故障诊断的一般性方法-

6故障诊断的新理论和新方法故障诊断的一般性方法

人工神经网络专家系统小波变换信息融合技术6.1故障诊断的一般性方法事物的基本描述方法确定性描述（二值逻辑）随机性描述（概率统计）模糊性描述（模糊逻辑）故障状态、特征（现象）、诊断规则均需描述依据规则的诊断方法依据样板的诊断方法6.1.1.1逻辑诊断采用二值逻辑描述特征：有/无状态：好/坏逻辑诊断的特点简单明了，应用较广，但将问题过于简化，诊断准确率稍低.

6.1.1依据规则的诊断分类特征函数：设备的特征可由若干个选定的特征变量Kj(j=1,2,3,…n)定量地表示，即由G（K1，K2，…Kn）表示.状态函数：设备的状态可由若干个选定的状态变量Di(i=1,2,3…m)定量地表示，即由F（D1，D2，…Dm）表示.诊断规则：反映特征与状态间的相互关系，可用函数E(K1，K2…Kj

…Kn，D1，D2…Di…Dm)表示.诊断关键：特征、状态、诊断规则三者之间的关系.根据诊断规则的不同，可将诊断分成三种类型：1、逻辑诊断2、模糊诊断3、统计诊断1)逻辑代数的基本规则逻辑变量：取值1或0（相当于有/无、好/坏）逻辑函数函数y=f(x1,x2…xn)的自变量xi(i=1,2…n)、因变量y均为逻辑变量.基本逻辑函数1、逻辑和：2、逻辑乘：3、逻辑非：4、同一：5、蕴涵：（等价于）x1存在必有x2存在；x1不存在，x2可能存在也可能不存在.逻辑函数真值表逻辑和逻辑乘蕴涵函数逻辑非同一表达式

x1x0011001100110101x2010101010101y0111000111011001逻辑运算基本规则2）逻辑诊断的过程设备特征函数G的构造设G(Kl，K2…Kj…Kn)，其中Kj为特征逻辑变量.如Kj=1，则称设备有第j种特征；如Kj=0，则称设备无第j种特征.构成逻辑特征函数G时，总是令G=1.举例设某设备可能有3种特征Kl、K2、K3，若某设备同时具有Kl、K2而无K3,特征，则；如果不能确定有无K3特征，则G中不出现之.设备状态函数F的构造设F(Dl，D2…Di…Dm)，其中Di为特征逻辑变量.如Di=1，则称设备有第i种状态；如Di=0，则称设备无第i种状态.构成逻辑状态函数F时，总是令F=1.举例设某设备的诊断结果为则表明该设备存在状态Dl和D2而无D3,；如果F中不出现Dk,则不能确定有无状态Dk.诊断规则E诊断规则E应能保证由特征G推断出状态F.在逻辑诊断中诊断规则可用逻辑函数表达为

诊断规则E由一定数量的细则E1，E2…Es组成这些细则必定同时存在.

