症状（包括医生的感观所感觉到的、病人自身主观陈述以及各种化验检测所得到的结果）进行分析处理、寻求患者的病因、了解疾病的严重程度及制订治疗措施与方案的过程。设备的“故障诊断”借用了上述概念，其含义是指这样的过程：专家根据状态监测所得到的各测量值及其运算处理结果所提供的信息，采用所掌握的关于设备的知识和经验，进行推理判断，找出设备故障的类型、部位及严重程度，从而提出对设备的维修处理建议。简言之，“状态监测”是特征量的收集过程，而“故障诊断”是特征量收集后的分析判断过程。 广义而言，“诊断”的含义概括了“状态监测”和“故障诊断”：前者是“诊”；后者是“断”。 1.2 状态监测与故障诊断技术的意义 电气设备特别是大型高压设备发生突发性停电事故，会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。提高电气设备的可靠性，一种办法是提高设备的质量，选用优质材料及先进工艺，优化设计，合理选择设计裕度，力求在工作寿命内不发生故障。但这样会导致制造成本增加。此外，设备在运行中，总会逐渐老化，而大型设备不可能象一次性工具那“用过即丢”。因此，另一方面，必须对设备进行必要的检查和维修，这构成了电力运行部门的重要工作内容。 早期是对设备使用直到发生故障，然后维修，称为事故维修。但是，如前所
电气设备常见故障分析 1. 电气设备绝缘故障 由于电气设备长期处于高电压和强电场作用下，电气绝缘是一项重大问题，这也是电气设备故障诊断的重中之重，因为一旦绝缘问题出现隐患，不仅影响正常的供电用电，更易引发重大事故。绝缘故障主要分为以下几种：变压器绝缘故障；电压、电流互感器绝缘故障；电力电缆绝缘故障。这其中引发绝缘故障的主要因素是设备老化，密封不严，容易受外界异物侵蚀，使设备丧失绝缘能力，其中以高压电流互感器最为关键。因为电压电流互感器属于电气设备的核心部位，承受负荷最大，老化速度快，而高压电流互感器的绝缘为电容均压结构，高压引出部件，特别是60kV 及以上的高压套管均采用绝缘材料为油浸材料和胶纸材料电容型结构，密封效果不是很好，运行时进水受潮这种事故约占事故总数的百分之三十。 2. 电气设备机械故障 设备机械故障主要有电气设备的振动、磨损、疲劳等，特别是电机（发电机、高压电动机）的故障。我们知道，电机是由定子、转子和轴承装置构成，在电机的工作系统中存在相互独立的电路和一个耦合电路的磁场，电机内不同绝缘
结构又构成了独立的电机绝缘系统，又有保证各个部位正常运转的基本机械系统和通风散热系统。这类故障的特点是隐蔽性强，对检修技术要求比较高，既需要具备灵活操作设备的技术，而且需要具备很丰富的电气设备检修经验。高压断路故障也是一种较为常见的设备故障，如缺油情况下断流，而电弧不熄灭，容易烧毁设备，甚至引起爆炸；另外，断路器绝缘子破坏，拉杆瓷瓶断裂，橡皮密封垫有缺陷等也属于高压断路方面的故障。 3. 电气设备发热故障 由于电气设备进行的是能量的转换和传递程序，发热因素对电气设备的破坏性极大，热故障在电气设备故障诊断中起到关键性作用。 综上所述，电气设备的故障模式具有多样性，因此在进行电气设备诊断时必须多角度、全方位综合考虑。
