時(shí)間：2023-06-05 10:15:18
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇故障診斷方法，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
接地網(wǎng)是變電中非常重要的設(shè)備，對(duì)保障電網(wǎng)的正常運(yùn)行，保證人員和變電站設(shè)備的安全有十分重要的意義。然而，接地網(wǎng)深埋地下，有可能發(fā)生腐蝕或斷裂故障，從而引發(fā)電力系統(tǒng)故障并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)接地網(wǎng)故障診斷的研究已經(jīng)取得了很多成果，診斷方法也很多，主要分為以下三類：一類是基于電磁場(chǎng)理論的方法進(jìn)行診斷，一類是基于超聲波方法進(jìn)行診斷，還有一類是采用電網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行診斷測(cè)量。本文基于電網(wǎng)絡(luò)理論，將接地網(wǎng)抽象為一個(gè)純電阻網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，為了減少接地網(wǎng)電感及電容耦合的影響，選擇直流電流源作為輸入電源。利用能量最低原理，建立故障診斷方程，構(gòu)建接地網(wǎng)診斷程序，最后用MATLAB求解，最終得到接地網(wǎng)每條支路電阻值變化量。為驗(yàn)證本文方法，用康銅絲搭建模擬了接地網(wǎng)，設(shè)置了單支路和多支路腐蝕與斷裂故障，通過對(duì)比仿真與模擬結(jié)果，驗(yàn)證了本文接地網(wǎng)故障診斷方法的有效性和實(shí)用性。
1基本原理
1.1接地網(wǎng)模型由于土壤電阻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于接地網(wǎng)電阻率，忽略土壤對(duì)接地網(wǎng)的影響，接地網(wǎng)可視為純電阻網(wǎng)絡(luò)，接地引線就是該網(wǎng)絡(luò)的可及節(jié)點(diǎn)，可以看成一個(gè)多端口網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。假設(shè)接地網(wǎng)有n+1個(gè)節(jié)點(diǎn)，b條支路，m+1個(gè)可及節(jié)點(diǎn)，為消除電容耦合及電感耦合的干擾，測(cè)量中針對(duì)圖1地網(wǎng)中兩節(jié)點(diǎn)施加直流電流激勵(lì)。規(guī)定地網(wǎng)各段電流方向后得到其有向圖，進(jìn)而可以得到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)矩陣A，根據(jù)電網(wǎng)絡(luò)理論可得。其中I為節(jié)點(diǎn)的電流源列向量；Y為支路導(dǎo)納矩陣；U為節(jié)點(diǎn)的電壓列向量；Y為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。由式(1)可推導(dǎo)出單個(gè)支路電阻R的變化對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓值U的影響。依次計(jì)算出R(j=1,2,…,b)變化對(duì)n個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓的影響值，得到全靈敏度矩陣U。上述方法求得網(wǎng)絡(luò)的全靈敏度矩陣為U，U是從U中取出的與m根可測(cè)量引線有關(guān)行向量組成的新靈敏度矩陣。
1.2建立故障診斷方程設(shè)m個(gè)可及節(jié)點(diǎn)電壓在地網(wǎng)支路電阻為標(biāo)稱值時(shí)的理論計(jì)算值為U，地網(wǎng)腐蝕后從m根引線上所測(cè)值為U，節(jié)點(diǎn)電壓增量為ΔU。式（3）即為故障診斷方程，X是b維列向量，x（j=1,2,…,b）代表第j段導(dǎo)體電阻增加的倍數(shù)。因?qū)嶋H地網(wǎng)可測(cè)引線數(shù)m總是小于接地網(wǎng)支路數(shù)b，故障診斷方程是欠定方程，無唯一解，要得到實(shí)際地網(wǎng)的準(zhǔn)確診斷結(jié)果就必須求出唯一解，所以必須引入目標(biāo)函數(shù)和約束條件來求解。這是一非線性函數(shù)，所需約束條件是前面的故障診斷方程和接地網(wǎng)各段導(dǎo)體在發(fā)生不同程度腐蝕后，電阻值只會(huì)增大，即電阻增量的非負(fù)性。得到約束條件為：至此便構(gòu)建出了良好的數(shù)學(xué)模型。利用合適的優(yōu)化算法解數(shù)學(xué)模型就能得到各段導(dǎo)體電阻值的增大倍數(shù)x，從而判斷其是否發(fā)生腐蝕或斷裂。
2接地網(wǎng)仿真故障診斷
根據(jù)上一章介紹診斷方法，先求得ΔU，然后按如下步驟進(jìn)行求解：①選擇接地網(wǎng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)為公共點(diǎn)，生成接地網(wǎng)的關(guān)聯(lián)矩陣A和支路導(dǎo)納矩陣Y；②選擇接地網(wǎng)的另兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，在這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中施加恒定電流源，由電網(wǎng)絡(luò)理論計(jì)算出節(jié)點(diǎn)電壓值U；③生成R與節(jié)點(diǎn)電壓的全靈敏度矩陣U；④假設(shè)某一支路或幾條支路發(fā)生腐蝕或斷裂，其支路電阻變大。選擇測(cè)量節(jié)點(diǎn)，計(jì)算出其相對(duì)于公共點(diǎn)的電壓值U；⑤由ΔU=U-U，建立故障診斷方程；⑥對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到各個(gè)支路電阻的變化值，分析結(jié)果。現(xiàn)對(duì)一3×3小型接地網(wǎng)進(jìn)行仿真。電路拓?fù)鋱D如圖2所示，正常支路電阻為0.05Ω，假設(shè)5號(hào)支路發(fā)生故障，電阻變?yōu)?Ω，圖中“”為可及節(jié)點(diǎn)，仿真結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，最終準(zhǔn)確診斷出5號(hào)支路發(fā)生故障。
3結(jié)論
本文基于電網(wǎng)絡(luò)理論和故障診斷理論，建立了接地網(wǎng)故障診斷方程，并通過MATLAB優(yōu)化算法解診斷方程。通過仿真計(jì)算和接地網(wǎng)模擬試驗(yàn)驗(yàn)證了本文方法的有效性和實(shí)用性。
作者：傅晨釗 司文榮 蘇磊 單位：國網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院
關(guān)鍵詞 電站；故障診斷；方法
中圖分類號(hào)TM6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1674-67 08（2015） 153-0023-01
由于電站控制系統(tǒng)較為復(fù)雜、自動(dòng)化程度和集成度高，造成電站故障時(shí)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員不能及時(shí)修復(fù)，需要依賴公司技術(shù)人員前往解決，導(dǎo)致故障修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響用電設(shè)備正常工作。根據(jù)以往的電站維護(hù)時(shí)間記錄，電站故障修復(fù)時(shí)間平均達(dá)到1. 14天，嚴(yán)重影響用電設(shè)備的正常工作，導(dǎo)致公司售后維護(hù)費(fèi)用及用戶使用費(fèi)用增加。當(dāng)電站故障時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)維修人員進(jìn)行故障修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6天，平均故障修復(fù)時(shí)間為20. 5h，現(xiàn)場(chǎng)維修人員維修能力弱是導(dǎo)致故障維修時(shí)間長(zhǎng)的主要原因，占整個(gè)故障修復(fù)時(shí)間的75%。
需要設(shè)計(jì)一種最優(yōu)化的電站故障診斷方法，將現(xiàn)場(chǎng)維修人員的故障平均修復(fù)時(shí)間從20. 5h降低到5h。
方法有以下三種。
1）研制電站故障自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急系統(tǒng)的方法。
電站控制系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)，在當(dāng)電站控制系統(tǒng)故障時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急控制系統(tǒng)，并將控制系統(tǒng)中的故障器件切除，保證電站連續(xù)正常運(yùn)行，同時(shí)，能對(duì)控制系統(tǒng)中故障器件進(jìn)行故障排除。
2）研制輔助電站故障診斷多媒體教學(xué)的方法。