逻辑诊断过程：由特征G和诊断规则E求F

3）逻辑诊断断举例设某种电机机定子绕组组绝缘可能能具有Kl和K2两种特征和和Dl、D2和D3三种状态。。其中，Kl表示直流泄泄漏电流（（Ig）大；K2表示局部放放电量（q）大；Dl表示绝缘受受潮；D2表示绝缘开开裂严重；；D3表示绕组端端部表面放放电。诊断规则为为：：绝缘受潮潮，Ig必大；：绝缘开裂裂严重，Ig大，q也大；：绕组端部部表面放电电，q必大；：Ig大，则绝缘缘受潮或开开裂严重，，或两种故故障同时存存在；：q大，则绝缘缘开裂严重重，或绕组组端部表面面放电，或或两种故障障同时存在在。若对某台台该种电电机进行行检测，，检测结结果为Ig大，q不大。试试推断这这台电机机定子绕绕组绝缘缘的故障障。根据上述述已知条条件，得得Kl＝1、K2＝0，特征函函数为诊断规则则为:状态函数数为：将Kl＝1、K2＝1代入，得得结论：发发生绝缘缘受潮，，但无开开裂严重重和端部部表面放放电故障障模糊诊断断故障诊断断过程中中的不确确定性（（复杂性性）不同的故故障状态态可能具具有相似似的特征征.多个不同的故故障特征可能能对应同一故故障状态.不确定性分为为随机性：一定定条件下的事事件发生与否否的偶然性（（或然性）.对随机事件，，事件可能发发生也可能不不发生，但事事件本身有明明确的含义.采用概率论方方法模糊性：区分分或评价客观观事物差异的的不分明性.不仅是因为人人类的认识能能力有限所致致，更主要的的是事物的客客观模糊属性性的体现.采用模糊集合合论（模糊数数学）：传统二值逻辑辑的局限性以考试及格标标准为例按照传统逻辑辑，应存在一一个阈值H(如60分)，当分数H（60分）时为及格格；当分数<H时为不及格.命题A：分数为50者为不及格命题B：分数为70者为及格A和B均为真命题.从常识看命题a：比不及格分分数高出0.5分者还是矮个个命题b：比及格分数数低0.5分者还是及格格的a和b均为真命题.从命题A和a出发，按照传传统逻辑的推推理规则作连连续推理，可可以得出显然然为假的命题题C：分数为70者为不及格；；由命题B和b出发，又可以以推出显然为为假的命题D：分数为50者为及格。这这就导致了逻逻辑悖论。设备诊断也具具有模糊性，，特征的强弱弱，故障的严严重性，诊断断标准等都是是模糊概念.试验验值值应应不不大大于于某某一一个个值值（（H）试验验值值应应小小于于某某一一个个值值（（H）0.99与1.01的区区别别必须须采采取取合合适适的的方方法法加加以以处处理理模糊糊数数学学创创立立者者教授授曾曾说说：：科学学的的目目的的是是求求取取精精确确，，但但当当一一个个系系统统复复杂杂性性增增大大时时，，我我们们使使之之精精确确化化的的能能力力将将减减低低，，在在达达到到一一定定的的阈阈值值时时，，复复杂杂性性与与精精确确性性将将相相互互排排斥斥.举例例物理理学学中中的的测测不不准准原原理理（（））1）模模糊糊数数学学的的基基本本概概念念设Ｘ是论论域域，，称称映映射射确定定了了X的一一个个模模糊糊子子集集，，简简称称模模糊糊集集，，记记为为A（按按标标准准记记法法，，下下面面应应为为～～））。。叫叫模模糊糊集集的的隶隶属属函函数数，，叫叫元元素素x隶属属于于A的程程度度，，简简称称为为隶隶属属度度。。越越接接近近１１，，表表示示x隶属属于于A的程程度度越越高高；；越越接接近近００，，表表示示隶隶属属程程度度越越低低.在故故障障诊诊断断中中，，对对于于所所论论的的特特征征K或状状态态D，或或分分别别为为x对ＫＫ或或ｙｙ对对ＤＤ的的隶隶属属度度.隶属属度度与与概概率率是是不不同同的的.隶属属函函数数的的确确定定根据据具具体体问问题题，，可可由由经经验验总总结结，，或或采采用用以以下下方方法法:模糊统计计二元对比比排序法法概率统计计法借助常用用的模糊糊分布利用动态态信号的的处理结结果常用的模模糊分布布梯形分布布正态分布布2）模糊关关系方程程故障诊断断中的模模糊关系系在故障机机理的作作用下，，内在原原因表现现为各种种外部现现象在内在原原因与外外部现象象之间存存在着单单向的、、确定的的、复杂杂的关系系从本质上上说，这这种关系系含有一一定的模模糊性故障原因因与诊断断信息之之间呈现现一种模模糊关系系故障状态态向量X＝[x1，x2，…xi…xn]由故障状状态引起起的各种种故障特特征或征征兆，用用特征向向量Y表示：Y＝[y1，y2，…yj…ym]状态向量量X和特征向向量Y中的元素素xi和yj均为模糊糊变量，，由各自自对应的的隶属函函数来确确定诊断规则则反映设备备状态和和特征之之间的因因果关系系诊断规则则的描述述方法模糊关系系矩阵（（A）状态向量量X、模糊关关系矩阵阵A、特征向向量Y构成了模模糊关系系方程：：XoA=Y（o：模糊算算子，故故障机理理的作用用）模糊关系系方程的的解释元素aij越大，表表示第ｊ个故障特特征参数数对第ｉｉ个故障障状态的的关系越越密切元素yj越大，表表示第ｊ个故障特特征参数数对故障障的反映映程度越越大元素xi越大，表表示第i个故障发发生的程程度越大大故障诊断断过程根据设备备特征（（Y）和诊断断规则(A)推断出设设备状态态(X)转化为模模糊关系系方程的的求解问问题模糊关系系方程不不同于一一般的代代数方程程，它等等价于一一个模糊糊线性方方程组模糊线性性方程的的解集合合的交集集就构成成了模糊糊关系方方程的一一个解集集合Ｘ表示导致致结果或或故障现现象Y出现的内内在故障障原因故障原因因Ｘ在故障机机理的作作用下，，使设备备表现出出各种各各样的现现象Y原因Ｘ与现象Y之间的模模糊关系系用矩阵阵Ａ加以描述述故障机理理的作用用形式用用模糊运运算算子子“o”来表示在故障诊诊断过程程中，已已知的是是Y，部分已已知的是是Ａ和算算子“o”，诊断目目标是确确定未知知的原因因Ｘ对同一故故障诊断断问题，，矩阵ＡＡ和算子子“o”可能不完完全一样样模糊算子子“o”可有多种种运算形形式3）变压器器故障模模糊诊断断实例故障状态态向量Xxi

