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第1篇：故障檢測與診斷范文

關鍵字：數據包丟失；網絡控制系統；故障檢測；觀測器；殘差

中圖分類號：TP399文獻標識碼：A文章編號：1007-9599 (2011) 24-0000-03

Fault Detection and Diagnosis of Networked Control System

Zhuo Min

(Zhenjiang Electrical and Mechanical Branch of Jiangsu Union Technical Institute,Zhenjiang212016,China)

Abstract:A great deal of attention has been focused on a class of networked control systems (NCS) wherein the control loops are closed through communication networks.This family of systems is an integration of plants, sensors,controllers,actuators and communication networks of certain local field.In this paper,based on the condition of data packet dropout,firstly,a modeling approach of the system is presented,and the fault observer is modeled as a stochastic switching discrete-time linear system with delay.When a fault occurs,the observer residual can change rapidly and detect the occurrence of the fault.Finally,an illustrative example shows the effectiveness of the proposed method.

Keywords:Data packet dropout;Networked control system (NCS);Fault detection;Observer;Residual

與傳統的點對點控制系統相比，網絡控制系統具有可實現資源共享、遠程控制，具有較高的診斷能力和交互性好、增加系統柔性和可靠性、安裝維護方便、減少系統的布線等優點。但由于網絡的介入，使得傳統的控制系統面臨著新的挑戰，如網絡傳輸誘導時延、數據包丟失、時鐘異步等，因此在利用網絡作為信息的傳輸通道時，數據包丟失和時延等故障檢測問題受到了廣泛的關注[1-3]。

在故障診斷與容錯控制方面，網絡控制系統和傳統控制系統有所不同。在數據傳輸中存在信息碰撞和網絡帶寬限制等問題，使得延遲和丟包問題在信息傳輸中發生，以致網絡化控制系統的故障診斷與容錯控制變的復雜[4]。網絡控制系統的故障診斷與容錯控制是具有現實和理論意義的研究課題，關系到國家經濟命脈和國防安全的戰略性需求，也是提升國家工業基礎水平、綜合實力和自主創新能力的重要舉措[5]。

NCS的數據包丟失和時延是NCS中的重要研究課題。鑒于此，文獻[6]針對一類具有數據包丟失和時延的NCS設計了保證閉環系統穩定的控制器。考慮到NCS中同時存在數據包丟失和時延的情況，以建立NCS模型來構建故障檢測器；最后通過數據仿真驗證了本文所描述問題的可行性。

一、網絡控制系統

網絡化控制系統NCS(Networked Control Systems)，即將控制系統中至少一個或多個回路經過計算機網絡實現閉環的控制[7]。

如圖1所示的，網絡只存在于控制器和執行器之間[8]，所以系統只具有控制時延 ，為上界已知的時變時延。假定NCS的被控對象模型為

(1)

其中， 是狀態向量； 是輸出向量； 是輸入向量； 是故障向量，正常情況下 是非零向量； ， ， 是適維常系數矩陣。

圖1 網絡控制系統

Fig.1 Networked control systems

在網絡控制系統中，通訊網絡并非是一個非常可靠的數據傳輸通道，會產生傳輸錯誤、網絡堵塞、節點競爭發送權失敗、連接中斷和時序錯亂等現象。雖然多數的網絡協議具有多次重發送數據機制，由于此機制受到時間的限制，所以在超過了設定的時間范圍時，便會導致數據包丟失。

正常情況下，實時反饋控制系統能夠接受一定數量的數據包丟失。但是對數據包丟失尋求正確的解決方法的研究以及對在數據包丟失時系統是否穩定的探索是很有價值的。

二、狀態預測器的設計

網絡控制系統的狀態可以直接反映系統的運行狀況，所以在NCS系統中基于狀態估計的故障診斷與容錯控制方法顯得特別突出。此方法可以歸納為以下兩種：一種基于觀測器的方法，另一種基于濾波器的方法。本文的研究是基于預測器的方法。

不考慮噪聲等外部擾動時，被控對象的離散模型可以表示為：

(2)

令 = ，表示不確定時延 引起的不確定項。式(2)寫為：

(3)

假設 非奇異和( ， )能觀測，被控對象的狀態觀測器就可以采用下列模型：

(4)

由于系統存在網絡誘導時延[0， ]， 時刻傳輸到觀測器的信號為：

。 (5)

由式(3)可得

(6)

由式(5)和(6)，得到觀測方程為

(7)

定義估計誤差

(8)

則估計誤差方程為

(9)

由于 和 均已知，則式(9)可以表示為

(10)

其中，

由于 由不確定時延 引起，因此誤差方程含有不確定項 ，且 有界。

三、存在數據丟包的故障檢測

數據包丟失能夠影響到閉環NCS狀態矩陣的結構和NCS的控制性能，特別是其穩定性。因此，關于在NCS中數據包丟失對系統穩定性的影響成為關注的熱點。

在NCS中，一是由于通信機制和網絡帶寬的限制造成的數據包，另一種是為達到某種目的而采取的主動丟包。本文是基于前者提出的故障檢測方法。

當在傳感器與控制器之間發生數據包丟失時，NCS結構可以用圖2表示

圖2 具有數據包丟失和時延的NCS

Fig.2 NCS with network-induced delay and packet dropout

圖2中隨機變量 表示第 個周期是否有傳感器數據到達控制器，即

是獨立的Bemoulli隨機變量。在傳感器與控制器之間，由于數據時延能夠被看作在本周期未接收到有效數據，便可判斷發生了數據包丟失。

若原系統的控制率為 ，則由式(2)可得

(11)

假設事件1和事件2發生的概率分別為 和 ，亦即

(12)

事件1 時刻傳感器數據沒有到達控制器端，在控制器端建立觀測器

(13)

定義觀測器狀態估計誤差 ，無故障時，其狀態估計誤差方程為

(14)

對于式(14)，引入增廣向量 ，可得

(15)

式(15)中含有 的兩個滯后項，引入 ，可得

(16)

事件2 時刻控制器收到來自傳感器的數據，建立觀測器

(17)

則無故障時，觀測器狀態估計誤差方程為

(18)

按照事件1中同樣的方法，可得

(19)

有式(12)，(16)和(19)，可得如下的隨機切換系統

(20)

其中，

， ，

四、故障檢測設計

定理1：基于如下的觀測器，殘差系統（10）漸進穩定，

其中 ， ， 定義省略。 為卡爾曼濾波增益，誤差協方差矩陣為 ，且

。

下面，我們將通過數值例子說明所得到結果的有效性。

五、數字示例和仿真結果

本文通過第2和3部分對狀態觀測器和存在數據丟包的故障檢測進行了研究和描述，我們假定以下系統

(21)

其中 ， ， ， 。假設Markov鏈的轉移概率矩陣已知為 ，干擾信號 為任意的隨機數。使用Matlab仿真工具，可得如下結果。圖3顯示為網絡控制系統的狀態響應。

圖3 系統狀態響應

Fig.3 State response of system

圖4 傳感器故障時的仿真結果

Fig.4 Simulation result with sensor fault.

注：1-系統的實際輸出；2-觀察期輸出；3-殘余量

Note：1system actual；2observer output；3residual

當傳感器故障發生在8.8秒時，系統的實際輸出、觀測器輸出和殘余量如圖4所示。從中我們可以觀察到，殘差量在8.8秒迅速增加，并且無延遲，表明了該傳感器在此時出現了故障。

六、結論與展望

本文針對長時延的NCS，假定傳感器和控制器之間存在數據包丟失，執行器與控制器之間存在時變控制時延等現象。針對此類NCS，本課題研究了有無故障兩種情況下可能出現的結果，并且設計了故障觀測器。

本文概述了近年來常用的網絡控制系統基于模型的故障診斷方法，建立恰當的數學模型，將數據網絡簡化為對控制系統產生的若干影響因素，并將一般的故障診斷與容錯控制方法與理論推廣應用到網絡控制系統中來。

對一般的控制系統來說，網絡控制系統的故障診斷與容錯控制并不完善。首先多數的研究主要針對某一特定性能的設計，缺少對系統整體與總體性能的研究；其次現有模型對網絡時滯具有嚴重的依賴性，而且在非線性系統中難以實現。NCS的故障診斷與容錯控制方法有很多，本文僅總結和歸納了一部分。