利用多媒體動(dòng)畫，實(shí)現(xiàn)多媒體教學(xué)輔助現(xiàn)場(chǎng)維修人員進(jìn)行電站故障診斷。多媒體教學(xué)平臺(tái)可采用多媒體知識(shí)編入電站的工作原理、各種故障分析及診斷、部件更換等信息功能，以輔助現(xiàn)場(chǎng)維修人員進(jìn)行電站的故障修復(fù)。
3）研制一種電站在線檢測(cè)及故障診斷的方法。
電站在線檢測(cè)及故障診斷方法：即在上位機(jī)上采用完善的數(shù)據(jù)庫和圖像庫，通過友好的人機(jī)導(dǎo)航界面創(chuàng)建一個(gè)實(shí)用的自動(dòng)化電站在線檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，輔以強(qiáng)大的幫助系統(tǒng)，應(yīng)用高效的推理策略，方便電站維修人員獲取電站知識(shí)，以協(xié)助電站維修人員迅速進(jìn)行電站故障定位并實(shí)施故障修復(fù)。
以上三種方案的分析對(duì)比表見表1。
通過比較，采用第三種方法。
電站在線檢測(cè)及故障診斷方法：即在上位機(jī)上采用完善的數(shù)據(jù)庫和圖像庫，通過友好的人機(jī)導(dǎo)航界面創(chuàng)建一個(gè)實(shí)用的自動(dòng)化電站在線檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，輔以強(qiáng)大的幫助系統(tǒng)，應(yīng)用高效的推理策略，方便電站維修人員獲取電站知識(shí)，以協(xié)助電站維修人員迅速進(jìn)行電站故障定位并實(shí)施故障修復(fù)，如圖1所示。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)代模擬電路；故障診斷；方法探討
模擬電路故障，就是在模擬電路運(yùn)行過程中，因?yàn)殡娐分衅骷硞€(gè)參數(shù)發(fā)生變化致使電路無法正常運(yùn)行。模擬故障主要分為兩類：硬故障和軟故障。硬故障是在電路運(yùn)行中出現(xiàn)的開路或短路等狀態(tài)。軟故障就是指電路的某個(gè)器件的參數(shù)發(fā)生變化致使電路運(yùn)行不正常的故障。
1 模擬電路故障診斷中遇到的困難有哪些
⑴模擬電路出現(xiàn)的故障情況不盡相同，而且其本身參數(shù)（輸入激勵(lì)與輸出響應(yīng)及網(wǎng)絡(luò)中各元件的參數(shù)等）是連續(xù)量，造成故障模型比較繁瑣，難以量化。⑵因?yàn)閰?shù)誤差、非線性、或環(huán)境造成的干擾等多項(xiàng)因素，使得電路工作特性發(fā)生偏移，導(dǎo)致輸入與輸出關(guān)系復(fù)雜，從而使得一些故障診斷方法失去了其準(zhǔn)確性。⑶非線性問題在模擬電路中廣泛的存在，伴隨著電路規(guī)模的線性增大，使得計(jì)算量大大增加；現(xiàn)在在電路中存在著大量的反饋回路，而這也同樣增加了計(jì)算量，也是測(cè)試變得復(fù)雜了許多。⑷現(xiàn)在的電路元器件多是被封裝的，這樣就造成可測(cè)電壓的可及節(jié)點(diǎn)數(shù)會(huì)很少，從而使可用作故障診斷的信息量減少，致使故障定位中的不準(zhǔn)確程度提高，使得判斷錯(cuò)誤，造成嚴(yán)重后果。上述這些困難如果只用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法描述將會(huì)很難達(dá)到診斷效果。因?yàn)槿斯ぶ悄芗夹g(shù)可以很好地模擬人類處理問題的過程，并且具有學(xué)習(xí)能力，還可以積累經(jīng)驗(yàn)，所以這門技術(shù)在現(xiàn)代模擬電路診斷中得到了廣泛的應(yīng)用。下面將介紹以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)的一些診斷方法。
2 現(xiàn)代模擬電路故障診斷的方法
2.1 專家系統(tǒng)故障診斷方法
專家系統(tǒng)，就是指一個(gè)內(nèi)部具有很多專家水平的某個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。專家系統(tǒng)可以依據(jù)某個(gè)領(lǐng)域中人類專家提供的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推理、演算、判斷來模擬人類專家處理問題的過程，從而解決某些需要專家決定的復(fù)雜問題。通過觀察到的數(shù)據(jù)來判斷出現(xiàn)故障的原因就是診斷專家系統(tǒng)的任務(wù)。其基本的工作原理是：先把專家知識(shí)機(jī)器診斷經(jīng)驗(yàn)用規(guī)則表示出來，形成故障診斷專家系統(tǒng)的知識(shí)庫，再根據(jù)報(bào)警信息對(duì)知識(shí)庫進(jìn)行推理，診斷出故障元件。
在模擬電路故障診斷中主要是應(yīng)用基于產(chǎn)生式規(guī)則的專家系統(tǒng)，其得到廣泛應(yīng)用的原因主要是由故障診斷和基于產(chǎn)生式規(guī)則的專家系統(tǒng)的特點(diǎn)所決定的。使用這種診斷方法的特點(diǎn)是：可以將故障與征兆之間的關(guān)系易于用直觀的，模塊化的規(guī)則表示出來，并且這種專家系統(tǒng)允許增加、刪除或修改一些規(guī)則，來確保診斷系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和有效性，還可以在一定程度上解決不確定性的問題和給出符合人類語言習(xí)慣的結(jié)論并具有相應(yīng)的解釋能力等。
盡管專家系統(tǒng)能有效的模擬故障診斷專家并完成故障診斷的過程，不過在實(shí)際應(yīng)用過程中仍存在一些缺陷，主要是知識(shí)獲取的瓶頸問題以及你能有效解決故障診斷中許多不確定因素，這些問題就影響了故障診斷的準(zhǔn)確性。除此之外，專家系統(tǒng)在自適應(yīng)能力、學(xué)習(xí)能力和實(shí)時(shí)性方面也存在著不同程度的局限。其解決方案是將其與具有信息處理特點(diǎn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和適合人類認(rèn)識(shí)特征模糊理論相結(jié)合。
2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）是模擬人腦組織結(jié)構(gòu)和人類認(rèn)知過程的信息處理系統(tǒng)，具有并行分布處理、自適應(yīng)、聯(lián)想記憶等優(yōu)點(diǎn)。ANN技術(shù)解決故障診斷問題的主要步驟為：根據(jù)診斷問題組織學(xué)習(xí)樣本，根據(jù)問題和樣本構(gòu)造神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，選擇合適的學(xué)習(xí)算法和參數(shù)。利用ANN的學(xué)習(xí)、聯(lián)想記憶、分布式并行信息處理功能，可以解決診斷系統(tǒng)中不確定知識(shí)表示、獲取、和并行推理等問題。在上一方法中提到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以彌補(bǔ)專家系統(tǒng)的一部分缺陷，但是ANN技術(shù)仍有不足之處。由于其自身不夠完備，學(xué)習(xí)速度慢、訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)等原因，影響了它的實(shí)用化。為了可以將其更好的應(yīng)用在模擬電路故障診斷中，許多學(xué)者把ANN與遺傳算法、專家系統(tǒng)及故障字典法等相結(jié)合，較好地解決了智能中小規(guī)模模擬電路故障診斷難題。若是想解決大規(guī)模的模擬電路故障診斷問題，還需學(xué)者們進(jìn)行深一步的研究。
2.3 模糊故障診斷方法
模糊故障診斷方法是依據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)在故障征兆空間與故障原因空間建立模糊關(guān)系矩陣，再講個(gè)條模糊推理規(guī)則產(chǎn)生的模糊關(guān)系矩陣進(jìn)行組合，根據(jù)一定的判斷閾值來識(shí)別故障元件。其優(yōu)點(diǎn)是：模糊理論可適應(yīng)不確定性的問題；模糊知識(shí)庫使用語言變量來表述專家的經(jīng)驗(yàn)，更接近人的表達(dá)習(xí)慣；模糊理論能夠得到問題的多個(gè)可能的解決方案，并根據(jù)這些方案模糊度的高低進(jìn)行優(yōu)先程度排序等。由于隸屬度的獲取，復(fù)雜系統(tǒng)模糊模型的建立、辨識(shí)，語言規(guī)則的獲取、遺忘、修改等理論和方法還不夠完善，所以這種方法的應(yīng)用就受到了很大的限制。若是將其與專家系統(tǒng)、ANN等相結(jié)合，則可有效地解決這些困難。除了上述這些診斷方法外，還有小波變換故障診斷方法、多傳感器信息融合故障診斷方法、基于Agent技術(shù)的故障診斷方法等。
人工智能技術(shù)在今后的工程中具有廣泛的應(yīng)用前景，這種技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)使得模擬電路故障診斷的方法得到進(jìn)一步發(fā)展，是診斷方法更加趨于完善，使其適用性更加廣泛，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜大規(guī)模模擬電路的故障診斷提供更有效且更實(shí)用的方法，其將會(huì)成為今后模擬電路故障診斷的主發(fā)展方向。
[參考文獻(xiàn)]
[1]張少剛，齊世平，等.現(xiàn)代模擬電路故障診斷新方法[J].信息與電子工程.2006，4（6）：476-480.