变压器主要故障类型x1铁芯多点接地x2铁芯局部短路或漏磁发热x3分接开关电气故障x4电流回路裸金属发热或其它接触不良x5高压套管内部故障x6绝缘进水受潮x7油中电弧放电或突发性短路、接地故障x8绕组匝间短路或其它局部短路x9油中沿面放电x10绕组变形及其导致的过热、放电故障故障特征征向量Y（数值由隶隶属函数数确定））yi

故障参数和信息y1铁芯接地电流y2铁芯绝缘电阻y3C2H4在总烃（C1+C2）中的比例y4三比值编码呈过热性故障特征y5具有铁芯多点接地的过热性故障特征，但铁芯接地电流、铁芯绝缘电阻正常y6绕组直流电阻三相不平衡系数y7绕组直流电阻三相不平衡系数随档位无规律地变化（个别档位变化明显）y8绕组直流电阻三相不平衡系数随档位呈规律性变化（所有档位均有变化）y9高压套管tgy10高压套管电容量相对变化率y11绕组吸收比或极化指数y12变压器本体油中含水量y13绕组直流泄漏电流y14变压器本体油击穿电压y15DGA结果中C2H2含量y16三比值编码呈放电性故障特征y17变压器保护动作、防爆阀“喷油”等突发性信息y18绕组电压比y19三比值编码对应故障编码或特征气体含量超过注意值y20PD测量结果y21CO、CO2含量y22短路试验结果或阻抗测量结果y23绕组之间或绕组对地电容量y24分接开关DGA结果模糊关系系方程求求解（徐徐罗曹李李法）求备解矩阵，确定极小解