參考文獻：

[1]方華京,方翌煒,楊方.網絡化控制系統的故障診斷[J].系統工程與電子技術,2006,28(12):1858-1862

[2]Hao Y,Ding S X,Fault detection of networked control systems with networked-induced delay[C].The 8th Int Conf on Control,Automation,Robotics and vision.Kunming:IEEE Press,2004:294-297

[3]Bao Y,Dai Q Q,Cui Y L,et al.Fault detection based on robust states observer on networked control systems[C].Int Conf on Control and Automation.Budapest:IEEE Press, 2005:1237-1241

[4]霍志紅,方華京.一類隨機時延網絡控制系統的容錯控制研究[J].信息與控制,2006,35(5):584-587

[5]邱占芝,張慶靈,楊春雨.網絡控制系統分析與控制[M].科學出版社,2009

[6]Turner J R.Towards a theory of project management:The nature of the project goverance and project management[J].Int J of Project Management,2006,24(2):93-95

[7]Fang Huajing,Ye Hao,Zhong Maiying.Fault diagnosis of networked control systems[J].Annual Reviews in Control,2007,31:55-68

第2篇：故障檢測與診斷范文

關鍵詞：自動故障檢測;暖通空調;運用

一、自動故障檢測與診斷的常用方法

（1）直接方法指的是在空調系統中，將各個輸入與輸出的參數作為故障檢測的癥狀，將這些癥狀輸入到分類器中，根據事先制定好的分類策略進行詳細分類，以此實現正確的故障分類，然后再給出故障診斷結果。直接方法在實際應用中主要是利用分類器的設計，常用的分類方法包括專家規則、貝葉斯分類法、故障樹與神經網絡等，這些分類方法都為設備自動故障檢測與診斷提供了極大的便利，確保了診斷數據的準確無誤。（2）間接方法指的是利用系統模型進行預測的方式，這種方式在施行過程中必須先建立正常的系統運行條件，同時更需要對已知故障條件進行系統建模，利用這些標準化的模型對系統進行詳細預測，通過將預測得出的實際參數與測量數據進行比較，利用比較后得出的偏差作為分類器的輸入參數，以此實現故障分類。其中的分類方法與直接方法相同，其中建立模型的方法包括回歸法。模糊邏輯法、神經網絡法與物理原理法等。在建立模型的過程中需要對模型的誤差大小與準確性有一個明確的控制，以此提高故障診斷與檢測的可靠性。

二、自動故障檢測與診斷在暖通空調中的應用

通過對相關文獻進行探究，結合我國自動故障檢測與診斷實際應用于暖通空調的相關經驗，有效對自動故障檢測與診斷在暖通空調中的發展原因及應用情況進行評述。早期的自動故障檢測與診斷往往只是通過一些手提式的診斷器進行設備檢測，維修人員在實際工作中利用這些維修設備對空調進行故障檢查與問題診斷，這種工具的優點是可以通過一臺儀器實現多個系統的檢測與故障診斷，在儀器中還可以配置精度較高的傳感器進行輔助檢測，實現高效化的暖通空調設備故障診斷[2]。但是，利用檢測設備進行檢測與診斷的過程中，往往不能實現在線檢測與診斷，檢測出來的數據結果并不能反映出系統的動態特征，這些數據資料只是檢測設備中的靜態檢測結果，還需要經過一系列的處理以后才能發揮出實際效用。

近年來，大多數檢測設備生產廠家，在設備的安全性與實用性上進行了相應的改善與創新，在檢測產品中加入了一些保護系統與故障診斷系統。保護系統是通過設備的啟停操作來實現故障檢測。這種方法可以有效提高制冷系統的使用壽命，確保操作人員的安全，但是這種去安全系統只能對一些故障情況較為嚴重的設備進行故障診斷，對系統的運行狀態與特性惡化情況卻無法起到有效的監測作用，致使設備在出現問題以后無法得到及時的維修，導致能源被大量損耗。

隨著我國經濟的不斷發展與社會產業結構的完善，國內市場對暖通空調自動故障檢測與診斷的需求將會變得越來越大，將來一定會出現更加完善的故障檢測與診斷產品，這些產品將為我國空調設備發展指明一條新的方向。

三、自動故障檢測與診斷在暖通空調中的發展方向

（1）加強經濟性研究。自動故障檢測與診斷在今后的實際發展過程中需要加強自身的經濟效益，讓人們能夠更加直觀的認識到自動故障檢測與診斷系統帶給人們的便捷與保障。吸引更多的人來研究如何將自動故障檢測與診斷系統更好地與暖通空調技術相結合。同時，在設計與研發的過程中，需要不斷降低自動故障檢測與診斷系統的投資費用，在提出診斷與檢測方法時，需要盡可能的利用暖通空調系統本身的元器件，避免過多對自動故障檢測與診斷系統進行篡改。（2）加強可靠性研究。自動故障檢測與診斷系統在實際運行過程中，往往會受到外界因素的干擾，進而出現一系列不可預見的問題狀況，因此，提高自動故障檢測與診斷系統運行的可靠性，是設備改善與創新過程中尤為重要的問題。通過加強自動故障檢測與診斷系統的可靠性，可以極大地減少設備的錯誤警報，減少警報噪聲對用戶的干擾，避免操作者關掉自動故障檢測與診斷系統，為暖通空調安全穩定的運行提供了有效保障。（3）加強理論研究。暖通空調是一整套較為復雜的服務性制冷設備，在實際運轉過程中往往極易受到外界因素的干擾，自動故障檢測與診斷設備在實際應用于暖通空調中時，應使用更為簡單、易于理解、適用面廣的故障診斷方法，這樣才能更好的維持暖通空調的穩定運轉，加強理論知識的研究證實滿足這一要求的必要性保障，通過加強對整個空調系統故障診斷方法的研究，可以切實有效地為暖通空調今后的運轉提供理論知識保障。

結語：綜上所述，通過研發人員的不斷努力，未來的自動故障檢測與診斷設備與暖通空調系統一定會呈現出更加合理、高效的融合發展趨勢，為我國第三產業的發展提供有力的保障。

參考文獻：

第3篇：故障檢測與診斷范文

關鍵詞：任務驅動教學法；《汽車故障檢測與診斷》課程；合理設計

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2013）20-0102-03

隨著國民經濟的飛速發展，汽車逐漸進入尋常百姓家，這給汽車維修行業帶來了機遇，也使得汽修專業在近幾年成為了各大院校的熱門專業。《汽車故障檢測與診斷》是汽修專業必修的一門實踐性較強的專業課，也是汽修專業的重點和難點課程之一。受傳統教育觀念的影響，《汽車故障檢測與診斷》課程教學仍存在較多問題。例如，在教學體系上，仍存在重理論輕實踐的傾向；在教學方法上，仍是灌輸式教學，忽視了學生獨立思考能力的培養，忽視了學生動手能力、創造和開拓能力的培養。因此，這種教學模式急需進行改革。

一、《汽車故障檢測與診斷》采用任務驅動教學法的適應性與優點

1.任務驅動教學法的含義。“任務驅動教學法”是一種建立在建構主義教學理論上的教學方法，教師將學生所要學習的新知識點隱含在一個或多個“任務”當中，通過創建真實的教學情境激發學生的學習興趣，學生在完成“任務”的過程中掌握知識和技能。

2.采用任務驅動教學法的適應性。任務驅動教學法最根本的特點就是“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”，這就很適合實踐性較強的汽車類課程，如《汽車故障檢測與診斷》課程的教學。它是一門理論與實踐結合性很強、極富創造性的課程，不僅需要學生牢固掌握以往各個教學模塊的知識，還要求能將知識融會貫通，通過故障現象分析原因，并逐步排除故障。

3.《汽車故障檢測與診斷》采用任務驅動教學法的優點。在以前的《汽車故障檢測與診斷》教學中，由于分析故障原因需要大量分散的知識點，學生可能短時間內無法想起而導致聽不懂，教學效果不理想。如果改用任務驅動教學學法，每節課教師都會布置一個任務，通過某個故障現象，讓學生自己分析。在分析過程中，學生可能會遇到很多問題，有的可以通過翻閱教材解決，有的可以通過學生的交流探討解決，有的可能需要教師的點撥才能解決。不管解決過程如何復雜，學生都由過去被動接受知識轉變為現在主動尋求知識。同時，學生在完成“任務”的過程中能不斷獲得成就感，從而增強學習的自信心，激發學習熱情和興趣。