關(guān)鍵詞：鋁電解；故障診斷；方法研究
前言
隨著時(shí)代的發(fā)展，在鋁制品生產(chǎn)工作的過程當(dāng)中，工藝也在發(fā)生翻天覆地的變化，最直觀的表現(xiàn)為鋁電解設(shè)備更加機(jī)械化與復(fù)雜化、電解是保障鋁制品生產(chǎn)水平的重要手段，但是目前由于我國在鋁電解過程中處于初級(jí)研究階段，對(duì)于很多設(shè)備的使用以及維護(hù)還沒有真正形成完善的制度與手段，導(dǎo)致很多鋁電解工業(yè)設(shè)備在工作的過程當(dāng)中極易發(fā)生故障，對(duì)于大型工業(yè)設(shè)備而言，一旦出現(xiàn)故障，不僅對(duì)于企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)會(huì)造成嚴(yán)重的損失，更為嚴(yán)重的是可以會(huì)對(duì)于一線操作人員的人身安全產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。文章將以鋁電解過程當(dāng)中出現(xiàn)的主要故障、在鋁電解過程當(dāng)中三種主要診斷方式、故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三方面進(jìn)行綜合論述。
1鋁電解過程當(dāng)中出現(xiàn)的主要故障
在鋁電解過程當(dāng)中出現(xiàn)的最為主要的故障形式之一既是陽極效應(yīng)，所謂陽極效應(yīng)通俗而言是在鋁電解過程當(dāng)中在陽極部分由于自身氧化鋁濃度降低，碳離子對(duì)于陽極表面的濕潤(rùn)程度會(huì)造成一定程度上的損壞，使一部分陽極底部被電解鋁液分解過程當(dāng)中產(chǎn)生的氣泡所覆蓋，導(dǎo)致陽極出現(xiàn)不導(dǎo)電的現(xiàn)象[1]。一旦陽極不導(dǎo)電，電解鋁槽自身的電阻會(huì)出現(xiàn)迅速增大的趨勢(shì)，從而導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備電壓急速升高，很多時(shí)候，設(shè)備的電壓甚至?xí)?.1v直接升至43v，這時(shí)不僅電解鋁槽的溫度會(huì)急速升高，同時(shí)，電解質(zhì)也會(huì)停止沸騰。該故障對(duì)于電解鋁槽而言具有十分嚴(yán)重危害，一方面表現(xiàn)為隨著電壓的增大，在設(shè)備內(nèi)流通的電流會(huì)迅速減少，因此，想要維持設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要加大電流輸出力度，造成電流能源的浪費(fèi)。另一方面設(shè)備在這種高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)之下，對(duì)于自身機(jī)械的使用壽命會(huì)造成極為嚴(yán)重的影響，使設(shè)備使用年限大幅度剪短，因此陽極效應(yīng)是目前在大型鋁制品電解的過程當(dāng)中存在的主要問題之一。
2在鋁電解過程當(dāng)中三種主要診斷方式
（1）解析模型診斷法。所謂模型解析法既是通過對(duì)于模型的分析，找到設(shè)備中出現(xiàn)的問題。其運(yùn)行原理既是利用自身系統(tǒng)且精確模型與可觀測(cè)到輸入、輸出量構(gòu)造殘差信號(hào),通過對(duì)于系統(tǒng)自身期望值與實(shí)際值之間的偏差,能夠有效分析與診斷設(shè)備出現(xiàn)的故障。使用該方法診斷鋁電解過程當(dāng)中出現(xiàn)的故障需要注意的一點(diǎn)既是在建立診斷模型時(shí)，所解析的模型數(shù)據(jù)要足夠精確,這樣才能夠較為全面的分析出鋁電解過程當(dāng)中出現(xiàn)的問題。模型解析故障診斷法主要主要包括參數(shù)估計(jì)方法、狀態(tài)估計(jì)方法和等價(jià)空間方法三個(gè)部分[2]。（2）信號(hào)處理診斷法。所謂信號(hào)處理診斷法與解析模型診斷法之間有本質(zhì)上的差別，信號(hào)處理診斷法在實(shí)際診斷鋁電解設(shè)備是否出現(xiàn)問題時(shí)，不需要建立與之相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，而是直接測(cè)量鋁電解設(shè)備在工作的過程當(dāng)中釋放出的信號(hào)[3]。直接對(duì)于信號(hào)進(jìn)行分析，提取其中的方差以及頻率等特征，從而直接找出故障發(fā)生源頭位置。目前信號(hào)處理診斷法當(dāng)中，使用的較為頻繁的方式既是直接測(cè)量法。因?yàn)殇X電解設(shè)備在運(yùn)行當(dāng)中，都會(huì)產(chǎn)生直接輸出量。同時(shí)直接測(cè)量方法也可以針對(duì)于信號(hào)輸入的來源進(jìn)行檢查，檢查原理與上述基本相同。這種檢查方式的有點(diǎn)在于該檢查方式檢查效果較為只管，且該檢查方式對(duì)于資源消耗較小，但是自身也具備一定程度上的局限性，對(duì)于儀表盤的準(zhǔn)確性極為依賴，如果測(cè)量?jī)x表自身存在一定的危險(xiǎn)與瑕疵，就會(huì)直接導(dǎo)致測(cè)量工作不準(zhǔn)確，故障檢測(cè)人員出現(xiàn)錯(cuò)誤的判斷。（3）人工智能診斷法。人工智能診斷法是目前最為先進(jìn)的診斷方法之一。該故障診斷方法的優(yōu)勢(shì)在于既不依賴于信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度，也不需要復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型,該診斷方式主要具有下列三個(gè)特點(diǎn)：1）因?yàn)楹芏嘣O(shè)備出現(xiàn)的問題較為復(fù)雜難以通過簡(jiǎn)單的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其中的問題，因此人工智能診斷法能夠有效解決進(jìn)行邏輯推理的復(fù)雜問題;2）人工智能診斷法診斷更為便捷有效,出現(xiàn)意外能夠及時(shí)做出調(diào)整，避免問題擴(kuò)大化;3）人工智能診斷法可以有效將診斷分為基于癥狀的方法和基于定性模型的方法。
3故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)
故障診斷主程序。故障診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要遵循一下步驟：1）在診斷的過程當(dāng)中，定時(shí)在設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,然后再將采集到的數(shù)據(jù)上傳到上位管理機(jī)當(dāng)中,之后在將數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫之中,之后在有針對(duì)性的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,采集數(shù)據(jù)的主要方向包括:數(shù)據(jù)的濾波以及對(duì)于數(shù)值的計(jì)算等方面。2）在采集數(shù)據(jù)之后，對(duì)于設(shè)備故障進(jìn)行初步的診斷,在診斷過程當(dāng)中主要通過模糊故障檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)于故障發(fā)生原因以及位置進(jìn)行粗略的判斷,然后根據(jù)模糊檢測(cè)方式得出的數(shù)據(jù)，運(yùn)算數(shù)據(jù)發(fā)生的概率，一旦設(shè)備故障發(fā)生的數(shù)據(jù)概率大于50%時(shí),即說明設(shè)備自身已經(jīng)存在極為嚴(yán)重的問題，極有可能發(fā)生故障。3）故障的診斷以及預(yù)報(bào)可以采用智能診斷方式，先是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,對(duì)于采集到的經(jīng)數(shù)據(jù)在經(jīng)過專門的處理之后作為各故障診斷子網(wǎng)絡(luò)的輸入信號(hào)源,然后在子網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的輸出值送入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，確定故障類型。4）在出現(xiàn)問題之后，及時(shí)啟動(dòng)報(bào)警程序,并提示系統(tǒng)故障信息。
4結(jié)論
綜上所述，目前我國在鋁制品的電解工業(yè)當(dāng)中處于發(fā)展階段，很多設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行的過程當(dāng)中存在一定問題，導(dǎo)致鋁制品質(zhì)量嚴(yán)重降低,同時(shí)工作中浪費(fèi)很多不必要的電能,對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)而言，能源浪費(fèi)會(huì)造成企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。為了使鋁電解設(shè)備能夠更好的運(yùn)作，完善故障診斷方法極為重要。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)機(jī)械；故障診斷；方法
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.10.026
隨著診斷技術(shù)研究的深入，可以實(shí)現(xiàn)故障診斷的方法越來越多，既有對(duì)前人研究成果的完善，也有一些原創(chuàng)性的研究成果相繼被提出，根據(jù)各類方法在實(shí)現(xiàn)方式上的不同，可以大致將其分為三類，第一種是通過建立合適的模型進(jìn)行故障診斷，這種方法在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，往往由于設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法構(gòu)建精準(zhǔn)的模型，即便可以獲得合適的參數(shù)模型，其耗資也會(huì)相當(dāng)大，所以實(shí)際應(yīng)用可行性不大。第二種方法是結(jié)合人工智能技術(shù)的專家系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中這種方法得到了一定的肯定，但仍然存在知識(shí)獲取不全面、針對(duì)性太強(qiáng)、智能水平低等問題，使得故障診斷結(jié)果可靠性不強(qiáng)。而模式識(shí)別是故障診斷中應(yīng)用最為廣泛的方法，且目前很多學(xué)者都認(rèn)為基于模式識(shí)別的故障診斷有很大的進(jìn)步空間。
1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障特點(diǎn)
旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的故障特點(diǎn)與其他類型的機(jī)械故障存在一定的區(qū)別，且是機(jī)械設(shè)備中最為常用的一類，所以有必要對(duì)其進(jìn)行單獨(dú)的深入研究。旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障是指有轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常的工作狀態(tài)，比如不正常的噪聲、異常大的振動(dòng)、溫度急劇升高，或者其他指標(biāo)不正常。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障發(fā)生具有一定的階段性，并且部分故障的發(fā)生有一個(gè)漸進(jìn)的過程，在進(jìn)行故障診斷時(shí)，必須綜合考慮多項(xiàng)因素，使得進(jìn)行準(zhǔn)確故障診斷的難度較大。
2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障檢測(cè)方法
2.1 模式識(shí)別