调入模型矩阵A，调入系统输出Y

A标准化，形成A1A1经过上铣形成A2

A2取下确界得出最大解

平铣A1形成A3“清除”A3形成A4

输出最大解

求贴近度，确定最佳解是A4每列均有有元素？？否否[诊断实例例１]变压器型型号为DFPFS—250000/500，重瓦斯斯突然动动作，，此前前油中DGA结果正常常，跳闸闸后取样样，DGA结果为：：A相，C2H2=15.13，总烃=118。故障参数Y确定为：y15=0.9，y16=0.9，y17=0.9，y19=0.8，其余yi=0诊断结果为：：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）对应故障应该该是x7或x1实际情况是变变压器出口外外部短路，造造成绕组严重重变形，引引起绕组对地地电弧放电。。[诊断实例２]某120MVA、220kV变压器，运行行中轻、重瓦瓦斯保护和差差动保护突然然动作，跳闸闸、喷油。DGA结果：总烃=219.2，C2H2=102.8，CO=836，CO2=5724；高压绕组直直流电阻三相相不平衡，A相比B、C两相大12%左右。故障参数Y确定为：y6=0.9，y7=0.1，y8=0.9，y15=0.9，y17=0.9，y21=0.69，其余yi=0诊断结果为：：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）最有可能发生生的故障应该该是x4、x7或x9，即电流回路裸金金属发热或其其它接触不良良和油中电弧放电电或突发性短短路、接地故故障以及油中中沿面放电分析：这三种种故障之间的的关系，故障可能发发生在电流回回路中，同时时涉及到沿面面放电，并伴伴随着电弧放放电，因此有有可能是匝间间短路，而实际故障为绕绕组匝间短路路。实际上，预预试项目中，，电压比对匝匝间短路故障障反映最为敏敏感，但诊断断时没有该参参数，因而用用上述参数诊诊断不可避免免地会出现多多种可能性。。[诊断实例３]某63MVA、220kV变压器，进行行1.5倍电压PD试验时，有有放电声响响，放电量量达4000～5000pC，并以主绝绝缘和匝绝绝缘均达到到1.5倍电压时最最严重。故障参数Y确定为：y20=0.9，其余yi=0诊断结果为为：Xmax=（1，1，1，1，1，1，1，1，0.9，1）Xmin=（0，0，0，0，0，0，0，0，0.9，0）对应故障应应该是x9(油中沿面放放电)将变压器解解体，经检检查发现：：沿绕组端端部绝缘角角环有树枝枝状放电痕痕迹诊断结果与与实际检查查结果是一一致的。统计诊断针对诊断对象象特征变量分分布的随机性性而采用.（D1:绝缘完好，D2:故障绝缘）漏报概率：下下x<x0的阴影面积目标：确定合合理的判断阈阈值x0虚报概率：下下x>x0的阴影面积依据样板的诊诊断分类故障诊断步骤骤获取表征状态态的信号，作作为初始模式式.抑制干扰，提提取特征，形形成待检模式式.将待检模式与与样板模式（（故障档案））对比，确定定故障类型.根据样板模式式的不同，诊诊断分为：阈值诊断时域波形诊断断频率特性诊断断指纹诊断模式对比的其其它方法ANN（人工神经网网络）ES（专家系统））阈值诊断及趋趋势预测阈值诊断按照所得特征征量是否超过过规定阈值来来判断设备状状态.预防性试验制制度即属于阈阈值诊断.阈值诊断简单单易行，但不不够全面，易易误报.趋势预预测根据特特征量量或特特征参参数随随时间间的变变化趋趋势来来判断断设备备状态态.故障的的形成成、发发展和和发生生具有有一定定的延延续性性与逻辑辑诊断断的关关系阈值诊诊断强强调的的是诊诊断规规则，，而逻逻辑诊诊断注注重设设备特特征、、状态态以及及诊断断规则则的描描述方方式时域波波形诊诊断对设备备进行行测试试，将将测得得的某某种物物理量量随时时间变变化的的曲线线与样样板对对照来来判断断设备备状态态.高压断断路器器操动动机构构诊断断实例例高压断断路器器操动动机构构诊断断实例例操动机机构一一般用用电磁磁铁作作为第第一级级控制制元件件,制回路路大多多采用用直流流电源源电磁铁铁线圈圈电流流满足足：电磁铁铁线圈圈电流流曲线线电流i与电磁磁铁动动铁芯芯的运运动状状态密密切相相关正常时时，t1~t0不超过过10ms，I3/I1约为0.5.不动动动负负载载完完成成铁心吸吸合不不良故故障电电流曲曲线正常频率特特性诊诊断对设备备进行行测试试，根根据测测得的的设备备的频频率特特性，，或将将测得得的某某种物物理量量的频频谱与与样板板进行行对照照来判判断设设备状状态.举例异步电电动机机转子子断条条和端端环开开裂故故障定子电电流中中出现现边频频f=(1-2s)f1变压器器绕组组变形形故障障绕组的的电感感、纵纵向电电容、、对地地电容容等发发生响响应变变化，，其频频率响响应特特性随随之变变化.电机的的定子子电流流频谱谱图(a)良好电电机(b)转子断断条故故障电电机变压器器绕组组变形形故障障的频频率特特性将不同同频率率的正正弦波波加在在绕组组一端端，记记录绕绕组其其他端端点上上的信信号，，得到到频响响特性性.诊断依依据：：三相相绕组组频率率响应应不一一致.指纹诊诊断对设备备进行行测试试，对对测得得的数数据进进行处处理，，将得得到的的某种种特殊殊图形形（指指纹））与样样板进进行对对照来来判断断设备备状态态.指纹诊断方方法目测法：取取决于操作作人员的经经验参数法：由由指纹提取取特征参数数进行诊断断进行指纹参参数时，确确定合适的的特征参数数很关键局部放电故故障的指纹纹诊断实例例.局部放电故故障的指纹纹诊断实例例：放电时电电压相位，，q：放电量，，n：单位时间间内的放电电次数.(a)φ－n谱图(b)q－n谱图(c)φ－q谱图(d)φ－q－n谱图9、静静夜夜四四无无邻邻，，荒荒居居旧旧业业贫贫。。。。1月月-231月月-23Sunday,January1,202310、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。20:42:3320:42:3320:421/1/20238:42:33PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。1月-2320:42:3320:42Jan-2301-Jan-2312、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。20:42:3320:42:3320:42Sunday,January1,202313、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。1月-231月-2320:42:3320:42:33January1,202314、他乡生白白发，旧国国见青山。。。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、行行动动出出成成果果，，工工作作出出财财富富。。。。2023/1/120:42:3320:42:3301January202317、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。8:42:33下下午8:42下下午午20:42:331月-239、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。1月-231月-23Sunday,January1,202310、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。20:42:3320:42:3320:421/1/20238:42:33PM11、成成功功就就是是日日复复一一日日那那一一点点点点小小小小努努力力的的积积累累。。。。1月-2320:42:3320:42Jan-2301-Jan-2312、世间成事事，不求其其绝对圆满满，留一份份不足，可可得无限完完美。。20:42:3320:42:3320:42Sunday,January1,202313、不知香香积寺，，数里入入云峰。。。1月-231月-2320:42:3320:42:33January1,202314、意意志志坚坚强强的的人人能能把把世世界界放放在在手手中中像像泥泥块块一一样