二、任務驅動教學法在《汽車故障檢測與診斷》課程中的實施

1.根據教學內容合理設計任務。任務驅動教學法首先就是任務的設計，能否結合教學內容合理設計任務決定了該教學模式的成敗。以筆者講授的《汽車故障檢測與診斷》課程中機油消耗過多為例，設置如下故障現象：發動機運轉時，機油消耗量超過正常值，或排氣冒藍煙，氣缸內積碳增多。作為汽車檢測維修專業的學生，不難知道故障可能出現的原因，但并不能準確而快速地設計診斷流程、準確辨別故障部位，可為學生設計這樣的任務。

2.圍繞下達任務聯想相關知識。通過故障現象，可以很清楚地知道是發動機燒機油了。因此，筆者啟發學生回憶學過的相關知識，分析出可能出現此種故障的主要原因：①活塞、活塞環與汽缸壁的間隙過大或活塞環與環槽的側隙過大；②活塞環開口方向一致或錯開過小；③氣門與氣門導管間隙過大或氣門油封失效；④發動機各部件密封表面漏油；⑤曲軸箱通風不良；⑥大修后扭曲環或錐面環裝反；⑦若發動機安裝廢氣渦輪增壓器，增壓器軸磨損嚴重；⑧機油過多。

3.以學生為主、教師為輔，完成任務。對于這些可能出現的原因，筆者提出診斷故障時，盡可能遵循汽修故障診斷的4大原則：①先簡后繁，先易后難；②先思后行，先熟后生；③先上后下，先外后里；④先備后用，代碼優先。讓學生自己合理設計故障診斷方法，繪出診斷流程圖。最后給出優化的故障診斷方法，畫出如下的診斷流程圖，并實際操作加以驗證。

教師講解完后，指導學生通過自主研究分析，完成診斷流程圖。雖然教師分析故障原因時講得比較詳細，但學生在完成診斷流程圖的過程中還會提出各種問題，需要教師及時給予指導。這樣既能增強學生的學習興趣，消除學生學習中自我創新的恐懼心理，還能使學生又快又好地掌握新知識。

4.評價檢查。每個學生的學習基礎不一樣，理解能力也有高低，接受能力也有不同，這就要求教師在檢查學生繪出的故障流程圖時，應對學生的學習情況作出評價和反饋。對于完成得好的學生，應該加以表揚和鼓勵，這樣有利于提高學生的學習積極性，樹立學習的自信心。同時，對學生出現較多錯誤的地方應重點提出來，并解釋清楚，防止學生以后犯同樣的錯誤。讓學生在良好的心理狀態下不斷總結，不斷進步。

三、運用任務驅動教學法需要注意的問題

從實施過程中不難看出，任務驅動教學法緊緊圍繞“任務”這個中心進行教學活動，因而“任務”設計是任務驅動教學法成敗的關鍵所在。

1.“任務”設計要結合教材和學校的軟硬件環境。目前，在《汽車故障檢測與診斷》課程中運用任務驅動教學法的教材很多，但部分教材換湯不換藥，僅將原來的章節換成現在的項目任務；還有部分教材雖然體現了任務驅動教學法，但所需器材與學校的硬件不配套。這就需要教師根據學校實際設計“任務”，否則很可能出現“任務”設計不合理，導致教學效果不好或無法進行任務驅動教學。

2.任務設計要難易適度，先易后難。在設計“任務”的時候，要充分考慮學生的特點和接受能力，充分了解學生現有的水平之后，教師才能設計好“任務”的難易程度。難易程度要適中，難度較小容易使學生產生驕傲情緒，難度較大容易使學生產生畏學心理。例如，在《汽車故障檢測與診斷》課程的教學中，只要學生找出故障原因，然后按照故障診斷的基本原則進行排序和優化組合，那么基本上可以接近正確的答案，但要完全正確還需要學生吃透故障原因和故障部位。

3.任務設計要前后銜接，體現課程的遞進性和完整性。由于任務驅動教學法中的項目任務并非按傳統教材安排教學內容，相對原來教材中的章節來說會缺乏系統性、遞進性和完整性，但各個任務之間還是有一定的聯系。如果教師在設計任務的時候不加以注意，很可能造成各個任務很獨立，讓學生感覺到頭腦發懵。例如，《汽車故障檢測與診斷》課程中的發動機故障診斷就有很多種任務，如果從發動機的結構順序來設計，就會出現很多針對零部件的小任務，并且各個任務之間很可能相對獨立。如果從發動機工作原理來設計任務，就可以通過氣路、油路、電路、水路等系統性的任務，讓學生了解各個任務之間相互作用的關系，更有利于學生完整地掌握知識。

在《汽車故障檢測與診斷》的課程教學中，根據教學內容的需要，采用任務驅動教學法授課，不僅能改變學生的學習方法，還可激發學生的學習興趣，提升綜合應用能力。

參考文獻：

[1]辛嵐.職業教育中CAD教學改革研究[J].職業教育研究，2006，（7）.

第4篇：故障檢測與診斷范文

關鍵詞：輸電設備；發展；實時監測系統；故障診斷；專家系統

隨著輸電系統朝著高電壓、大容量的方向發展，保證輸電設備安全工作越來越重要，停電事故給國民經濟和人民生活帶來的影響和損失越來越大。統計表明，輸電設備工作中70%左右的問題是由絕緣故障造成的，因此確保輸電設備在其制造和工作過程中嚴格檢測，進行交接試驗和預防性試驗，才能及時掌握輸電設別絕緣狀況，確保輸電設備的正常工作。

一、輸電設備實時監測及發展

國際上在早期都是采用事后維修，后來演變為定期維修，即按事先制訂的檢修周期進行停機檢測，因而也稱“時間基準維修”。它雖然對提高設備可靠性起了一定作用，但由于未考慮設備的具體情況，而且制定的周期往往比較保守，以致出現了過多不必要的停機維修，甚至因拆卸、組裝等過多而出現過早損壞。

20世紀50年代，美國出現了以狀態為基準的維修方式，各國相繼效仿。由于大多數故障事前都有先兆，這就要求需要發展一種連續或定時的檢測技術，實時監測技術應運而生。

二、實時監測系統

輸電設備實時監測技術是一種利用工作電壓來對高壓設備絕緣情況進行試驗的方法，可達到提高試驗的真實性和靈敏性，及時發現絕緣缺陷。采用實時監測的方法可以根據設備的好壞選擇不同的檢測周期，并且可以積累大量數據，通過當前數據與前期數據比較分析，即可以有效預測故障特征。這種輸電設備的實時監測系統主要由傳感器系統、信號采集系統、分析診斷系統這三部分組成。

1、 傳感器系統

傳感器系統主要是用來感知所需要的電器參數或非電器參數，能夠完成檢測任務，它的輸出參數與被測參數有一種內在的定量關系，且具有一定的精度，被測量包括物理量、光、電氣、化學量、生物量等。目前常用的傳感器有電磁傳感器、力學傳感器、聲參數傳感器、熱參數傳感器、化學量傳感器。

2、 數據采集系統

信號采集系統的功能是采用來自傳感器的各種信號，并將其送往數據處理和診斷系統對監測到的數據進行分析、處理，使其由模擬量轉變為數字量進行傳輸。此外，為了提高監測系統的監測靈敏性，還需要采取一些抗干擾措施以提高信號的信噪比。通常采用放大器對信號進行處理，提高有用信號的成分，并對噪聲信號進行抑制。

3、 信號傳送與電磁干擾抑制

實時監測系統的信號不僅包括從傳感器傳來的待測信號，而且還有來自微機的控制信號。這些信號需要在各個系統間、單元間、甚至部件間進行傳遞，通常信號傳送的方式有串行傳輸方法，并行傳輸方法和光電光纖傳輸方法。此外，針對傳輸信號中干擾信號的來源不同，可分別對內部干擾和外部干擾加以抑制。對于內部干擾，可以通過保證一點接地、隔離、以及盡可能拉開各個通道之間的距離，特別要避免通過高阻連接等方法解決，對于系統外部產生的干擾，應根據進入的途徑采取不同的措施。干擾通常分為共模干擾和差模干擾，對于兩根電源線對地之間的干擾，其電位相等、相位相同。對于差模干擾，是兩根電源線之間形成的干擾。其干擾電流在兩根線上是異向的環流，我們應該根據實際情況選擇不同的應對措施。