經(jīng)過多年的發(fā)展，模式識(shí)別己是故障檢測(cè)的重要理論基礎(chǔ)之一。近十幾年來，模式識(shí)別技術(shù)在機(jī)械設(shè)備故障診斷領(lǐng)域的應(yīng)用己經(jīng)非常普遍，每年都有相關(guān)的改進(jìn)方法被。在機(jī)器人模仿人類思考能力的研究領(lǐng)域上，模式識(shí)別方法一直占據(jù)著十分重要地位，在機(jī)械故障診斷方法中模式識(shí)別也始終是一個(gè)先進(jìn)且富有挑戰(zhàn)的探索方向。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，各國在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方面都取得了很大的進(jìn)步，擺脫了傳統(tǒng)依靠技術(shù)工人經(jīng)驗(yàn)判斷的主觀臆斷和不準(zhǔn)確性，特別是這幾年，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得各種更加完善的算法運(yùn)行更為迅速，進(jìn)而推進(jìn)了旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的發(fā)展。
美國是最先研究機(jī)械故障診斷技術(shù)的國家之一，其診斷技術(shù)在很多方面都屬于世界先進(jìn)水平，目前美國從事故障診斷研究的機(jī)構(gòu)主要有電子能源研究機(jī)構(gòu)、西屋電氣、Bently和CSI等公司。其中西屋電氣是最早應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的，該公司自己開發(fā)的汽輪機(jī)故障診斷軟件可以對(duì)遠(yuǎn)程對(duì)多臺(tái)機(jī)組進(jìn)行診斷。而Bently公司在轉(zhuǎn)子的動(dòng)力系統(tǒng)和故障的診斷機(jī)理方面比較領(lǐng)先。
我國在機(jī)械故障診斷方面的研究起步相對(duì)較晚，技術(shù)也較為落后。剛開始主要以學(xué)習(xí)研究國外相關(guān)理論為主。直到80年代初期才逐漸有了自己研發(fā)的技術(shù)，在這個(gè)階段，大型設(shè)備的出現(xiàn)和各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展也刺激了國人對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)的重視，也推動(dòng)了該技術(shù)的自主研發(fā)。隨著國家和企業(yè)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域的投入逐漸增大，許多學(xué)者開始涉足這個(gè)領(lǐng)域，并對(duì)其進(jìn)行大量的探索和實(shí)驗(yàn)，加上與國際交流合作，我國也開發(fā)出了一些在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的軟件，這也很大程度上減小了與國際上相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的差距，但事實(shí)上，我國研究水平總體還是比較落后，故障診斷技術(shù)的可靠性還需要不斷提升。
2.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論
1940年左右，有關(guān)應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論開始出現(xiàn)，經(jīng)過多年的發(fā)展，它己經(jīng)被引入到許多領(lǐng)域，比如，智能機(jī)器的控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的研發(fā)、算法的優(yōu)化、應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理、模式識(shí)別、連續(xù)續(xù)語音的識(shí)別、數(shù)據(jù)的壓縮、信息處理等領(lǐng)域，在實(shí)踐應(yīng)用中取得了很好的效果，作為一項(xiàng)新的模式識(shí)別技術(shù)和信息處理辦法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用前景十分可觀。
目前，使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷的方法有很多，最常用方法是：多層感知器神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自組織Kohonen神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和徑向基函數(shù)RBF（Radial Bases Function）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，也有學(xué)者將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與各種其他方法相結(jié)合的實(shí)例。在使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障處理時(shí)，首先檢查采集到的故障信息數(shù)據(jù)，剔除多余或者不合理的異常數(shù)據(jù)，再對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，預(yù)處理工作完成后即可將數(shù)據(jù)輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)和故障識(shí)別過程。
2002年，王守覺院士分析傳統(tǒng)模式識(shí)別方法的缺點(diǎn)，認(rèn)為傳統(tǒng)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都是假設(shè)特征空間中包括了所有的模式類別，要實(shí)現(xiàn)模式識(shí)別只需要找到最佳的特征空間劃分方法，但事實(shí)上，任何一個(gè)特征空間中不可能包含所有的模式類別，特征空間中必然存在模式空白區(qū)域，就像人類對(duì)某些事物表現(xiàn)為不認(rèn)識(shí)一樣。認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)后，王守覺院士提出了“仿生模式識(shí)別”這一概念，與傳統(tǒng)的基于特征空間最佳劃分的方法相比，仿生模式識(shí)別最為突出的特點(diǎn)就是，能構(gòu)造封閉的、復(fù)雜的幾何形體對(duì)各類樣本進(jìn)行覆蓋，從而達(dá)到模式識(shí)別的目的。
2.3 仿生模式識(shí)別
自從仿生模式識(shí)別這一概念被提出以來，許多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了深入研究，并將其應(yīng)用到了人臉識(shí)別、車牌識(shí)別、語音識(shí)別、字體識(shí)別等領(lǐng)域。并取得了良的識(shí)別效果，例如：陸飛在其碩士論文中重點(diǎn)對(duì)仿生模式識(shí)別中的幾何模型進(jìn)行了深入分析，并用超香腸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為仿生模式識(shí)別的實(shí)現(xiàn)方法應(yīng)用到了人臉識(shí)別中，取得了良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果；劉煥云等人將仿生模式識(shí)別應(yīng)用到目標(biāo)識(shí)別和跟蹤方面，編寫了自適應(yīng)目標(biāo)算法，與傳統(tǒng)方法相比，跟蹤識(shí)別效果有顯著的提升；王守覺院士自己也對(duì)仿生模式識(shí)別算法進(jìn)行了一系列的優(yōu)化，先后提出了超香腸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別實(shí)現(xiàn)方法，并在文獻(xiàn)中將基于仿生模式識(shí)別的多權(quán)值神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到連續(xù)語音識(shí)別中，與目前認(rèn)可度最高的基于隱馬爾可夫模型（HMM）的識(shí)別方法進(jìn)行比較，表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)。
目前有許多的編程軟件都加入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能，其中MATLAB軟件最為方便實(shí)用，并且易于操作。它除了擁有對(duì)各種圖形和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的強(qiáng)大功能，其開發(fā)公司一一美國的MathWorks公司一一還專門在軟件中開發(fā)加入了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱，全面包含了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中常用的激勵(lì)函數(shù)，例如線性函數(shù)（purline函數(shù)），感知器函數(shù)（（sigmoid函數(shù)）以及徑向基函數(shù)（radbas函數(shù)），除了這些常用傳遞函數(shù)，還可以自定義相關(guān)的函數(shù)。各層網(wǎng)絡(luò)之間的映射也有嚴(yán)格的設(shè)定，映射函數(shù)可自行設(shè)定。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本文采用MATLAB軟件編寫仿生模式識(shí)別的實(shí)現(xiàn)程序，以及機(jī)械故障信號(hào)的特征提取和網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。
參考文獻(xiàn)：
【關(guān)鍵詞】高壓斷路器；在線監(jiān)測(cè)；故障診斷
隨著電力容量的不斷增加，電力系統(tǒng)的安全保障要求也越來越高，為了提高電能輸送的穩(wěn)定性和安全性，需要將高壓斷路器應(yīng)用到電氣設(shè)備與電力之間的鏈路上。目前，由于高壓斷路器的技術(shù)還不夠成熟，由于高壓斷路器故障帶來的設(shè)備故障在電力系統(tǒng)安全故障中占大部分，因此需要對(duì)高壓斷路器進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，做好設(shè)備的預(yù)知性維修工作，減少設(shè)備故障所帶來的大面積停電等事故。
1高壓斷路器概述
高壓斷路器指的是額定電壓3kv以上的斷路器，其具有良好的滅弧結(jié)構(gòu)和斷流能力，能夠根據(jù)需要控制電路的通斷以及根據(jù)電氣設(shè)備的負(fù)載電流情況使電氣設(shè)備投入或退出運(yùn)行，此外，高壓斷路器還能夠同繼電保護(hù)裝置一同工作，切斷電網(wǎng)系統(tǒng)中的故障部分，防止電力事故進(jìn)一步擴(kuò)散。高壓斷路器可以根據(jù)滅弧介質(zhì)和方法分為油斷路器、sf6斷路器、10kv真空斷路器、壓縮空氣斷路器、磁吹斷路器。其中油斷路器在我國電力系統(tǒng)中的應(yīng)用最為廣泛，sf6斷路器主要應(yīng)用在超高壓電力系統(tǒng)中，10kv真空斷路器的額定電壓為12kv，具有重量輕、體積小、安全的優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用在操作頻繁的場(chǎng)所，壓縮空氣斷路器具有滅弧能力強(qiáng)、速度快的優(yōu)點(diǎn)。目前，為了減少高壓斷路器的故障，滅弧的方式多為無油或少油，未來隨著科技的發(fā)展，10kv真空斷路器將得到進(jìn)一步完善，在高電壓電力系統(tǒng)運(yùn)營中發(fā)揮更大的作用。
2高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)及故障診斷方法分析
2.1高壓斷路器故障診斷方法
高壓斷路器故障的診斷方法主要有三種：2.1.1基于解析模型的方法該方法實(shí)施的前提是要構(gòu)建適合該系統(tǒng)的殘差模型，借助模型獲得殘差，并根據(jù)準(zhǔn)則對(duì)這些殘差進(jìn)行分析，從而對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行識(shí)別和確認(rèn)。但是由于診斷對(duì)象多為大型的電力系統(tǒng)，而模型的建立往往存在一定的誤差，因此該方法并不適用于非線性系統(tǒng)。2.1.2基于知識(shí)的方法該方法不需要精確的模型，是一種基于建模處理和信號(hào)處理的高級(jí)診斷形式，根據(jù)方法細(xì)節(jié)的區(qū)別，可以將該方法分為基于癥狀的診斷方法和基于定性模型的診斷方法，克服了傳統(tǒng)方法在大型電力系統(tǒng)故障診斷中的弊端，但是依然存在部分缺陷。2.1.3基于信號(hào)處理的方法該方法利用數(shù)值計(jì)算，將傳感器采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，根據(jù)處理結(jié)果分析故障類型，是目前較為常用的故障診斷方法。