设备状态监测与故障诊断综述 姓名： 摘要 从设备管理的角度，介绍了典型的设备状态监测与故障诊断的诊断理论、技术手段和具体方法。首先对设备状态监测与故障诊断的意义、发展，基础理论和现状进行了介绍，阐述了设备状态监测、故障诊断与设备管理的关系。进而对振动监测、温度检测、无损检测等基本监测手段的原理及诊断方法。 关键字：状态监测；故障诊断；振动；设备 1设备状态监测和故障诊断概述 1.1设备状态监测和故障诊断的意义和发展历史 1.1.1设备故障及故障诊断的意义 随着现代化工业的发展，设备能否安全可靠地以最佳状态运行，对于确保产品质量、提高企业生产能力、保障安全生产都具有十分重要的意义。 设备的故障就是指设备在规定时间内、规定条件下丧失规定功能的状况，通常这种故障是从某一零部件的失效引起的。设备的故障诊断则是发现并确定故障的部位和性质。寻找故障的起因，预报故障的趋势并提出相应的对策。 1.1.2 设备故障诊断技术发展历史 设备故障诊断技术的发展是与设备的维修方式紧密相连的。可以将故障诊断技术按测试手段分为六个阶段，即感官诊断、简易诊断、综合诊断、在线监测、精密诊断和远程监测。。从时间考察，故障诊断技术大致可以分为20世纪60年代以前、60年代到80年代和80年代以后几个阶段。 1.2现代设备故障诊断技术 在故障诊断学建立之前，传统的故障诊断方法主要是依靠经验的积累。将反映设备故障的特殊信号，从信息论角度出发对其进行分析，是现代设备故障诊断
技术的特点。可以分为统计诊断、逻辑诊断、模糊诊断。其中有几种方法做简单的介绍。贝叶斯法,此方法是基于概率统计的推理方法，以概率密度函数为基础，综合设备的故障信息来描述设备的运行状态，进行故障分析。此外还有最大似然法、时间序列、法灰色系统法和故障树分析法。故障树分析法模型是一个基于被诊断对象结构、功能特性的行为模型，是一种定性的因果模型。 1.3基于知识的故障诊断方法 基于知识的故障诊断方法，不需要待测对象精确的数学模型，而且具有智能特性。目前，这种故障诊断方法主要有：专家系统故障诊断方法；模糊故障诊断方法，神经网络故障诊断方法，信息融合故障诊断方法；基于Agent的故障诊断方法等。 1.3.1专家系统故障诊断方法 专家系统故障诊断方法，是指计算机在采集被诊断对象的信息后，综合运用各种专家经验，进行一系列的推理，以便快速地找到最终故障或最有可能的故障，再由用户来证实。此种方法国内外已有不少应用实例。、 1.3.2 模糊故障诊断方法 所谓“模糊”，是指一种边界不清楚，在质上没有确切的含义，在量上又没有明确的界限的概念，磨损状态的转变，正是典型的、带有明显中介过渡性的模糊现象。对于这种事物是不能用经典数学的二值逻辑方法的，即以[0，1]区间的逻辑代替传统的二值0,1逻辑，而且要用能综合事物内涵与外延性态的合理数学模型——隶属度函数，来定量处理模糊现象。典型的模糊故障诊断方法是向量的识别法。 1.3.3人工神经网络故障诊断方法 人工神经网络源于1943年，是模仿人的大脑神经元结构特性建立起来的一种非线性动力学网络系统，它由大量的简单的非线性处理单元高度并联、互联而成。由于故障诊断的核心技术是故障模式识别，而人工神经网络本身具有信息处理的特点，如并行性、自学习、自组织性、联想记忆功能等，所以能够解决传统模式识别方法不能解决的问题。
煤矿井下电气设备常见故障分析 一、开关类 1、电源故障： 当合上隔离开关后，开关无显示及开关内电器元件不工作。 排除技巧 （1）首先判断三相电源线路是否已经供入开关内,是否存在缺相情况（因为控制变压器一般使用两相电源）。 （2）检查隔离开关是否存在损坏情况,造成电源线路经过隔离开关后断开（这种情况有时是单向性的，可以将隔离开关向反方向试验来确定）。 （3）检查控制变压器电源线路是否断开或虚连，熔断器是否烧毁.