4、 分級集成系統和遠程監控系統

輸電設備的實時監測系統中存在著計算機的分級管理，它的上位C是微型計算機，下位機是單片機。下位機負責數據的采集和存取，上位機進行數據的處理和診斷。在一個變電站里需要檢測的設備很多，這就需要對整個變電站的主要電氣設備進行全面的檢測和診斷，形成全變電站的實時監測系統。各類設備的數據采集和存儲仍由各自監測系統的單片機擔負。各單片機分散在現場各自被測設備的附近，并由微機來集中管理和控制各個監測系統，進行數據處理和診斷。

三、故障診斷方法

1、依據規則診斷

工程診斷問題的關鍵在于要找到特征、狀態、診斷規則這三者之間的關系，從而可根據診斷規則由特征函數推斷出設備的狀態。根據診斷規則的不同，可以將診斷分為三種類型：邏輯診斷、模糊診斷、統計診斷。

2、依據樣板診斷

設備診斷過程通常從測試開始，測出能表征設備狀態的信號，這些信號被稱為初始模式，然后檢驗出其中的干擾信號，提取特征，形成待檢模式；最后將待檢模式與樣板模式對比，確定故障類型。根據這個過程中所用的樣板模式的不同，可將診斷分為以下幾類：

a、 閾值診斷：對設備進行測試，按照所得特征量是否超過規定閾值來判斷設備狀態。該方法比較簡單，容易推行，但也存在判斷不夠全面，容易發生誤報等缺點。

b、 時閾波形診斷：對設備進行監測，將測得的某種物理量隨時間變化的曲線與樣條板對照來判斷設備狀態。

c、 頻率特性診斷：對設備監測之后，將測得的某種物理量的頻譜特性與樣板特性進行對照，進而判斷設備狀態。

d、 指紋診斷：對設備進行監測之后，將測得的數據進行處理，將得到的特殊圖形與樣條板進行對比，進而判斷設備狀態。

3、應用專家系統進行診斷

從本質上講，專家系統是一類包含著知識和推理的智能計算機程序。但是這種“智能程序”與傳統的計算機“應用程序”已有本質區別。專家系統已經從傳統的“數據結構+算法=程序”的應用程序模式變成了“知識+推理=系統”的模式。

通常，一個以規則為基礎、以問題為求解中心的系統主要包括五個組成部分：知識庫、推理機、綜合數據庫、解釋接口或人機界面和知識獲取。按照不同的方法分為不同的類別。可從應用領域分為化學專家系統、醫療專家系統、氣象專家系統、地質專家系統等系統；按照知識表示技術可分為基于規則的專家系統、基于框架的專家系統、基于語義網絡的專家系統等；

診斷專家系統已經在不少領域顯示出強大的工作能力，許多場合已經遠遠超過人類專家的工作能力。并且隨著計算機技術的發展，它也在不斷發展和完善。但依然存在知識獲取較困難，診斷處理不完全匹配問題的能力還不強等限制。這依然是人類努力打破的枷鎖，目前人工神經網絡以其模擬人腦的能力備受關注，基于神經網絡系統的診斷專家系統也許會很好的解決上述缺陷問題。

參考文獻：

第5篇：故障檢測與診斷范文

[關鍵詞]電氣設備監測與故障診斷；基本原則；故障診斷

中圖分類號：TM764 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）20-0358-01

1、引言

隨著人類的發展和科學的進步，能源科學不斷的受到關注，帶來的更新換代，電力系統也迅猛發展。特高壓、超高壓輸、變電技術的發展，電網容量提高，覆蓋面積的增加都是涌現的新科技成果，當然科技的提高，必須有硬件設施作為前提，電力系統的安全和穩定性就越來越多的受到人們的關注，故障的診斷是人們努力攻克的一面，在線監測，能夠對初期故障進行解決，減少不必要的經濟損失，及早解決安全隱患更是人們不斷追求的技術關鍵。

2、電氣設備狀態監測與故障診斷技術的含義

電氣設備故障是由于設備的某些劣化積累到一定程度后所產生的。特別是大多為有機材料制成的電氣設備絕緣介質，在外界因素作用下容易發生老化。組成電力系統的基本元件是電氣設備，局部或廣大范圍的停電會因它的失效而產生，必將導致巨大的經濟損失，并造成不良的社會影響。

為了特殊的目的而進行的注視、觀察與校核即為監測。設備的狀態監測就是通過使用各種傳感器，運用各種測量手段，來檢測一些物理、化學量，他們能夠反映設備的運行狀態，監測是為了使我們能夠知道設備是在正常運行，還是出現了某些的異常。設備的“故障診斷”是指根據狀態監測，設備故障的嚴重程度及類型、部位都需要專家用所得到的各測量值、運算處理結果所提供的信息后結合掌握的有關設備的知識和經驗進行推理判斷，并根據此判斷提出維修處理設備的建議。簡單的說就是特征量收集后的分析判斷過程是故障診斷，狀態監測是特征量的收集過程。

3、電氣設備狀態監測的基本原則

（1）電氣設備的維護需要統籌考慮

由于電氣設備的特殊性，無論是全面的預防性試驗還是拆裝性檢修，一般都要求設備退出運行。所以，在設備的監測維護過程中要考慮各種設備間的相互關聯和影響，統籌安排電氣設備的檢修工作，將檢修的周期和項目上升到管理策略的層面，盡可能的保證設備的可用性，減少電氣系統的停電時間。

（2）采用綜合的設備狀態信息獲取方法

反映設備的狀態信息應來自于，在線監測獲取信息，各項試驗獲取信息，設備家族缺陷事故記錄信息，不良運行工況記錄信息。這是一個綜合的信息來源，各項信息依其對設備狀態的準確反映以權重反映，信息也應考慮折舊，越新的設備折舊越小。

（3） 建立數字化管理體系

狀態檢修主要包括設備信息獲取、綜合診斷、檢修管理。建立數字化管理體系才能引入智能綜合診斷和檢修管理系統，才能適于未來發展的需要，前述的量化的設備狀態評價體系就是為建立數字化管理體系奠定基礎，實際上，建立數字化管理體系就是建立數字化綜合診斷，數字化檢修管理系統。

4、電力設備狀態監測與故障診斷技術

（1）故障機理研究

我們之所以研究故障機理是因為為了了解故障的形成和發展過程中的原理，能夠熟悉故障的本質和特征。我們只有充分了了被診斷對象的工作原理和易損件的失效機理，才能保證電力設備狀態故障診斷技術安全高效地運行，故障機理研究的方法必須有相關的基礎學科做鋪墊，我們還需要對故障機理進行分析，需要做大量的實驗來觀察，保證診斷技術的可靠性。

（2）狀態監測與故障診斷技術的發展

隨著電力系統的不斷發展，電力設備的狀態監測與故障診斷技術也再發展，人工智能技術就是其中一種。人工智能技術是一種方法，是對信息進行吸收和處理，從簡單數值的計算發展到模擬人腦不能準確辨認和思考。隨著現代計算機的迅猛發展，也帶動了智能技術的發展，形成一整套相關的智能計算方法，并在很多領域得到了應用，這些方法主要有模糊方法、時序分析法以及遺傳算法等等，結合原有的專家系統、神經網絡、自學習等等技術進而相互之間進行補充，不斷完善，從而在很多的領域做出相應的貢獻。

（3）電力設備在線監測

傳統的電力設備的定期預防性試驗對于故障的檢測具有一定的作用，但是也存在著明顯的不足。第一，在進行停電試驗時，由于試驗時的電壓與設備正常工作時的電壓存在一定的差距，從而使得設備可能存在的缺陷無法被及時的查找出來；第二，定期預防性試驗所需要的試驗周期較長，對于那些急需要實用的設備而言，無法滿足生產的需要。因此對于這些離線的預防性試驗而言，在線的監測就顯得方便快捷。在線監測通過對設備相關的狀態信號進行監測，從而達到對設備的故障缺陷監控的目的。設備的各項狀態信號是反應設備故障的重要依據和載體，通常這一過程包括：信號測取、中間轉換、數據采集三個過程。這一技術在電力設備的日常檢修中應用時間較短，有的系統還存在一定的問題，但總的系統設計通常包括：傳感器、數據采集裝置以及計算機等設備。