2.2在線監(jiān)測(cè)與故障診斷的過程
在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)分為信號(hào)變送、數(shù)據(jù)采集、處理和診斷三個(gè)子系統(tǒng)。首先，信號(hào)變送系統(tǒng)中包含電氣設(shè)備和傳感器，傳感器的主要作用是采集物理信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為后續(xù)系統(tǒng)可以識(shí)別的電信號(hào)；其次，數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理系統(tǒng)包括信號(hào)預(yù)處理模塊和數(shù)據(jù)采集模塊，能夠?qū)鞲衅鬏斔偷碾娦盘?hào)進(jìn)行放大、濾波、隔離等處理，以利于信號(hào)采集模塊對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行測(cè)量；最后，經(jīng)過測(cè)量的數(shù)據(jù)信息通過數(shù)據(jù)傳送模塊傳遞到主控制室進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理與判斷，做平滑處理提高信噪比，并根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)判斷設(shè)備故障發(fā)生的位置。
2.3高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)
2.3.1分合閘線圈電流通過對(duì)圖1的分析，我們可以認(rèn)識(shí)到，該結(jié)構(gòu)的主要工作原理如下：當(dāng)電路接通后，電磁鐵內(nèi)產(chǎn)生磁通，鐵芯在磁力作用下發(fā)生位置變化，接通操作回路，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓斷路器的間接操作。分合閘線圈的特殊結(jié)構(gòu)決定了電流波形隱藏著豐富的信息，通過對(duì)波形的監(jiān)測(cè)和分析能夠判斷分合閘電路的狀態(tài)，從而對(duì)整個(gè)高壓斷路器的性能進(jìn)行預(yù)判。例如，根據(jù)鐵芯的行程以及鐵芯是否卡澀能夠判斷高壓斷路器的操作機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而判斷故障發(fā)生的原因。2.3.2儲(chǔ)能電機(jī)電流信號(hào)高壓斷路器中彈簧操作機(jī)構(gòu)最核心的部件是儲(chǔ)能彈簧，對(duì)高壓斷路器故障的診斷需要獲取儲(chǔ)能彈簧內(nèi)部的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，但是很顯然直接進(jìn)行測(cè)量力的大小是不切實(shí)際的，因此需要通過分析儲(chǔ)能電機(jī)的電流波形來檢測(cè)推算儲(chǔ)能彈簧的狀態(tài)是否正常。2.3.3溫度信號(hào)在電力系統(tǒng)中，溫度信號(hào)對(duì)故障的判斷和檢測(cè)而言更具直觀性。電流經(jīng)過導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生熱量導(dǎo)致局部溫度升高，溫度升高的后果是電路連接處氧化加劇，使得接觸電阻進(jìn)一步加大，溫度持續(xù)升高，可能帶來絕緣件損壞或擊穿的事故，因此需要對(duì)高壓斷路器內(nèi)部的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)采取措施降低溫度，保證斷路器穩(wěn)定工作。
2.4高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
一套完整的在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)需要包含傳感器、信號(hào)調(diào)理及采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理四個(gè)單元，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中，需要根據(jù)電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇合適的組件。首先，傳感器包括溫度傳感器和電流傳感器，溫度傳感器主要選用鉑電阻，能夠在中低溫區(qū)使用，在電流傳感器的選擇方面，需要測(cè)量開斷電流時(shí)選擇基于霍爾效應(yīng)原理的開環(huán)測(cè)量模塊，需要測(cè)量分合閘線圈電流時(shí)選擇基于霍爾閉環(huán)原理的測(cè)量模塊。數(shù)據(jù)傳輸單元采用GPRS無線傳輸模塊向上機(jī)位傳送數(shù)據(jù)，傳輸結(jié)構(gòu)可以采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，當(dāng)系統(tǒng)中包含多臺(tái)高壓斷路器時(shí)，也可以采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。信號(hào)調(diào)理及采集單元中主要采用PLC遠(yuǎn)程采集方法，PLC具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的精度，能夠在高壓斷路器附近工作，此外，還可以采用NIM系列基于PCI總線的采集卡，相比于PLC采集，能夠大大提高數(shù)據(jù)的采集、傳輸效率。數(shù)據(jù)處理單元主要完成對(duì)采集得到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，從中提取有用的信息作出高壓斷路器故障的診斷，同時(shí)，數(shù)據(jù)處理單元中往往還包含故障數(shù)據(jù)庫，為今后數(shù)據(jù)的識(shí)別和專家系統(tǒng)的建立提供幫助。
3結(jié)束語
高壓斷路器故障往往會(huì)導(dǎo)致泄漏故障、部件損壞、大面積停電等事故，因此建立實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)對(duì)于提高供電的可靠性具有十分重要的意義。目前常用的系統(tǒng)主要通過對(duì)電氣參數(shù)的采集和處理來判斷高壓斷路器的工作狀態(tài)，盡管已經(jīng)能夠投入到實(shí)際應(yīng)用中，但是依然存在些許不足需要做進(jìn)一步的完善。
參考文獻(xiàn)
[1]卞皓瑋.高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)研究[D].揚(yáng)州:揚(yáng)州大學(xué),2012.
【關(guān)鍵詞】 柱塞泵 故障診斷 局域波時(shí)頻處理 液力端
常見的柱塞式往復(fù)泵為高壓往復(fù)泵，主要用于石油化工、水壓機(jī)、高壓清水機(jī)、水力切割機(jī)、礦山機(jī)械、輕工食品、油田注水、輸油等一切需要輸送高壓液體的工業(yè)部門。其工作狀態(tài)的健康與否直接影響著個(gè)生產(chǎn)鏈的效率和壽命，因而針對(duì)性的故障診斷研究一直是熱點(diǎn)和難點(diǎn)[1]。
從結(jié)構(gòu)上柱塞泵主要由液力端和動(dòng)力端兩部分組成.動(dòng)力端的曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)液力端的活塞運(yùn)動(dòng)，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)改變缸套中的壓力，從而使吸入閥和排出閥產(chǎn)生開關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)從吸入閥吸入介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的基本功能。
本文利用局域波時(shí)頻處理方法放大了故障時(shí)域信號(hào)，并進(jìn)一步進(jìn)行頻域分析，確定3S系列液力端不同故障狀態(tài)的時(shí)頻分布特征，從而實(shí)現(xiàn)故障診斷的目的。
1 局域波法
局域波法是基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸猓‥MD）發(fā)展而來的一種對(duì)非線性、非平穩(wěn)信號(hào)進(jìn)行分析的新方法。它源于瞬時(shí)頻率的概念，能把動(dòng)態(tài)信號(hào)的局部特征正確地在時(shí)頻域內(nèi)予以描述。瞬時(shí)頻率在研究瞬態(tài)和非平穩(wěn)現(xiàn)象時(shí)非常重要，能夠反映非平穩(wěn)信號(hào)的時(shí)變性，對(duì)非平穩(wěn)信號(hào)的研究有著廣泛的前景。局域波法把信號(hào)分解成滿足條件的局域波分量，對(duì)這些分量進(jìn)行Hilbert變換就可以得到信號(hào)的瞬時(shí)頻率和時(shí)頻特征，這也就是局域波時(shí)頻分析方法[2]。
通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行EMD分解，把原始數(shù)據(jù)分解成n個(gè)局域波分量，及一個(gè)剩余分量nr，該剩余分量或者是一個(gè)平均趨勢(shì)或者是一個(gè)常數(shù)。
式中ic表示第i個(gè)局域波分量；nr表示表示分解剩余分量。對(duì)每一個(gè)分量進(jìn)行希爾伯特變換，可以把數(shù)據(jù)表示成下面的形式：
2 振動(dòng)數(shù)據(jù)的采集與分析
3S150系列柱塞泵的測(cè)點(diǎn)布置和振動(dòng)數(shù)據(jù)采集如圖1所示。測(cè)點(diǎn) 1、2、3為曲軸軸承監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)； 測(cè)點(diǎn)4、5、6為液力端振動(dòng)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)。
分析圖2振動(dòng)時(shí)域信號(hào)和圖3振動(dòng)時(shí)頻信號(hào)，可發(fā)現(xiàn)：振動(dòng)信號(hào)幅值偏大（RMS值達(dá)到了3.75G），且沖擊特性異常明顯，且呈現(xiàn)極不穩(wěn)定趨勢(shì)，但工作狀態(tài)具體受到了那類故障的影響尚不得而知，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。
3 軸承振動(dòng)信號(hào)時(shí)頻分析與故障診斷
柱塞泵液力端故障主要發(fā)生在閥組組件上，由于其振動(dòng)信號(hào)干擾眾多，造成譜線混雜，具有強(qiáng)烈的非平穩(wěn)和非線性特征，因此故障特征不易提取。為了解決這一問題，采用局域波時(shí)頻處理方法進(jìn)行深層次處理。
3.1 故障特征參考
對(duì)該類型泵進(jìn)行多工況統(tǒng)計(jì)分析，獲得其液力端故障特征如表1所示，并以此作為故障診斷的依據(jù)。
圖4 軸承振動(dòng)信號(hào)局域波時(shí)頻分布圖
從圖4可以看出，曲軸監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)能量明顯集中于400-600Hz附近，局域波處理后的時(shí)頻譜圖也證實(shí)了這一特征，由此可推斷故障原因?yàn)殚y組出現(xiàn)了螺母松動(dòng)或泄漏。
4 結(jié)論
（1）應(yīng)用局域波時(shí)頻方法處理往復(fù)柱塞泵振動(dòng)信號(hào)，能有效地對(duì)往復(fù)柱塞泵液力端進(jìn)行精密的故障診斷。
（2）在對(duì)往復(fù)泵進(jìn)行故障診斷時(shí)，必須進(jìn)行典型故障特征統(tǒng)計(jì)或機(jī)理分析，獲取其振動(dòng)特征，并將其作為一個(gè)診斷的參考面并尋求其共性，才能進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。
5.參考文獻(xiàn)
[1] 溫傳舟.工業(yè)常用設(shè)備故障判斷與排除[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008
[關(guān)鍵詞]機(jī)械設(shè)備 故障診斷 診斷方法 處理方法