一定要弄清熔断器烧毁的原因，是否是因为控制变压器损坏或短路，不要强行短接或随意更改熔断器的容量，这是一个很危险的做法，如果是变压器内部或线路短路发热，不能及时烧毁熔断器断开电源，强大的短路电流产生的高温就可能引起开关内部线路起火和爆炸，引发故障的进一步扩大与危害。 （4）检查控制变压器二次电源线路是否断开或虚连，熔断器是否损坏，如果熔断器损坏也一定要查清楚损坏原因，不得随意更改其容量和短接。检查变压器是否损坏，内部导线是否断开或烧毁。 （5）电源故障的其它方面：电源故障虽然只是从接线腔、隔离开关、熔断器到控制变压器这几个点，但故障的现象是多种多样的，有些是比较直观的，有些是看不到的，例如，隔离开关和控制变压器，
它们的内部结构，由于井下条件的局限是不可能拆开检修的，所以，我们必须了解它们的构造原理，工作状况，才能准确的判断出它的好坏。 2、保护回路的故障： 某一保护动作造成不能送电，或保护系统不动作。 （1）漏电闭锁和漏电跳闸保护的故障： 采掘工作面都采用这两种保护措施。 排除技巧： （1）当开关出现漏电显示不能合闸时， 首先要判断出漏电点出在哪一部分，一般分为三部分来判断，那就是：开关、线路、用电器（电动机）。将负载电缆拆下，单独试验开关，如果恢复正常就可以确定是线路或用电器（电动机），反之就是开关本身的问题。 （2）开关本身的漏电故障也可以分为三个部分来排除： ①主回路漏电故障： 重点检查接线柱、导线、接触器、隔离开关是否有绝缘损坏、老化、接地等故障。可用兆欧表对地进行测量（将控制变压器一次拆开防止击穿）。 ②控制回路漏电故障： 重点检查控制变压器、中间继电器、试验按钮或开关、操作线路是否绝缘损坏或接地。 ③保护回路的漏电故障：
电气设备状态监测与故障诊断技术 1 前言 1.1 状态监测与故障诊断技术的含义 电气设备在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，其性能逐渐劣化，最终导致故障。特别是电气设备中的绝缘介质，大多为有机材料，如矿物油、绝缘纸、各种有机合成材料等，容易在外界因素作用下发生老化。电气设备是组成电力系统的基本元件，一旦失效，必将引起局部甚至广大地区的停电，造成巨大的经济损失和社会影响。 “监测”一词的含义是为了特殊的目的而进行的注视、观察与校核。设备的状态监测是利用各种传感器和测量手段对反映设备运行状态的物理、化学量进行检测，其目的是为了判明设备是否处于正常状态。“诊断”一词原是一医学名词，指医生对收集到的病人症状（包括医生的感观所感觉到的、病人自身主观陈述以及各种化验检测所得到的结果）进行分析处理、寻求患者的病因、了解疾病的严重程度及制订治疗措施与方案的过程。设备的“故障诊断”借用了上述概念，其含义是指这样的过程：专家根据状态监测所得到的各测量值及其运算处理结果所提供的信息，采用所掌握的关于设备的知识和经验，进行推理判断，找出设备故障的类型、部位及严重程度，从而提出对设备的维修处理建议。简言之，“状态监测”是特征量的收集过程，而“故障诊断”是特征量收集后的分析判断过程。 广义而言，“诊断”的含义概括了“状态监测”和“故障诊断”：前者是“诊”；后者是“断”。 1.2 状态监测与故障诊断技术的意义 电气设备特别是大型高压设备发生突发性停电事故，会造成巨大的经济损失和不良的社会影响。提高电气设备的可靠性，一种办法是提高设备的质量，选用优质材料及先进工艺，优化设计，合理选择设计裕度，力求在工作寿命内不发生故障。但这样会导致制造成本增加。此外，设备在运行中，总会逐渐老化，而大型设备不可能象一次性工具那“用过即丢”。