5、電氣設備故障診斷

（1）電力系統、設備出現故障的種類

基于電力系統及相關設備運行故障發展中的差別，通常將電力系統中的故障分成瞬變故障型與緩變型故障兩類。其中，瞬變型故障如相間短路，在電力系統運行故障診斷過程中，發展相對比較快。一般而言，繼電保護設備應當在10ms～20ms范圍內將這些故障問題處理好，為能夠有效地避免造成巨大損失，在瞬變故障發生的時候，應當努力做好電力系統故障保護，以免事故及問題進一步擴大化，該種類型故障并非診斷與監測過程中存在的問題；對于緩變型故障而言，它主要是從電力系統、電力設備運行過程中發現故障問題征兆，并一直發展至系統故障災害的發生，由此可見，它實際上就是一種進程相對比較緩慢的故障類型。當發現系統故障征兆時，應當對系統故障問題進行準確定位，并對故障程度及發展進程進行實時監測，并在此基礎上及時采取有效的應對策略，以免系統故障進一步惡化或向不利的方向發展。緩變型故障問題是可狀態監測和故障診斷的重要對象。絕緣故障，電力設備、系統的主要故障，很多故障問題均與絕緣有著密切的關系；絕緣故障問題及電力設備中的絕緣環境、結構以及分布狀況有著密切的關系。對電力設備及電力系統絕緣故障問題進行定位和診斷絕緣損壞情況時，存在著很大的困難。

（2）故障監測特征信號的選取

一種故障，由很多故障的特征量反映出來，而一個故障的特征量，又可能產生于多種故障的狀態，故障的特征量選取以及提取，是故障診斷的難點問題。識別運行的電力設備故障的狀態以及正常狀態的時候，通常因為特征量的選取不恰當出現誤診或者漏診，誤診的主要原因，是正常狀態及故障狀態特征參量，存在著交疊的區域，就是故障的特征量存在模糊性。因此，需要選取有著代表性和有效性的故障特征參量。

（3）故障診斷的分析技術以及信息技術

故障診斷的分析，是分析致使電力設備、系統發生故障下的物理過程以及化學過程、故障因果關系。步驟為：對大量復雜的設備、系統狀態特征量進行歸納、整理和降維簡化，然后用識別技術進行識別故障的特征參數，最后對故障的性質、程度、類別、部位以及原因進行判定。

6、結束語

電氣設備系統是一個復雜的、牽涉面廣的綜合性系統，電氣設備的安全穩定直接關系到整個電力系統的有序運行。同時，電氣設備的運行狀態評估和預測以及電氣設備的故障診斷十分復雜。因此，運用綜合性的技術手段，掌握電力設備運行狀態，預測設備故障發生、發展情況，并采用人工智能信息處理技術進行故障診斷，對提高我國電力設備的安全穩定性，保證電力系統高效有序運行都具有十分重要的意義。

參考文獻

[1] 薛善成，朱杰.電力系統的狀態監測與故障診斷技術探討[J].現代經濟信息，2009，（21）.

第6篇：故障檢測與診斷范文

1.1 離合器分離不徹底的故障現象

汽車發動機在正常運轉時，踏下離合器，掛擋時有齒輪撞擊聲，且難以掛上擋：如果勉強掛上擋，則在離合器踏板尚未完全放松時發動機熄火。

1.2 離合器分離不徹底的檢查方法

當出現掛擋困難時，如果在熄火狀態下可輕松掛擋也說明離合器分離不徹底；另一方面拉起制動手柄，空擋時，踩下離合器踏板，在飛輪殼下面孔內試著推動離合器片。如果能推動，說明離合器分離是徹底的，如果不能推動，就說明說明離合器分離不徹底。

1.3 離合器分離不徹底的原因

1.3.1 操縱機構故障

①拉線長度不合適以及離合器踏板的自由行程過大；②液壓操縱式離合器油泵內混入空氣；③撥叉的支點磨損；④液壓系統有漏油狀況；⑤離合器分離軸承磨損。

1.3.2 離合器自身故障

①離合器從動盤擺動；②離合器摩擦片損傷；③離合器從動盤及從動軸配合花鍵磨損；④膜片彈簧式離合器彈簧尖端部位磨損；⑤飛輪歪斜；⑥支承軸出現磨損、損壞；⑦從動盤正反面裝配不對，從動盤在裝配時，有減振盤的減振盤面應朝向壓盤。如果裝反會造成離合器分離不徹底；⑧液壓離合器液壓系統漏油；⑨新換摩擦片太后。

2 離合器打滑

2.1 離合器打滑的故障現象

汽車起步困難，踏油門，汽車增速不明顯，有時發動機還會發出轟空油聲音。起步時離合器踏板接近完全放松汽車方能起步；汽車加速爬坡時車速不能隨發動機轉速的提高而相應增大。汽車燃料消耗量明顯比平時增加，可感到汽車行駛無力，動力比以往有所下降。

2.2 離合器打滑的檢查方法

拉緊駐車制動，掛上低速擋，慢慢放松離合器踏板并逐漸減小節氣門開度，發動機仍繼續運轉不熄火，說明離合器打滑。或者定住車輪，手剎到底，使汽車完全制動。摘下離合器，掛上一檔，慢慢加大油門，同時慢慢地掛上離合器。此時，如果發動機停止運轉，則可判定離合器不打滑；反之，則判定離合器打滑。如果汽車離合器打滑不太嚴重時，完全可利用發動機轉速表，對照發動機的轉速顯示狀況，就能夠判斷是否打滑。其方法是：在行駛中，把變速器操縱桿低速檔位上進行加速，車速上升后，摘下離合器，升檔，掛入中速檔，在離合器剛接合的時候，再猛踏油門，發動機轉速表指針突然振擺一下，而發動機轉速表指示并沒有下降，而是慢慢地上升，但事實上沒有感覺得到汽車加速，那我們就可以判定離合器處在打滑狀態。如果在坡路上進行試驗，就更能明顯地感覺出離合器是否打滑了。

2.3 離合器打滑的故障原因

（1）離合器踏板自由行程太小或沒有自由行程；

（2）離合器從動盤摩擦片磨損過薄、硬化、有油污、有腐蝕、鉚釘松動；

（3）離合器壓盤過薄或壓盤飛輪變形；

（4）離合器壓盤彈簧過軟，折斷，分離軸承常壓在分離杠桿上，使壓盤處于半分離狀態；

（5）離合器與飛輪連接螺栓過松；

（6）離合器分離杠桿調整過高；

（7）液壓分離裝置卡滯。

3 離合器不平穩

3.1 離合器不平穩的故障現象

當離合器處于半離合狀態下，汽車起步時出現振動并伴隨一陣陣急速加速的竄車現象。

3.2 離合器不平穩的檢查方法

分離離合器的同時，把變速桿掛上最低檔，在慢慢接合離合器的時候，如果汽車出現竄動式起步，然后把汽車裝載放在坡路上起步， ，如果離合器不平穩，可以清楚地感覺到汽車的竄動。