中圖分類號(hào)：TM734 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）01-0019-02
引言
機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)與使用，是促進(jìn)我國工業(yè)生產(chǎn)水平不斷提升的基A，比如鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)、工程建設(shè)企業(yè)，都需要使用大量的機(jī)械設(shè)備，這些機(jī)械設(shè)備的造價(jià)較高，使用過程中可以對(duì)各種問題進(jìn)行及時(shí)處理，使得工業(yè)生產(chǎn)、工程建設(shè)效率得到提升，從而提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平。以鋼鐵生產(chǎn)為例，在鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中，機(jī)械設(shè)備的使用率逐年上升，鋼鐵企業(yè)采購了很多大型機(jī)械生產(chǎn)設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)規(guī)模化、批量化生產(chǎn)，同時(shí)很多鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備也逐漸實(shí)現(xiàn)智能化，生產(chǎn)技術(shù)人員通過對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，就可以完成自動(dòng)控制與管理，減少技術(shù)人員的工作強(qiáng)度。機(jī)械設(shè)備是企業(yè)生產(chǎn)過程中的重要工具，加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的管理，無疑是提高企業(yè)生產(chǎn)水平的重要途徑，有利于企業(yè)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化發(fā)展，為企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前很多工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)的作業(yè)過程是一個(gè)封閉式、系統(tǒng)化、模式化、流水化的作業(yè)過程，整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行包括很多道工序，各道工序之間應(yīng)該要實(shí)現(xiàn)良好的銜接，如果其中的一道工序出現(xiàn)問題，某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)順序被擾亂，生產(chǎn)效率受到影響，帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。還是以鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)為例，鋼鐵生產(chǎn)過程包括煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋四個(gè)主要工序，每一道工序都需要不同的機(jī)械設(shè)備，生產(chǎn)過程中的設(shè)備種類繁多，因此必須要加強(qiáng)對(duì)各種設(shè)備的使用情況的檢測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)故障問題，要及時(shí)進(jìn)行處理，確保設(shè)備正常，提高設(shè)備的使用效率。
一、機(jī)械設(shè)備的診斷技術(shù)發(fā)展情況
機(jī)械設(shè)備是對(duì)各種工作進(jìn)行完成的重要工具，機(jī)械設(shè)備的診斷技術(shù)是掌握設(shè)備運(yùn)行過程中的異常狀態(tài)與故障之間的關(guān)系，從而預(yù)測(cè)未來的技術(shù)，當(dāng)前關(guān)于機(jī)械設(shè)備的診斷技術(shù)的研究越來越多，主要是對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)機(jī)械在正常運(yùn)行的時(shí)候具有一個(gè)狀態(tài)，設(shè)備產(chǎn)生故障的時(shí)候再進(jìn)行運(yùn)行，又會(huì)產(chǎn)生另一種狀態(tài)，針對(duì)這兩種狀態(tài)要進(jìn)行分析和對(duì)比，從而找出機(jī)械設(shè)備的故障所在。機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)是利用對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行處理，結(jié)合診斷對(duì)象的歷史狀態(tài)，來識(shí)別機(jī)械設(shè)備及其零部件的實(shí)時(shí)技術(shù)狀態(tài)的技術(shù)形式，根據(jù)所得到的結(jié)果，還能對(duì)未來機(jī)械設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。總體來講，機(jī)械設(shè)備的診斷技術(shù)的發(fā)展經(jīng)過了四個(gè)階段的發(fā)展：
第一，在十九世紀(jì)，機(jī)械已經(jīng)出現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)達(dá)國家的工業(yè)革命使得機(jī)械化生產(chǎn)開始普及，當(dāng)時(shí)機(jī)械設(shè)備診斷技術(shù)不高，當(dāng)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)問題的時(shí)候不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，等到故障十分明顯的時(shí)候才能被察覺，一般是采取事后維修的方式對(duì)故障進(jìn)行處理。
第二，從上世紀(jì)二十年大到五十年代，機(jī)械設(shè)備的復(fù)雜程度有了很大的提高，因此機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性增大，對(duì)此，很多企業(yè)在機(jī)械設(shè)備使用過程中設(shè)置了定期維修的模式，在這個(gè)時(shí)期內(nèi)，機(jī)械故障診斷技術(shù)已經(jīng)開始萌芽。
第三，上世紀(jì)六十年代到七十年代時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、通信技術(shù)等先進(jìn)的技術(shù)得到快速發(fā)展，這些技術(shù)在機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用，使得機(jī)械設(shè)備的維修變得更加方便、及時(shí)，很多維修人員可以按照科學(xué)的方式對(duì)機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行掌握，并且及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行維修。
第四，上世紀(jì)八十年代開始，人工智能技術(shù)以及專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究和應(yīng)用，使得機(jī)械設(shè)備的維修又進(jìn)入都一個(gè)全新的時(shí)代，在機(jī)械設(shè)備的使用過程中，診斷技術(shù)的智能化水平不斷提高，使得機(jī)械設(shè)備的診斷變得更加智能化、自動(dòng)化，而且提高了設(shè)備故障的診斷效率和維修效率。
二、機(jī)械設(shè)備的故障診斷方式和故障分類
（一）機(jī)械設(shè)備的故障診斷方式
機(jī)械設(shè)備故障診斷包括兩種方式，第一，簡(jiǎn)易診斷技術(shù)，主要依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)來判斷，技術(shù)人員要對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中的狀態(tài)進(jìn)行快速地概況和評(píng)價(jià)，同時(shí)，技術(shù)人員要對(duì)設(shè)備有詳細(xì)的了解，對(duì)其歷史維修情況等進(jìn)行掌握，從而當(dāng)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)異常情況的時(shí)候能夠第一時(shí)間確定設(shè)備的基本故障類型。簡(jiǎn)易診斷技術(shù)主要是通過人的視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺，或者借助一些簡(jiǎn)單的工具和儀器，按照預(yù)先設(shè)計(jì)的方式對(duì)設(shè)備上的一些固定點(diǎn)位進(jìn)行檢測(cè)，使得設(shè)備上的一些缺陷或者安全隱患能夠被及早發(fā)現(xiàn)，并且得到及時(shí)處理。第二，精密診斷技術(shù)。精密診斷技術(shù)指的是由專業(yè)技術(shù)人員借助專業(yè)精密的儀器對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行診斷的技術(shù)，這是在簡(jiǎn)易診斷基礎(chǔ)上實(shí)施的更加細(xì)致的診斷和分析，從而能夠?qū)收系念愋瓦M(jìn)行明確，確定故障的位置、原因、程度以及發(fā)展趨勢(shì)。采用精密儀器進(jìn)行診斷，必須要使用相應(yīng)的儀器設(shè)備，對(duì)故障檢測(cè)準(zhǔn)確率的提升有一定幫助，但同時(shí)也存在由于儀器設(shè)備誤差問題帶來的檢測(cè)誤差。（見圖1）
（二）機(jī)械設(shè)備的故障分類
無論是哪一種機(jī)械，其故障的分類都可以歸結(jié)為以下兩類：
第一，劣化故障。當(dāng)機(jī)械設(shè)備使用一段時(shí)間之后，設(shè)備中的很多元器件都可能會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，一些零件會(huì)發(fā)生磨損、疲勞、腐蝕等現(xiàn)象，尤其是一些金屬材料組織，其改變過程是不可逆的，當(dāng)這些元器件出現(xiàn)問題的時(shí)候，就會(huì)使得機(jī)械設(shè)備的功能受到影響和阻礙，最終引起更加嚴(yán)重的故障。
第二，人為故障。機(jī)械設(shè)備的操作應(yīng)該要配備專業(yè)的技術(shù)人員，在設(shè)備操作運(yùn)行過程中，一方面由于技術(shù)人員的專業(yè)素養(yǎng)不高，加上責(zé)任心缺乏，工作態(tài)度不端正，因此導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備管理工作不到位，出現(xiàn)的很多問題不能及時(shí)進(jìn)行處理，導(dǎo)致問題不斷擴(kuò)大，最后產(chǎn)生大范圍地故障。比如技術(shù)人員在使用機(jī)械的時(shí)候超載、超速以及違反其他的規(guī)定，造成嚴(yán)重的故障。
另外，按照不同的分類方式也可以將故障分成不同的種類，比如按照故障的持續(xù)時(shí)間，可以分為臨時(shí)故障、持久性故障，臨時(shí)故障為持續(xù)時(shí)間較短的故障，持久性故障為持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，直至機(jī)械設(shè)備不能工作為止。按照故障形成的速度，可以將其分為突發(fā)性故障、漸發(fā)性故障，突發(fā)性故障指的是突然發(fā)生的故障，而漸發(fā)性故障則指的是在機(jī)械設(shè)備工作過程中漸漸產(chǎn)生的故障。按照故障的性質(zhì)分類，可以分為功能故障、參數(shù)故障等，前者指的是由于機(jī)械設(shè)備的功能受損的故障，而后者指的是機(jī)械設(shè)備的參數(shù)異常故障，參數(shù)異常也會(huì)造成機(jī)械設(shè)備的功能受到影響。無論是何種分類方式，都應(yīng)該要以故障的處理為先導(dǎo)，及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行確定，并且采取相應(yīng)的技術(shù)措施對(duì)故障進(jìn)行解決，確保設(shè)備能夠盡快恢復(fù)到正常工作的狀態(tài)，提高設(shè)備的工作效率。
