故障診斷的一般性方法-

6故障診斷的新理論和新方法故障診斷的一般性方法

人工神經網絡專家系統(tǒng)小波變換信息融合技術6.1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）隨機性描述（概率統(tǒng)計）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6.1.1.1邏輯診斷采用二值邏輯描述特征：有/無狀態(tài)：好/壞邏輯診斷的特點簡單明了，應用較廣，但將問題過于簡化，診斷準確率稍低.

6.1.1依據(jù)規(guī)則的診斷分類特征函數(shù)：設備的特征可由若干個選定的特征變量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)：設備的狀態(tài)可由若干個選定的狀態(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)間的相互關系，可用函數(shù)E(K1，K2…Kj

…Kn，D1，D2…Di…Dm)表示.診斷關鍵：特征、狀態(tài)、診斷規(guī)則三者之間的關系.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)計診斷1)邏輯代數(shù)的基本規(guī)則邏輯變量：取值1或0（相當于有/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、蘊涵：（等價于）x1存在必有x2存在；x1不存在，x2可能存在也可能不存在.邏輯函數(shù)真值表邏輯和邏輯乘蘊涵函數(shù)邏輯非同一表達式

x1x0011001100110101x2010101010101y0111000111011001邏輯運算基本規(guī)則2）邏輯診斷的過程設備特征函數(shù)G的構造設G(Kl，K2…Kj…Kn)，其中Kj為特征邏輯變量.如Kj=1，則稱設備有第j種特征；如Kj=0，則稱設備無第j種特征.構成邏輯特征函數(shù)G時，總是令G=1.舉例設某設備可能有3種特征Kl、K2、K3，若某設備同時具有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.設備狀態(tài)函數(shù)F的構造設F(Dl，D2…Di…Dm)，其中Di為特征邏輯變量.如Di=1，則稱設備有第i種狀態(tài)；如Di=0，則稱設備無第i種狀態(tài).構成邏輯狀態(tài)函數(shù)F時，總是令F=1.舉例設某設備的診斷結果為則表明該設備存在狀態(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.診斷規(guī)則E診斷規(guī)則E應能保證由特征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)表達為