3.3 離合器不平穩的故障原因

（1）摩擦片不干凈表面沾油；

（2）從動盤的減震彈簧失去彈性以及從動盤擺動大；

（3）離合器摩擦片松動；

（4）離合器彈簧或者膜片彈簧失去彈性或損壞；

（5）壓盤或者飛輪主動盤損壞；

（6）發動機懸置支撐松動；

（7）分離杠桿位置調整不正常。

4 離合器異響

4.1 離合器異響的故障現象

發動機運轉，踩下離合器踏板，使離合器分離時，離合器部位發出不正常響聲；汽車行駛中，放松離合器踏板，使離合器接合時，離合器有不正常響聲。

4.2 離合器異響的檢查方法

（1）當發動機空擋正常運轉，慢慢踏下或放松離合器踏板時，離合器發出連續或間斷的蕩蕩聲。

（2）當車輛起步時，松開離合器踏板時發出響聲。

4.3 離合器異響的故障原因

（1）踏板回位彈簧失去正常彈性和脫落或折斷，分離軸刮碰分離杠桿；

（2）分離軸承回位彈簧彈性是否正常；

（3）分離杠桿與分離軸承之間間隙是否符合規定；

（4）軸承損壞或軸承嚴重松曠、軸承滾珠破碎、卡死不能轉動；

（5）中間壓盤銷孔與傳動銷磨損松曠在傳動銷上晃動撞擊所致；

（6）車輛起步，剛放松離合器踏板時發出響聲；

（7）異物刮碰壓盤或飛輪所致；

（8）傳動卡滯，使壓盤突然壓向從動盤造成闖車；

（9）從動盤變形或磨擦襯片不干凈沾有油污，造成離合器不能正常斷開而引起沖撞。

5 離合器踏板沉重

5.1 離合器踏板沉重的故障現象

腳踏離合器踏板沉重， 踩動離合器踏板的力超過250N駕駛員操作十分困難相對于同樣其它車輛離合器踏板力有明顯差異。

5.2 離合器踏板沉重的檢查方法

（1）檢查踏板是否過高，空行程是否合適；

（2）不良的，及時對各軸與孔的配合處加強；

（3）檢查離合器盤總成、蓋總成、飛輪是否磨損過量；

（4）對裝有氣壓助力或油氣助力操縱的離合器若踏板沉重，應檢查助力缸的管路是否漏氣，助力缸活塞密封圈是否磨損，排氣閥密封是否嚴密等。

5.3 離合器踏板沉重的故障原因

（1）飛輪工作面、壓盤工作面磨損嚴重；

（2）分離軸承過量磨損，離合器操縱機構不良，軸與孔的配合處轉動不自如；

（3）分離總泵總成：調整不當，踏板過高，且無空行程；

（4）從動盤總成：摩擦片磨損量大，離合器從動盤花鍵槽與變速器第一軸花鍵過臟；

第7篇：故障檢測與診斷范文

[關鍵詞]：變壓器 狀態監測 故障診斷

引言

隨著電力負荷逐漸增大，電力系統穩定性要求日益增高，變壓器類電氣設備的狀態監測和故障診斷技術日益受到普遍關注，越來越多的研究、生產部門正在積極開發和應用該技術，目前已有全面推廣之勢。在這種情況下，全面、客觀、深入的認識該技術，了解其目前技術狀態，比較、認識其和現行預防性檢修體系的優劣性及關系，對于正確開發應用和推廣這一新技術及更好保障電力生產的可靠安全性將具有一定意義。

1.狀態監測和故障診斷技術的重要性

變壓器是連接發、輸、配電環節的重要電力設備。隨著經濟的發展，電力負荷和電壓等級的增大，變壓器的運行可靠與否對電力系統的穩定影響更加明顯。變壓器在運行時，受到電、熱、機械、環境等各種因素的影響，其性能會逐漸劣化，運行狀態變差，可能導致發生各類故障。

為了盡量減少和避免故障的發生，長期以來電力系統的傳統做法是不斷地研究、總結，實施各種有效的定期預防性試驗、檢修等方式。與遇到事故維修相比，這種預防性試驗、檢修方式有著本質的進步。但是，定期計劃檢修存在著盲目性，且預防性試驗大多是離線進行的，試驗時需停機、停電，造成經濟損失。對于一些重要的設備，不能輕易停運，使得定期試驗難以完成。即使能夠停運待檢設備，也往往因運行中與停運后變壓器狀態差異，試驗結果會有偏差。另一方面，檢查維修可能會造成維修過度，對變壓器性能有所損傷。

2.變壓器的狀態監測和故障診斷

變壓器的故障診斷技術從以時間為基準的方式轉變到以狀態為基準的方式，其內容包括狀態監測與故障診斷兩個方面：前者通過提取故障的特征信號為狀態維修提供檢修依據，后者則分析、處理所采集的狀態信息。變壓器的在線監測技術研究大致包括以下內容：（1）故障機理分析；（2）在線監測手段；（3）監測信息的傳遞、處理和存儲；（4）故障特征量的提取；（5）故障診斷的方法和理論分析。

電力工業主要采用充油式變壓器，在某些特殊場合也采用干式變壓器或者六氟化硫變壓器。目前國內外對于變壓器的狀態監測，多采用局部放電監測和超聲定位技術、紅外技術、微水分析技術。對于變壓器的高壓套管，通常采用介質損耗因數的數字化在線測量技術。對于故障較多的有載調壓開關，采用有載故障診斷在線裝置測量觸點磨損及機械和電氣回路等。除此之外，油溫、線匝繞組溫度、負載電流及電壓、冷卻泵風扇運行等參數也在監測之列變壓器狀態監測。涉及到的變壓器主體部件為：磁路繞組及固定絕緣液體的絕緣，氣體絕緣和冷卻系統。擬診斷故障為：過熱行故障、放電性故障、過熱兼放電故障、機械故障和進水受潮等。常用的局部放電監測與診斷，多采用電脈沖信號發生法和超聲法，對電信號和聲信號聯合檢測去的理想的定量和定位效果，根據視在放電量、分布圖譜和放電源的定位來判斷故障。油中溶解氣體組分含量的分析（DGA），首先依據溶解平衡原理采用各種不同原理脫氣，方法如：真空、滲透膜、氣體洗脫等，將油中氣體脫出，再用分離柱進行分離，再經檢測器監測（如TCD、FID等），或各種原理的傳感器對不同組分氣體進行監測，后依據國內外通用的組分比值法或多維圖視法，結合電氣試驗和離線定期試驗結果，綜合分析診斷出潛伏性故障。近期還發展了復合滲透膜電化學/燃料電池紅外監測等技術進行油中溶解氣體組分含量的分析。由于DGA分析判斷的準確性已被國內外所認可，該技術成為各國研究的熱點。

3.在線監測與故障診斷技術研究存在的問題

狀態監測、故障診斷技術雖然有其不可替代的優勢，但在目前情況下，尚存在很多不足和問題需要解決。已經安裝投運狀態監測系統的單位，決不可高枕無憂，不再有安全憂患。由于變壓器有復雜的結構系統，運行參數間并非全部有嚴格的邏輯和定量關系，其故障現象、故障原理之間具有很大的不確定性，一個故障可表現出多種征兆，監測到的幾個故障起因，同時反應一個故障征兆，故障與征兆之間關系模糊復雜，完全用建立精確的數學模型來診斷是十分困難的。這種復雜的系統都是模糊的系統。而模糊系統的邊界、結構等概念的外延是模糊的，內涵是灰色的。也就是說，此系統中，一些信息是確知的，另一些是非確知的，因此，需要采用將精確性向模糊性逼近的模糊集的數學方法來處理這些模糊現象，并將人工神經網絡系統也注入，才能對變壓器故障診斷這一復雜系統，找出合適的描述方法。同時還要模擬技術專家在進行故障診斷時的經驗及將經驗、規劃模型化，以計算機替代專家，并以遠程通信方式進行傳輸。除此之外，復雜的現場環境也給狀態監測和故障診斷技術的應用帶來困難。到目前，狀態監測和故障診斷技術尚存在以下不足和問題：

（1）受技術條件限制，目前發展較成熟的僅有局放定位儀和部分組分含量的在線色譜儀，而其他反應設備狀態的項目尚無成熟監測。因此，在故障診斷中，很多需采集的信息還必須依賴于離線監測。

（2）早期故障的監測信號極弱，設備運行現場均有較強的磁場和電場干擾，信噪比很低，給狀態監測帶來困難。

（3）現有的一些監測系統，只能反映設備故障的發展趨勢，很難提供設備故障的類型及故障的危急程度。滲透膜存在滲透率衰減，軟件不能適應個案的分析、判定。

（4）現行規程中沒有狀態監測的技術要求和指標，使故障診斷中缺乏科學的判據。

（5）現有的監測、診斷系統尚不能完全實現連續不斷實時監測，所以對突發性故障不能準確、及時預報

4.結論

綜上所述，變壓器類的電氣設備的狀態監測和故障診斷技術，可以更迅速、連續反映設備的運行狀態，預示運行設備存在的潛伏性故障，提出處理措施，不同程度地延長設備的服役期，減免不必要的維修干擾，大大降低運行成本，易實行自動化和科學化設備管理，是保障電力設備安全經濟運行的有力措施，應大力推廣，實施狀態監視和故障診斷為不可逆轉的發展趨勢。

參考文獻：

[1] 李常喜.電力設備診斷技術概論[M]. 北京： 水利電力出版社，1994

[2] 陳維榮， 宋永華， 孫錦鑫. 電力系統設備狀態監測的概念機現狀[J]. 電網技術， 2000， 24（11）： 12-17

[3] 陳卓， 劉念， 薄麗雅. 電力設備狀態監測與故障診斷[J]. 高電壓技術， 2005， 31（4）： 46-48.