三、鋼鐵機(jī)械設(shè)備的診斷與處理方法
本文以鋼鐵生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備為例，對(duì)機(jī)械設(shè)備的診斷和處理方法進(jìn)行分析，旨在加深對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障的及時(shí)處理。（見圖2）
（一）鋼鐵冶煉機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)分析
在鋼鐵冶煉過程中，由于生產(chǎn)規(guī)模較大、生產(chǎn)強(qiáng)度高，因此一般都會(huì)采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，在鋼鐵冶煉過程中使用的設(shè)備種類很多，大多是傳動(dòng)設(shè)備、液壓設(shè)備，比如各種原材料和鋼鐵成品的輸送裝置、鋼鐵檢測(cè)裝置、液壓設(shè)備、傳動(dòng)設(shè)備等。在每一個(gè)環(huán)節(jié)，使用的設(shè)備類別不相同，設(shè)備性能的好壞也會(huì)直接影響鋼鐵冶煉過程的效率和質(zhì)量。在鋼鐵冶煉過程中，應(yīng)該要定期對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，確保每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備都處于正常工作的狀態(tài)。鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)境比較惡劣，涉及的設(shè)備也比較多，在診斷過程中應(yīng)該要建立其完善的設(shè)備診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)特點(diǎn)對(duì)設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行了解，同時(shí)要收集機(jī)械設(shè)備工作過程中的溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等各種詳細(xì)參數(shù)數(shù)據(jù)，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確分析，從而得到機(jī)械設(shè)備的工作運(yùn)行情況以及可能發(fā)生的故障與損壞，并且及時(shí)作出反應(yīng)和處理。具體來講，鋼鐵生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的故障診斷系統(tǒng)的中心是算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包括三個(gè)獨(dú)立的模塊，分別是信息采集模塊、數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊。主要過程有以下幾個(gè)步驟：
第一，通過傳感器將機(jī)械設(shè)備的工作情況信號(hào)反饋到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其中包括設(shè)備的機(jī)械振動(dòng)情況、工作溫度情況、設(shè)備壓力情況等。
第二，提取特征信號(hào)。不同的傳感器采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)不相同，傳感器應(yīng)該要講信號(hào)信息傳遞到主機(jī)系統(tǒng)中，比如速度傳感器主要采集的是機(jī)械工作的速度信號(hào)，溫度傳感器采集的主要是機(jī)械工作時(shí)的溫度信號(hào)，對(duì)于不同的信號(hào)，要傳到不同的系統(tǒng)分區(qū)中。
第三，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。對(duì)于傳感器收集到的各種信號(hào)，應(yīng)該要及時(shí)進(jìn)行提取和處理，故障診斷系統(tǒng)要及時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，比如當(dāng)診斷系統(tǒng)接收到溫度信號(hào)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)溫度過高，則說明機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。過熱現(xiàn)象一般都發(fā)生在設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、制動(dòng)器、軸承等部位。如果機(jī)械設(shè)備是正常的，則無論工作時(shí)間多長(zhǎng)，這些部位的溫度都應(yīng)該是正常的，不會(huì)過高，當(dāng)傳感器傳來的溫度信號(hào)過高時(shí)則說明這些部位可能出現(xiàn)故障，當(dāng)發(fā)現(xiàn)過熱現(xiàn)象時(shí)要進(jìn)一步對(duì)過熱的位置進(jìn)行確定，可以停止機(jī)械工作，對(duì)這些可能出現(xiàn)過熱現(xiàn)象的部位進(jìn)行逐一檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)是變速器或軸承出現(xiàn)過熱現(xiàn)象時(shí)，可以觀察是否由于缺少油所致。對(duì)于傳感器反饋回來的任何一個(gè)信號(hào)都不能忽視，要及時(shí)進(jìn)行分析和處理。
第四，將提取到的信號(hào)進(jìn)行故障處理。通過前面步驟的故障分析，可以對(duì)設(shè)備當(dāng)前的工作情況、工作狀態(tài)進(jìn)行分析，并且及時(shí)做出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行及時(shí)處理。
（二）鋼鐵冶煉設(shè)備常見故障的處理措施
對(duì)于鋼鐵生產(chǎn)過程中的設(shè)備，其故障大多是通過設(shè)備的振動(dòng)異常情況來判斷的，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)振動(dòng)異常情況時(shí)，則說明是設(shè)備的機(jī)械部分出現(xiàn)故障，對(duì)于鋼設(shè)備而言，常見的故障及其處理方式為以下幾個(gè)方面：
第一，轉(zhuǎn)子不平衡的故障處理分析。當(dāng)機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，轉(zhuǎn)子上的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生離心力，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)過程不平衡，則每個(gè)質(zhì)點(diǎn)的離心力是不能相互抵消的，因此導(dǎo)致離心力不平衡。通常情況下轉(zhuǎn)子的不平衡是通過頻譜圖來顯示的，對(duì)于新設(shè)備而言，應(yīng)該要綜合考慮各種因素，比如出現(xiàn)異常振動(dòng)的是剛性轉(zhuǎn)子，則應(yīng)該要對(duì)轉(zhuǎn)子的最大轉(zhuǎn)速進(jìn)行確定，并且對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速進(jìn)行對(duì)比，得出具體的診斷結(jié)論。并且要區(qū)分出具體的相位，當(dāng)轉(zhuǎn)子的相位與頻率保持一致，則可以判定是基礎(chǔ)共振，如果機(jī)械設(shè)備上的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的離心振幅有差速，則可能由于轉(zhuǎn)子不平衡造成的，對(duì)此可以加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速控制，使得轉(zhuǎn)子保持相對(duì)平衡。
第二，齒輪的故障處理分析。對(duì)于齒輪的故障，一般都采用頻域診斷或者時(shí)域診斷，這兩種方式都可以對(duì)齒輪的工作狀態(tài)進(jìn)行診斷，齒輪的工作狀態(tài)決定了齒輪面之間的轉(zhuǎn)動(dòng)力會(huì)隨著齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)情況而不斷發(fā)生變化，而且齒輪的剛度是不斷發(fā)生變化的。不管設(shè)備上的齒輪是不是處于正常的工作狀態(tài)，其振動(dòng)都是不能避免的，在圖譜上會(huì)出現(xiàn)邊頻帶。頻譜圖
和波形圖都能夠反映出設(shè)備的振動(dòng)情況，因此可以根據(jù)圖譜的異常情況對(duì)齒輪的故障進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，如果圖譜的波動(dòng)情況過大，則說明齒輪可能出現(xiàn)缺齒現(xiàn)象，要及時(shí)對(duì)齒輪進(jìn)行拆卸檢查，如果確實(shí)是出現(xiàn)缺齒現(xiàn)象，要更換齒輪，防止出現(xiàn)其他故障和安全事故。
第三，滾動(dòng)軸承的故障處理分析。在機(jī)械設(shè)備的正常工作過程中，軸承產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)其本身并不會(huì)造成損害，在設(shè)備的不同部位發(fā)生的震動(dòng)，其聲音是不相同的，因此可以借助聲音來判斷損傷的部位。對(duì)軸承故障情況進(jìn)行檢測(cè)和處理，一般有兩種方式，首先要對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行接收，根據(jù)軸承出現(xiàn)腐蝕或者損壞的情況，其產(chǎn)生的脈沖信號(hào)不同的原理，對(duì)具體的脈沖信號(hào)進(jìn)行分析。在軸承表面上產(chǎn)生的損壞或者裂痕會(huì)使得脈沖信號(hào)產(chǎn)生不同的頻率，一般通過聽覺就可以進(jìn)行初步判斷。另一種是通過諧振信號(hào)來判斷軸承的故障。這種方法一般是根據(jù)元器件本身固有的頻率進(jìn)行判斷的，任何一種元件自身都會(huì)存在一個(gè)固定的振動(dòng)頻率，在運(yùn)行過程中，軸承如果出現(xiàn)故障，則其振動(dòng)頻率會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致其運(yùn)行過程中出現(xiàn)振動(dòng)沖擊，并且引起其他零件的振動(dòng)，在傳感器上反映出來的就是信號(hào)的異常。針對(duì)異常的信號(hào)，可以確定軸承出現(xiàn)了故障，對(duì)此要積極加強(qiáng)對(duì)軸承的維修，如果維修之后還是有異常情況，則要考慮更換一個(gè)新的軸承。
第四，裂紋故障。裂紋故障屬于物理故障，在機(jī)械設(shè)備的使用過程中常常會(huì)有零件損壞，出現(xiàn)裂紋，而且裂紋會(huì)不斷擴(kuò)大，在設(shè)備的老化過程中，各種元件的磨損、斷裂、腐蝕等形態(tài)都會(huì)產(chǎn)生裂紋，對(duì)于這種故障的檢驗(yàn)，一般是通過維修人員觀察完成的，當(dāng)裂紋不明顯的時(shí)候一般不會(huì)對(duì)機(jī)械性能產(chǎn)生影響，但是如果不及時(shí)對(duì)裂紋問題進(jìn)行控制，則裂紋會(huì)不斷擴(kuò)大，最終會(huì)導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備的性能受到影響，對(duì)此，應(yīng)該要積極加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)備的觀察，為了防止嚴(yán)重的裂紋產(chǎn)生較大的安全隱患，技術(shù)人員應(yīng)該要定期對(duì)設(shè)備的元件進(jìn)行觀察，而且觀察過程中要細(xì)致，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備元件中出現(xiàn)裂紋，則應(yīng)該要及時(shí)對(duì)裂紋進(jìn)行修復(fù)，如果不能修復(fù)，則要及時(shí)更換元件，防止出現(xiàn)更加嚴(yán)重的安全隱患。
結(jié)語