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

邏輯診斷過程：由特征G和診斷規(guī)則E求F

3）邏輯診斷斷舉例設某種電機機定子繞組組絕緣可能能具有Kl和K2兩種特征和和Dl、D2和D3三種狀態(tài)。。其中，Kl表示直流泄泄漏電流（（Ig）大；K2表示局部放放電量（q）大；Dl表示絕緣受受潮；D2表示絕緣開開裂嚴重；；D3表示繞組端端部表面放放電。診斷規(guī)則為為：：絕緣受潮潮，Ig必大；：絕緣開裂裂嚴重，Ig大，q也大；：繞組端部部表面放電電，q必大；：Ig大，則絕緣緣受潮或開開裂嚴重，，或兩種故故障同時存存在；：q大，則絕緣緣開裂嚴重重，或繞組組端部表面面放電，或或兩種故障障同時存在在。若對某臺臺該種電電機進行行檢測，，檢測結結果為Ig大，q不大。試試推斷這這臺電機機定子繞繞組絕緣緣的故障障。根據(jù)上述述已知條條件，得得Kl＝1、K2＝0，特征函函數(shù)為診斷規(guī)則則為:狀態(tài)函數(shù)數(shù)為：將Kl＝1、K2＝1代入，得得結論：發(fā)發(fā)生絕緣緣受潮，，但無開開裂嚴重重和端部部表面放放電故障障模糊診斷斷故障診斷斷過程中中的不確確定性（（復雜性性）不同的故故障狀態(tài)態(tài)可能具具有相似似的特征征.多個不同的故故障特征可能能對應同一故故障狀態(tài).不確定性分為為隨機性：一定定條件下的事事件發(fā)生與否否的偶然性（（或然性）.對隨機事件，，事件可能發(fā)發(fā)生也可能不不發(fā)生，但事事件本身有明明確的含義.采用概率論方方法模糊性：區(qū)分分或評價客觀觀事物差異的的不分明性.不僅是因為人人類的認識能能力有限所致致，更主要的的是事物的客客觀模糊屬性性的體現(xiàn).采用模糊集合合論（模糊數(shù)數(shù)學）：傳統(tǒng)二值邏輯輯的局限性以考試及格標標準為例按照傳統(tǒng)邏輯輯，應存在一一個閾值H(如60分)，當分數(shù)H（60分）時為及格格；當分數(shù)<H時為不及格.命題A：分數(shù)為50者為不及格命題B：分數(shù)為70者為及格A和B均為真命題.從常識看命題a：比不及格分分數(shù)高出0.5分者還是矮個個命題b：比及格分數(shù)數(shù)低0.5分者還是及格格的a和b均為真命題.從命題A和a出發(fā)，按照傳傳統(tǒng)邏輯的推推理規(guī)則作連連續(xù)推理，可可以得出顯然然為假的命題題C：分數(shù)為70者為不及格；；由命題B和b出發(fā)，又可以以推出顯然為為假的命題D：分數(shù)為50者為及格。這這就導致了邏邏輯悖論。設備診斷也具具有模糊性，，特征的強弱弱，故障的嚴嚴重性，診斷斷標準等都是是模糊概念.試驗驗值值應應不不大大于于某某一一個個值值（（H）試驗驗值值應應小小于于某某一一個個值值（（H）0.99與1.01的區(qū)區(qū)別別必須須采采取取合合適適的的方方法法加加以以處處理理模糊糊數(shù)數(shù)學學創(chuàng)創(chuàng)立立者者教授授曾曾說說：：科學學的的目目的的是是求求取取精精確確，，但但當當一一個個系系統(tǒng)統(tǒng)復復雜雜性性增增大大時時，，我我們們使使之之精精確確化化的的能能力力將將減減低低，，在在達達到到一一定定的的閾閾值值時時，，復復雜雜性性與與精精確確性性將將相相互互排排斥斥.