因此，另一方面，必须对设备进行必要的检查和维修，这构成了电力运行部门的重要工作内容。 早期是对设备使用直到发生故障，然后维修，称为事故维修。但是，如前所述，对于大型设备，突发性事故将造成巨大损失。 其后，发展成定期试验和维修，即预防性维修。现在，定期预防性试验和维修已在电力部门形成制度，对减少和防止事故的发生起到了很好的作用。但预防性试验是离线进行的，有很多不足之处： 1) 离线试验需停电进行，而不少重要电力设备轻易不能停止运行。 2) 停电后设备状态（如作用电压、温度等）和运行中不符，影响判断准确度。 3) 由于是周期性定期检查，而不是连续地随时监测，设备仍可能在试验间隔期间发生故障，即造成维修不足。 4) 由于是定期检查和维修，设备状态即使良好时，按计划仍需进行试验和维修，造成人力物力浪费，甚至可能因拆卸组装过多而造成损坏，即造成所谓维修过度。 因此，目前正在发展以状态监测（通常是在线监测）和故障诊断为基础的状态维修。其基本
C6140车床电气线路常见故障分析与检修
课题：车床电气线路常见故障分析与检修（说课稿） 一、内容分析 1．本课题内容的实用性很强，是维修电工职业岗位所必须掌握的基本职业技能，它对学生综合运用知识的能力要求很高，即具备阅读电原理图的能力，又需电气线路基本检测方法，是对“车床电气控制”学习效果的综合检查，又为以后较复杂机床电气线路的故障分析与检测做铺垫。 2．教学目标 知识目标：了解机床电气设备故障的诊断步骤和诊断方法；掌握C6140车床电气线路常见故障分析与检修方法 能力目标：训练综合表达能力（文字、口头）；提高分析与解决问提的能力；培养学生的维修电工职业岗位意识和团队协作意识。 3．教学重点 车床电气线路常见故障分析 4．教学难点 车床电气线路常见故障检测 二、教学方法与手段 本课题内容要围绕车床电气控制线路图来讲解，适合采用多媒体教学和现场教学，用课件演示车床的控制线路图。结合实训，通过对机床的操作和故障检测，加深对课题内容的理解。在授课的过程中，注意深入浅出，从实用性的角度，调动起学生学习的积极性。 根据我校学生和教学设备的实际情况，以及课题的特点，主要采用以下教学模式： 1.学生讲、教师评，“教”与“学”模拟换位--一种另类互动模式
2.学生扮演维修电工角色，进行岗位体验—情境体验模式 3．现场教，现场学，现场实践——现场教学法 具体教法：先采用多媒体模拟机床控制线路和机床排故是的模拟机床，举一个具体案例，从维修电工的角度介绍故障的检修步聚。然后提出几个常见故障问题，让学生扮演维修电工角色自己来完成。如断开电路中的熔断器，断开自锁触头，断开接触器线圈的电源等，首先让学生根据电原理图进行分析，说出可能会导致的故障现象，再结合动手实际操作，根据要求断开电路，把真实看到的故障现象与刚才分析进行对比是否相吻合。这种“纸上谈兵”的方法，在这里起着很重要的作用，大大地加强了学生的分析能力，培养了学生的逻辑推理能力、思维能力，若分析故障的思路正确的话，其实际的故障也就很快排除。有了以上的知识作为铺垫，学生对故障分析有了感性的认识，根本不需费很大的劲，学生更不用去“死记”，让学生轻松地学会了故障分析，无形之中提升了维修技能。 三、学法 由于本课题是在掌握常用控制电器及电气控制基本环节的基础上，对车床电气控制系统进行的故障分析，要求学生在课前要对上模块的内容进行复习，课堂上要紧跟老师的思路走，对电气原理图认真进行分析，根据故障现象缩小范围；再结合动手实际操作，加深理解；课后到校内机加工车间进行现场观摩、参加一定的生产实际操作，增强感性认识。 四、教学过程（教学设计）