第8篇：故障檢測與診斷范文

【關鍵詞】水電機組；狀態監測；故障診斷系統

中圖分類號：TV 文獻標識碼：A 文章編號：

一、前言

水電機組能否很好的工作，取決于能否對其進行合理的監測，及時的發現問題，處理問題，以保證其順利的運行。而水電機組的故障診斷是保證水電機組能夠排除問題，繼續恢復工作的保證，所以，研究和分析水電機組狀態監測和故障診斷系統很有必要。

二、機組狀態監測與診斷系統的總體結構 系統采用復雜的分布分層雙局域網結構。系統由狀態監測局域網和電廠局域網兩套局域網組成。從信號的角度看,系統由傳感器層、信號采集與預處理層、服務器層、BS瀏覽器終端、遠方運行分析中心五層結構組成。

1.傳感器和變送器:將機組各部件采集的各種物理信號轉化為電信號。

2.信號采集及預處理系統:采集傳感器和變送器信號,將這些信號采集和處理,得到反映機組運行狀態的各種特征參數、曲線、圖表等;其中主變在線監測系統和#1機組局放監測裝置通過485通訊接入#1機組狀態監測裝置,機組流量監測裝置和#3機組局放監測裝置通過485通訊接入#3機組狀態監測裝置。

3.狀態數據服務器:接受信號采集及預處理系統的數據,自動運行分析和診斷軟件,定期提供狀態檢查日志、狀態發展趨勢、自動狀態報告,自動存儲有故障時的監測數據等。數據服務器中的數據、分析結果、診斷結果,包括與本地或遠程的監測、分析、診斷、維護工作站的交互,定期向遠程發送日志、趨勢以及有故障的實時數據等,并提供狀態數據查詢服務。

4.由于電廠狀態監測內容較多,數據通信容量較大,故建立獨立的狀態監測與診斷系統的TCP/IP局域網,與電廠的MIS局域網分開,以保證狀態監測的實時性,避免兩個系統之間的通信干擾。同時又通過Web服務器將兩個網絡連接起來,使MIS用戶可以用瀏覽器方式有效地對機組狀態進行監測分析和診斷,(2008年奧運至今,根據國網公司二次系統安全防護規定,暫時將WEB服務器與電廠MIS局域網斷開、鏡像服務器與外網斷開)。

三、狀態監測技術現狀

目前，國內外研究較多的水電機組狀態監測技術包括:機組振動穩定性在線監測技術、水輪機效率在線監測技術、水輪機空化監測技術、發電機絕緣局放監測技術、發電機氣隙和磁場強度監測技術、主變壓器油氣監測技術等。國內外在水電站狀態監測技術的應用方面做了大量的工作，研制開發出了一批實用產品。

機組振動穩定性監測技術水電機組振動穩定性監測通常包括機組的結構振動、主軸擺度、水壓脈動等參數。當前，水輪發電機組振動穩定性監測基本原理框圖見圖。振動監測由振動傳感器和監測分析系統組成。傳感器負責收集表征機組振動狀態的各種非電量特征參數，并轉化為可供監測系統使用的電量信號。監測分析系統主要包括數據采集、數據存儲與數據分析3大功能，可獲取較為全面的振動信息，包括幅值、相位、頻率、振動波形、軸心軌跡和振動趨勢等，這對于判定振動的起因和進行事故的分析是比較合適的選擇。

機組結構振動監測通常采用低頻振動速度傳感器和加速度傳感器，主軸擺度監測采用電渦流位移傳感器或電容式非接觸位移傳感器，水壓脈動監測采用具有良好動態特性的壓力傳感器。監測測點根據機組型式和容量，以及現場實際情況選擇，表1為各種類型水輪發電機組的典型測點配置表。一般而言，并不是所有機組都需要對如此眾多的狀態進行在線監測，絕大多數機組容易產生故障的因素，在機組的安裝和運行歷史記錄中都有反映;為此，可根據機組運行的實際情況選擇其中最為關注的狀態進行監測和分析。另外為節約成本，對于那些不經常出現故障的項目還可以采用離線檢測的方式。

四、水電機組開展機組狀態在線監測系統的重要意義

1、保障機組安全、穩定、經濟運行的重要手段

水電機組機組狀態在線監測系統主要通過以下五大功能，保障機組安全、穩定、經濟運行。實時監測功能：以各種直觀易懂的圖形或曲線實時顯示穩定性數據變化、氣隙數據變化，便于運行人員或檢修人員實時了解機組各部件運行狀態，隨時確保機組狀態良好。

預警報警功能：根據主機廠提供的性能參數值和現場運行調試經驗，建立各工況下的報警定值和樣本數據，自動實時判斷機組運行狀態，當狀態發生變化時，及時發出報警和預警信號，便于值班人員第一時間掌握機組異常信息并采取相應措施。

性能評估功能：自動生成檢修前、后各種狀態報告，通過對比歷史數據、曲線趨勢，以評價檢修效果；分析瞬態過程和熱穩定過程氣隙變化數據，指導機組安裝和優化設計、輔助分析機組的異常振動和擺度。

2、水電機組特點和行業發展的內在需要

（一）相對火電廠來說，水電廠生產環節簡單、設備較少、自動化水平較高，更有利于開展機組狀態在線監測系統。

（二）水輪機組的振動、擺度，多是由于水力、電磁、機械等因素耦合作用的結果，振動機理比較復雜，直觀判斷和簡單的測試，常常難以找到本質原因；有些故障與運行參數有關，出現的偶然性較大，數據不易捕捉。因此，急需該系統及時記錄故障信息，以便分析并找出產生振擺異常的本質原因。

（三）指導機組檢修和開展機組狀態檢修的重要技術基礎與依據

水電機組機組狀態在線監測系統不但可以利用自帶的各種分析診斷工具，對機組異常信息進行深入分析，輔助發現異常原因，指導機組檢修工作；同時，它也是未來機組狀態檢修的技術核心，充當著設備健康狀況診斷醫生的重要角色，其最終目的是為機組狀態檢修服務提供依據、技術支持，根據狀態在線監測系統獲得的機組特征信號，準確掌握設備狀態情況，合理安排機組小修、大修和擴修。

五、故障診斷技術的發展

現階段機組狀態監測和故障診斷系統并不能完全避免機組的所有故障，但好的水電機組故障診斷系統應該能夠提供兩個主要功能，一個是在故障未發生時，提供機組運行健康狀態和故障預警，避免和預防故障的發生，為實現狀態檢修提供技術支持，二是在故障即將發生或已經發生時，減輕故障影響和事故后果，并指導后期維修。另外，故障診斷專家系統還可以使水電廠和水電專家常年積累的專業知識，得以系統化的保存、再現和應用。在近幾十年，水電機組故障診斷技術取得了較大的進展，主要表現在以下4個方面：

1、計算機技術的發展使得水電機組狀態監測技術日益完善。市場上已經出現較為成熟的水電機組狀態監測系統，水電廠積極開展狀態監測設備的安裝和應用，使得狀態檢修這種科學的檢修制度有了一定的技術基礎，并使得實時診斷成為可能。

2、故障診斷方法不斷出現新成果。貝葉斯網絡、灰色理論分析、時間序列分析、全息譜分析、故障診斷專家系統、人工神經網絡系統等技術在故障診斷中得到了較為廣泛的研究和初步應用。這些方法的出現使得水電機組故障診斷水平得到了一定的提高。

3、傳感器技術和檢測技術的發展，如超聲波技術、聲發射技術、熱成象診斷技術、油樣分析技術等技術的應用日趨成熟，擴大了故障診斷技術在水電機組的應用范圍。

4、國內外從事故障診斷的專業人員和專業機構大大增加。近年來,國內外許多高校和研究院就設置了故障診斷方面的研究，開展了大量水電機組故障診斷課題的研究，既培養出一批故障診斷專業人才，也出了一些研究成果，加快了水電機組故障診斷技術學科的發展。 隨著我國電力工業的迅速發展和我國多年來從事的故障診斷工作研究, 水電站設備故障診斷技術及故障診斷系統日益引起制造廠、電廠和科研院所的認識和重視。通過對國內外水電站故障診斷技術及應用情況的了解，認識故障診斷系統存在的不足,積極開展故障診斷系統的研究工作,將會更快地推動我國水電機組故障診斷技術的發展。

六、結束語

水電機組狀態的監測和故障診斷系統是保證水電機組日常運行的科學的系統，需要對其進行長期的研究和分析，提高該系統的整體性能和使用效果，不斷總結系統運行中需要注意的問題和經驗，以提高水電機組運行的效率和質量。