舉例例物理理學學中中的的測測不不準準原原理理（（））1）模模糊糊數(shù)數(shù)學學的的基基本本概概念念設Ｘ是論論域域，，稱稱映映射射確定定了了X的一一個個模模糊糊子子集集，，簡簡稱稱模模糊糊集集，，記記為為A（按按標標準準記記法法，，下下面面應應為為～～））。。叫叫模模糊糊集集的的隸隸屬屬函函數(shù)數(shù)，，叫叫元元素素x隸屬屬于于A的程程度度，，簡簡稱稱為為隸隸屬屬度度。。越越接接近近１１，，表表示示x隸屬屬于于A的程程度度越越高高；；越越接接近近００，，表表示示隸隸屬屬程程度度越越低低.在故故障障診診斷斷中中，，對對于于所所論論的的特特征征K或狀狀態(tài)態(tài)D，或或分分別別為為x對ＫＫ或或ｙｙ對對ＤＤ的的隸隸屬屬度度.隸屬屬度度與與概概率率是是不不同同的的.隸屬屬函函數(shù)數(shù)的的確確定定根據(jù)據(jù)具具體體問問題題，，可可由由經經驗驗總總結結，，或或采采用用以以下下方方法法:模糊統(tǒng)計計二元對比比排序法法概率統(tǒng)計計法借助常用用的模糊糊分布利用動態(tài)態(tài)信號的的處理結結果常用的模模糊分布布梯形分布布正態(tài)分布布2）模糊關關系方程程故障診斷斷中的模模糊關系系在故障機機理的作作用下，，內在原原因表現(xiàn)現(xiàn)為各種種外部現(xiàn)現(xiàn)象在內在原原因與外外部現(xiàn)象象之間存存在著單單向的、、確定的的、復雜雜的關系系從本質上上說，這這種關系系含有一一定的模模糊性故障原因因與診斷斷信息之之間呈現(xiàn)現(xiàn)一種模模糊關系系故障狀態(tài)態(tài)向量X＝[x1，x2，…xi…xn]由故障狀狀態(tài)引起起的各種種故障特特征或征征兆，用用特征向向量Y表示：Y＝[y1，y2，…yj…ym]狀態(tài)向量量X和特征向向量Y中的元素素xi和yj均為模糊糊變量，，由各自自對應的的隸屬函函數(shù)來確確定診斷規(guī)則則反映設備備狀態(tài)和和特征之之間的因因果關系系診斷規(guī)則則的描述述方法模糊關系系矩陣（（A）狀態(tài)向量量X、模糊關關系矩陣陣A、特征向向量Y構成了模模糊關系系方程：：XoA=Y（o：模糊算算子，故故障機理理的作用用）模糊關系系方程的的解釋元素aij越大，表表示第ｊ個故障特特征參數(shù)數(shù)對第ｉｉ個故障障狀態(tài)的的關系越越密切元素yj越大，表表示第ｊ個故障特特征參數(shù)數(shù)對故障障的反映映程度越越大元素xi越大，表表示第i個故障發(fā)發(fā)生的程程度越大大故障診斷斷過程根據(jù)設備備特征（（Y）和診斷斷規(guī)則(A)推斷出設設備狀態(tài)態(tài)(X)轉化為模模糊關系系方程的的求解問問題模糊關系系方程不不同于一一般的代代數(shù)方程程，它等等價于一一個模糊糊線性方方程組模糊線性性方程的的解集合合的交集集就構成成了模糊糊關系方方程的一一個解集集合Ｘ表示導致致結果或或故障現(xiàn)現(xiàn)象Y出現(xiàn)的內內在故障障原因故障原因因Ｘ在故障機機理的作作用下，，使設備備表現(xiàn)出出各種各各樣的現(xiàn)現(xiàn)象Y原因Ｘ與現(xiàn)象Y之間的模模糊關系系用矩陣陣Ａ加以描述述故障機理理的作用用形式用用模糊運運算算子子“o”來表示在故障診診斷過程程中，已已知的是是Y，部分已已知的是是Ａ和算算子“o”，診斷目目標是確確定未知知的原因因Ｘ對同一故故障診斷斷問題，，矩陣ＡＡ和算子子“o”可能不完完全一樣樣模糊算子子“o”可有多種種運算形形式3）變壓器器故障模模糊診斷斷實例故障狀態(tài)態(tài)向量Xxi

變壓器主要故障類型x1鐵芯多點接地x2鐵芯局部短路或漏磁發(fā)熱x3分接開關電氣故障x4電流回路裸金屬發(fā)熱或其它接觸不良x5高壓套管內部故障x6絕緣進水受潮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繞組變形及其導致的過熱、放電故障故障特征征向量Y（數(shù)值由隸隸屬函數(shù)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變壓器保護動作、防爆閥“噴油”等突發(fā)性信息y18繞組電壓比y19三比值編碼對應故障編碼或特征氣體含量超過注意值y20PD測量結果y21CO、CO2含量y22短路試驗結果或阻抗測量結果y23繞組之間或繞組對地電容量y24分接開關DGA結果模糊關系系方程求求解（徐徐羅曹李李法）求備解矩陣，確定極小解

調入模型矩陣A，調入系統(tǒng)輸出Y

A標準化，形成A1A1經過上銑形成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每列均有有元素？？否否[診斷實例例１]變壓器型型號為DFPFS—250000/500，重瓦斯斯突然動動作，，此前前油中DGA結果正常常，跳閘閘后取樣樣，DGA結果為：：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）對應故障應該該是x7或x1實際情況是變變壓器出口外外部短路，造造成繞組嚴重重變形，引引起繞組對地地電弧放電。。[診斷實例２]某120MVA、220kV變壓器，運行行中輕、重瓦瓦斯保護和差差動保護突然然動作，跳閘閘、噴油。DGA結果：總烴=219.2，C2H2=102.8，CO=836，CO2=5724；高壓繞組直直流電阻三相相不平衡，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)生生的故障應該該是x4、x7或x9，即電流回路裸金金屬發(fā)熱或其其它接觸不良良和油中電弧放電電或突發(fā)性短短路、接地故故障以及油中中沿面放電分析：這三種種故障之間的的關系，故障可能發(fā)發(fā)生在電流回回路中，同時時涉及到沿面面放電，并伴伴隨著電弧放放電，因此有有可能是匝間間短路，而實際故障為繞繞組匝間短路路。實際上，預預試項目中，，電壓比對匝匝間短路故障障反映最為敏敏感，但診斷斷時沒有該參參數(shù)，因而用用上述參數(shù)診診斷不可避免免地會出現(xiàn)多多種可能性。。[診斷實例３]某63MVA、220kV變壓器，進行行1.5倍電壓PD試驗時，有有放電聲響響，放電量量達4000～5000pC，并以主絕絕緣和匝絕絕緣均達到到1.5倍電壓時最最嚴重。故障參數(shù)Y確定為：y20=0.9，其余yi=0診斷結果為為：Xmax=（1，1，1，1，1，1，1，1，0.9，1）Xmin=（0，0，0，0，0，0，0，0，0.9，0）對應故障應應該是x9(油中沿面放放電)將變壓器解解體，經檢檢查發(fā)現(xiàn)：：沿繞組端端部絕緣角角環(huán)有樹枝枝狀放電痕痕跡診斷結果與與實際檢查查結果是一一致的。統(tǒng)計診斷針對診斷對象象特征變量分分布的隨機性性而采用.（D1:絕緣完好，D2:故障絕緣）漏報概率：下下x<x0的陰影面積目標：確定合合理的判斷閾閾值x0虛報概率：下下x>x0的陰影面積依據(jù)樣板的診診斷分類故障診斷步驟驟獲取表征狀態(tài)態(tài)的信號，作作為初始模式式.抑制干擾，提提取特征，形形成待檢模式式.將待檢模式與與樣板模式（（故障檔案））對比，確定定故障類型.根據(jù)樣板模式式的不同，診診斷分為：閾值診斷時域波形診斷斷頻率特性診斷斷指紋診斷模式對比的其其它方法ANN（人工神經網網絡）ES（專家系統(tǒng)））閾值診斷及趨趨勢預測閾值診斷按照所得特征征量是否超過過規(guī)定閾值來來判斷設備狀狀態(tài).預防性試驗制制度即屬于閾閾值診斷.閾值診斷簡單單易行，但不不夠全面，易易誤報.趨勢預預測根據(jù)特特征量量或特特征參參數(shù)隨隨時間間的變變化趨趨勢來來判斷斷設備備狀態(tài)態(tài).故障的的形成成、發(fā)發(fā)展和和發(fā)生生具有有一定定的延延續(xù)性性與邏輯輯診斷斷的關關系閾值診診斷強強調的的是診診斷規(guī)規(guī)則，，而邏邏輯診診斷注注重設設備特特征、、狀態(tài)態(tài)以及及診斷斷規(guī)則則的描描述方方式時域波波形診診斷對設備備進行行測試試，將將測得得的某某種物物理量量隨時時間變變化的的曲線線與樣樣板對對照來來判斷斷設備備狀態(tài)態(tài).