參考文獻

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[3] 周葉,潘羅平.實時數據庫在水電機組狀態監測中的應用[J]. 水電站機電技術. 2011(01)

[4] 劉娟,潘羅平,桂中華,周葉.國內水電機組狀態監測和故障診斷技術現狀[J]. 大電機技術. 2010(02)

第9篇：故障檢測與診斷范文

關鍵詞：油液分析；主動維修；油液監測

1 引言

隨著科技的發展，各項先進的生產技術應用到煤礦生產中，提升了煤礦生產的效率。在各種機械設備運行的過程中，如何保障其能夠安全穩定的運行，是煤礦生產面臨的重要問題。油液監測體系對于綜采設備的運行可以進行有效的監測，對于潛在的安全隱患進行診斷，為煤礦的安全生產提供了有利的條件。

2 油液監測的主要技術手段

2.1 油液理化性質指標監測。機械設備在運行的過程中，油的作用非常重要，是保證機械能夠正常運行的基礎。油液監測技術通過對油的物理化學性能進行檢測，可以了解到油的使用狀態，從而判斷機械設備的運行狀況。在監測的過程中，主要的指標包括運動粘度、水分、酸值、閃點、凝點（或傾點）、機械雜質、抗乳化性、抗泡沫特性、抗磨性和極壓性等。

2.2 油液鐵譜檢測。鐵譜檢測是目前煤礦企業中使用最為廣泛的一種油液檢測方法，主要應用到的設備是鐵譜儀。在機械高速運轉的過程中，會產生一定的磨損，通過對磨損顆粒進行監測，就可以充分的了解到機械的磨損狀況，從而進行有針對性的維修。在高梯度磁場的作用下，將摩擦副中產生的顆粒從油中分離出來，按照一定的方法制成譜片，然后通過鐵譜顯微鏡和相關軟件對其進行定性和定量的分析。這種監測方法的效率比較高，所以在煤炭行業中應用的比較廣泛，通常使用旋轉式鐵譜儀。

2.3 油液光譜檢測。光譜檢測技術應用的比較早，并且檢測的效果較好，主要是對油中的磨損顆粒的元素種類和含量進行檢測，還可以對油的污染程度以及衰變過程進行監測。在目前使用較為廣泛的光譜技術為電感耦合等離子體發射光譜法。

2.4 顆粒計數。顆粒計數主要是對液壓油中的固體顆粒進行統計，其中包括了在機械運轉時產生的磨損顆粒。將這些顆粒以粒徑為標準進行分類，然后根據規定的標準進行計數，從而可以獲得顆粒的分布信息，與規范標準進行對比分析，可以了解到油液中的污染程度，從而做出相關的評價。

3 油液監測在設備故障診斷技術中的應用

任何機械設備的運轉都需要油來，而機械設備出現故障大部分都是源于油的失效，雖然在設備運轉的費用消耗中，油所占的比例非常微小，但是由于油的質量不合格或者是在使用的過程中性能發生改變，對于設備造成的故障率卻占據了很大的比例。所以說必須對設備的在用油狀況進行監測，提高油的質量，減少換油的周期，節省維修的費用，提高設備的使用壽命。所以對于油的使用狀況要加強監測，及時發現問題，提早采取有效的措施預防和處理。

通過分析油性能參數的變化可以間接了解機械主要部位的工作狀態，及時準確地監測設備的工作情況。就油液監測與診斷，其主要內容包括油物理化學性能指標變化、油運轉參數如油壓的變化、油摩擦學性能的變化。首先，油液監測是摩擦學系統監測過程，監測內容主要包括油品自身劣化、油品污染、金屬磨損顆粒和摩擦學等四個方面。監測手段主要包括油品紅外光譜分析、顆粒計數、油品性能指標和摩擦學性能測試分析等。由于大量機械設備的故障起因于不良，因此通過對油品自身劣化和污染進行監測，有利于及時消除設備的故障隱患，延長設備的大修周期。其次，早期油液監測以監測診斷設備的磨損故障為目的，其技術方法以鐵譜技術為代表。目前油液分析技術已從早期的油樣分析和磨屑逐步過渡到現代在線油液監測。現代在線油液監測技術將油和機械設備視作統一的整體，強調從摩擦學角度出發考察失效和設備故障。而通過分析油的理化指標和摩擦學性能指標可以準確預測設備發生磨損故障的發展趨勢。

4 油液監測與診斷技術在煤礦的應用

作為煤礦企業，機械設備所處的工礦條件惡劣，機械設備損壞嚴重，影響到正常生產與安全，有必要建立完善的監測體系以提高設備完好率，減少不必要的投入。特別有時監測不到位，小事故釀成大事故，損失巨大。煤礦企業建立健全油液監測體系應做好以下三項工作。

4.1 配備品質精良、功能齊全的各類油品檢查儀器設備，具備檢測項目多、數量大、速度快等特點，為快速判斷故障提供準確及時的數據。硬件設施除需配備發射光譜、紅外光譜、鐵譜、顆粒計數等磨損污染顆粒監測儀器外，還需配備黏度、閃點、水分、總酸值、總堿值、傾點、泡沫、不溶物、機械雜質等10種常規油品檢測手段。軟件方面：第一，建立實驗室及監測數據局域網，將主要設備如采煤機、運輸機、主通風機、空壓機等監測數據及油品檢測數據傳輸給機電科及主要礦領導，以便相應采取措施；第二，建立功能齊全的數據庫管理系統和報告生成系統，生成各種格式的油液監測報告；第三，建立基于專家知識的計算機智能診斷系統，提高判斷問題的準確性和科學性。

4.2 應當具有符合規范標準要求，保證測試結果足夠準確的檢測能力，考慮到經濟性，以最少的檢測項目達到最佳監測效果；對于具有國家標準以及ISO和ASTM等國際標準的檢測方法，應嚴格按照標準方法進行檢測，以保證監測診斷結論的科學性和合理性。

4.3 應當建立具有豐富經驗積累的高素質、高水平的專家型油品監測技術隊伍。通過與高等院校和科研院所合作，培養具有扎實理論基礎，同時具有在油液監測和診斷實際經驗的監測人員，并在解決實際問題的過程中不斷發揮專業人員的技術價值。

5 案例

神東煤炭集團+補連塔煤礦轉載機減速器事故

事故經過：2013年3月30日，設備管理中心油液監測人員在對補連塔礦綜采工作面設備油樣的例行化驗中，發現煤機左搖臂行星頭油樣嚴重乳化、且存在超過80μm的滾滑復合顆粒，視場濃度超過80%，且存在紅色氧化物顆粒，摩擦聚合物、嚴重滑動顆粒和切削顆粒。立即通知礦方機電人員對該設備進行檢查。礦方機電人員檢查發現左搖臂行星頭漏油，而且有異響，礦方立即向設備管理中心調劑部申請更換減速器。但礦里因客觀原因未能及時更換，致使事故擴大化，導致減速器Ⅰ軸損壞。

事故原因分析：在油液監測報告顯示異常的情況下，因客觀原因，礦方未能及時更換減速器，導致減速器Ⅰ軸損壞。

點評：油液分析能夠報告和預測的反映齒輪箱內部的異常磨損和可能出現的故障。嚴格按照油液分析報告進行換油或采取其他措施能夠有效較低設備故障率，提高生產效率，延長設備壽命。

6 結束語

在煤礦生產中，機械設備的應用可以有效的提高生產效率，促進煤礦企業的發展。為了保證生產能夠安全穩定的進行，對于機械設備的運行應該加強安全監測。現階段油液監測體系在煤礦綜采設備的運行中廣泛的應用，對設備的運行狀況進行監測，可以及時的發現問題，提早制定出預防對策。在油液監測體系中，應該掌握科學的監測方法，利用先進的設備和技術，對設備的運行狀態進行監測。通過油液監測體系的運用，可以有效的減少設備故障的發生幾率，減少維修成本，提高運行效率，提高設備的安全性，延長設備的使用壽命。隨著科技的不斷發展，各項新技術和新設備會逐漸的用到煤礦生產中，為煤礦生產創造更大的經濟效益，所以為了保證機械設備的安全運行，在監測技術方面還要不斷的提升，為設備的安全穩定運行提供有利的基礎，從而確保煤礦的安全生產。

參考文獻

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