高壓斷斷路器器操動動機構構診斷斷實例例高壓斷斷路器器操動動機構構診斷斷實例例操動機機構一一般用用電磁磁鐵作作為第第一級級控制制元件件,制回路路大多多采用用直流流電源源電磁鐵鐵線圈圈電流流滿足足：電磁鐵鐵線圈圈電流流曲線線電流i與電磁磁鐵動動鐵芯芯的運運動狀狀態(tài)密密切相相關正常時時，t1~t0不超過過10ms，I3/I1約為0.5.不動動動負負載載完完成成鐵心吸吸合不不良故故障電電流曲曲線正常頻率特特性診診斷對設備備進行行測試試，根根據(jù)測測得的的設備備的頻頻率特特性，，或將將測得得的某某種物物理量量的頻頻譜與與樣板板進行行對照照來判判斷設設備狀狀態(tài).舉例異步電電動機機轉子子斷條條和端端環(huán)開開裂故故障定子電電流中中出現(xiàn)現(xiàn)邊頻頻f=(1-2s)f1變壓器器繞組組變形形故障障繞組的的電感感、縱縱向電電容、、對地地電容容等發(fā)發(fā)生響響應變變化，，其頻頻率響響應特特性隨隨之變變化.電機的的定子子電流流頻譜譜圖(a)良好電電機(b)轉子斷斷條故故障電電機變壓器器繞組組變形形故障障的頻頻率特特性將不同同頻率率的正正弦波波加在在繞組組一端端，記記錄繞繞組其其他端端點上上的信信號，，得到到頻響響特性性.診斷依依據(jù)：：三相相繞組組頻率率響應應不一一致.指紋診診斷對設備備進行行測試試，對對測得得的數(shù)數(shù)據(jù)進進行處處理，，將得得到的的某種種特殊殊圖形形（指指紋））與樣樣板進進行對對照來來判斷斷設備備狀態(tài)態(tài).指紋診斷方方法目測法：取取決于操作作人員的經經驗參數(shù)法：由由指紋提取取特征參數(shù)數(shù)進行診斷斷進行指紋參參數(shù)時，確確定合適的的特征參數(shù)數(shù)很關鍵局部放電故故障的指紋紋診斷實例例.局部放電故故障的指紋紋診斷實例例：放電時電電壓相位，，q：放電量，，n：單位時間間內的放電電次數(shù).(a)φ－n譜圖(b)q－n譜圖(c)φ－q譜圖(d)φ－q－n譜圖9、靜靜夜夜四四無無鄰鄰，，荒荒居居舊舊業(yè)業(yè)貧貧。。。。1月月-231月月-23Sunday,January1,202310、雨雨中中黃黃葉葉樹樹，，燈燈下下白白頭頭人人。。。。20:42:3320:42:3320:421/1/20238:42:33PM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。1月-2320:42:3320:42Jan-2301-Jan-2312、故故人人江江海海別別，，幾幾度度隔隔山山川川。。。。20:42:3320:42:3320:42Sunday,January1,202313、乍見翻疑疑夢，相悲悲各問年。。。1月-231月-2320:42:3320:42:33January1,202314、他鄉(xiāng)生白白發(fā)，舊國國見青山。。。01一月月20238:42:33下下午20:42:331月-2315、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。。一月238:42下下午午1月-2320:42January1,202316、行行動動出出成成果果，，工工作作出出財財富富。。。。2023/1/120:42:3320:42:3301January202317、做前前，能能夠環(huán)環(huán)視四四周；；做時時，你你只能能或者者最好好沿著著以腳腳為起起點的的射線線向前前。。。8:42:33下下午8:42下下午午20:42:331月-239、沒有有失敗敗，只只有暫暫時停停止成成功??！。1月-231月-23Sunday,January1,202310、很多事情情努力了未未必有結果果，但是不不努力卻什什么改變也也沒有。。。20:42:3320:42:3320:421/1/20238:42:33PM11、成成功功就就是是日日復復一一日日那那一一點點點點小小小小努努力力的的積積累累。。。。1月-2320:42:3320:42Jan-2301-Jan-2312、世間成事事，不求其其絕對圓滿滿，留一份份不足，可可得無限完完美。。20:42:3320:42:3320:42Sunday,January1,202313、不知香香積寺，，數(shù)里入入云峰。。。1月-231月-2320:42:3320:42:33January1,202314、意意志志堅堅強強的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥塊塊一一樣