綜上所述，在工業(yè)生產(chǎn)過程中，機(jī)械設(shè)備是必要的工具，機(jī)械設(shè)備使用過程中往往會(huì)出現(xiàn)設(shè)備老化、人為故障等多種問題，當(dāng)出現(xiàn)故障問題的時(shí)候應(yīng)該要及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行診斷，對(duì)故障的類型進(jìn)行確定，并且找到故障的具置，對(duì)故障進(jìn)行排除和解決，提高機(jī)械設(shè)備的工作性能。此外，在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中，應(yīng)該要定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，要設(shè)定完善的檢測(cè)機(jī)制，對(duì)機(jī)械設(shè)備的檢查結(jié)果進(jìn)行記錄，形成檔案，便于后續(xù)觀察。定期檢查可以確保設(shè)備能夠處于正常的工作狀態(tài)，減少設(shè)備使用過程中的安全隱患。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備；維修；診斷
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.13.264
0 前言
涼山礦業(yè)公司是西南最大露天開采銅礦山，使用的內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備種類、型號(hào)繁多，有礦用汽車、推土機(jī)、裝載機(jī)、液壓挖掘機(jī)等，其露天作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)凹陷嚴(yán)重、運(yùn)距遠(yuǎn)、坡道長(zhǎng)、氣溫高，作業(yè)環(huán)境十分惡劣。礦山內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)期使用后，技術(shù)狀況將逐漸變壞，出現(xiàn)動(dòng)力性下降、可靠性降低和故障率增加等現(xiàn)象，各類設(shè)備故障的發(fā)生使設(shè)備操作人員、修理人員與設(shè)備技術(shù)管理人員應(yīng)接不暇。
在生產(chǎn)工作中由于操作人員與維修人員文化素質(zhì)不太高，許多人沒有經(jīng)過系統(tǒng)、專業(yè)的技術(shù)培訓(xùn)，使操作人員與維修人員只會(huì)正常操作設(shè)備以及被動(dòng)的檢修設(shè)備，對(duì)設(shè)備的構(gòu)造、原理掌握不多，大多數(shù)維修人員都僅注重維修，對(duì)設(shè)備故障往往是依據(jù)操作人員的報(bào)修和自己的修理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修理，對(duì)設(shè)備出現(xiàn)的復(fù)雜、疑難故障不能準(zhǔn)確判斷，造成人力、物力和時(shí)間的浪費(fèi)。因此作為技術(shù)管理人員不僅要了解故障發(fā)生的真正原因，還要掌握科學(xué)的、系統(tǒng)的設(shè)備故障診斷方法，從而快速、準(zhǔn)確的排除故障。
在生產(chǎn)工作中，對(duì)內(nèi)燃設(shè)備出現(xiàn)的故障，特別是復(fù)雜、疑難故障，根據(jù)工作實(shí)踐中的總結(jié)和歸納，我們可通過以下幾種方法較為快速、正確的診斷出設(shè)備故障。
1 順序檢查排除法
以設(shè)備構(gòu)造、原理為基礎(chǔ)，結(jié)合故障現(xiàn)象，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行分析，從而較為直接、快速的找出故障點(diǎn)。
液壓傳動(dòng)在礦山內(nèi)燃機(jī)械上使用廣泛，當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，一般可根據(jù)內(nèi)燃機(jī)―液壓泵―控制閥―輔助元件―執(zhí)行元件的順序，來逐步判斷故障。 同時(shí)采用看、聽、摸、聞及壓力測(cè)試。看，先將發(fā)動(dòng)機(jī)熄火，對(duì)工作液壓系統(tǒng)及其元件進(jìn)行觀察；檢查液壓油箱的油位是否正常；觀察液壓油是否有氣泡，油液有無變色；拆下液壓油過濾器查看有無異物；檢查所有管路、接頭是否有滲漏和損壞；觀察液壓運(yùn)動(dòng)部件是否有異常抖動(dòng)。聽，聆聽液壓油泵、油缸、各部液壓閥體是否有異響。摸，用手觸摸液壓泵、閥、油缸等溫度是否異常。聞，是辨別液壓油是否變質(zhì)、失效。有時(shí)采用總成互換也是一種行之有效的方法。壓力測(cè)試是一種及其有效的做法，因?yàn)槿魏我簤合到y(tǒng)故障都會(huì)伴有壓力異常。
在工作中一臺(tái)裝載機(jī)出現(xiàn)鏟斗舉升無力，動(dòng)作緩慢的故障，修理人員根據(jù)平常的經(jīng)驗(yàn)，判斷工作油泵損壞，更換新油泵后，故障依然，于是又更換工作分配閥，故障仍未排除，我到現(xiàn)場(chǎng)后根據(jù)裝載機(jī)液壓系統(tǒng)工作原理的順序從液壓油箱開始檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)從液壓油箱到工作油泵的軟管嚴(yán)重老化變軟，當(dāng)駕駛員發(fā)現(xiàn)鏟斗舉升動(dòng)作緩慢時(shí)，本能的加大油門，工作油泵轉(zhuǎn)速也隨之提高，該軟管也隨之變形，通過軟管的油量變小，更換該軟管后故障消除。修理人員在面對(duì)故障時(shí)未能按設(shè)備工作原理進(jìn)行分析和逐步檢查就根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)貿(mào)然更換備件，造成了不必要的人力物力浪費(fèi)。
2 檢查排除法
在生產(chǎn)過程中，礦山內(nèi)燃機(jī)械故障是多樣性的，成因有其復(fù)雜性，對(duì)于內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備的一些關(guān)鍵部位出現(xiàn)的故障，不要輕易將故障判斷得過于嚴(yán)重，應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象和操作人員的描述從設(shè)備開始排查逐步查出故障。對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障的診斷就可采用檢查排除法。
對(duì)于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)重凹陷的露天礦山，礦用汽車重載上坡，水溫高，翻水等故障頻發(fā)。出現(xiàn)這類故障后，有的修理人員未經(jīng)向駕駛員詳細(xì)了解故障現(xiàn)象就輕易判斷為發(fā)動(dòng)機(jī)故障，甚至要將發(fā)動(dòng)機(jī)吊下大修。對(duì)于這些故障，作為技術(shù)管理人員，我通常是先向駕駛員詳細(xì)了解故障發(fā)生時(shí)的現(xiàn)象，再對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)行檢查，從而準(zhǔn)確的判斷故障。 如在工作中一臺(tái)礦車出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)翻水故障，經(jīng)向駕駛員了解得知，故障出現(xiàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)水溫正常，動(dòng)力、煙色正常，有修理人員判斷為汽缸蓋出現(xiàn)裂縫，造成高壓氣體進(jìn)入水道造成翻水，建議更換汽缸蓋。我則建議先從發(fā)動(dòng)機(jī)附件開始檢查，在排除風(fēng)扇皮帶和水泵等附件正常后，發(fā)現(xiàn)從節(jié)溫器到膨脹水箱的回水軟管堵塞，在更換一根內(nèi)徑更大的軟管后故障排除。
在面對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部件出現(xiàn)的復(fù)雜故障時(shí)，不要貿(mào)然將故障想象的過于嚴(yán)重和復(fù)雜，細(xì)心分析，從附件查找入手，往往很多看似復(fù)雜的故障其實(shí)是由一些附件的異常造成的。
3 由易到難檢查排除法
設(shè)備出現(xiàn)異常是機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的過程中，由于設(shè)備的某個(gè)部分出現(xiàn)了問題，直接影響到設(shè)備的正常工作，使得設(shè)備的缺陷進(jìn)一步被放大，性能不能發(fā)揮，但是機(jī)械設(shè)備仍然能夠進(jìn)行工作。
礦用汽車使用的機(jī)械液力變速箱在運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)檔位異常、或閉鎖常開等故障。面對(duì)這類故障時(shí)，應(yīng)根據(jù)變速箱的工作原理，從容易排除的部分開始檢查，逐步排除后再進(jìn)行較為復(fù)雜的解體修理。一臺(tái)礦用汽車在工作中出現(xiàn)一踩剎車，車輛就熄火的故障，初步判斷為變速箱閉鎖常開，本著由易到難的檢查方法，先調(diào)整變速箱操控閥上的閉鎖開啟壓力，多次調(diào)整后故障依然，遂進(jìn)一步判斷為閉鎖離合器片異常，該變速箱檔位正常，如將變速箱吊下解體檢修，顯然費(fèi)工費(fèi)時(shí)，于是決定在車上將變速箱前端拆開，拆下液力變矩器后發(fā)現(xiàn)閉鎖離合器摩擦片出現(xiàn)彎曲和斷裂，更換后故障排除。
4 總結(jié)
隨著生產(chǎn)力的提高，內(nèi)燃設(shè)備也越來越大型化和自動(dòng)化， 這對(duì)機(jī)械故障診斷技術(shù)的要求也越來越高，不僅要滿足實(shí)現(xiàn)診斷性能的要求，還要滿足有利于快速、高效、使用簡(jiǎn)單可靠的要求。這使得在工作實(shí)踐中根據(jù)科學(xué)的方法結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來對(duì)內(nèi)燃機(jī)械設(shè)備故障診斷，快速找到故障、排除故障尤為重要。
參考文獻(xiàn)：
關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī)；故障診斷方法；自動(dòng)化機(jī)械；人工智能系統(tǒng)；小波分析法技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
中圖分類號(hào)：TH457 文章編號(hào)：1009-2374（2015）09-0073-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0792
在機(jī)械設(shè)備的實(shí)際操作運(yùn)行過程中，如果可以及早預(yù)報(bào)和診斷其隱含的故障問題，在壓縮機(jī)沒有分解的情況下，就可以正確判斷設(shè)備出現(xiàn)故障的具置，采用先進(jìn)的動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)和傳感技術(shù)以及計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)故障進(jìn)行處理，分析機(jī)械異常狀況的原因及解決措施，這對(duì)預(yù)防事故的發(fā)生、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提高都具有重大
意義。
1 往復(fù)式壓縮機(jī)的常見故障分析
1.1 壓縮機(jī)的常見故障和機(jī)理
往復(fù)式壓縮機(jī)的常見故障主要有兩大類：機(jī)械性質(zhì)和流體性質(zhì)。機(jī)械性質(zhì)是指機(jī)械動(dòng)力性能出現(xiàn)故障，故障的主要原因是運(yùn)動(dòng)零件的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋、間隙有變化等，故障的主要表現(xiàn)是機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)有異常的震動(dòng)、發(fā)熱和響聲；流體性質(zhì)是一種機(jī)械熱力性能故障，該故障具有溫差、壓力異常、排氣量不足的主要特征，出現(xiàn)故障的主要原因是吸氣濾清器、活塞環(huán)、氣閥、冷卻水路等部位出現(xiàn)故障，對(duì)于這類現(xiàn)象可以用參數(shù)法進(jìn)行診斷。
1.2 壓縮機(jī)機(jī)械功能故障分析
在機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中，比較典型的機(jī)械故障包括連桿螺栓、活塞環(huán)、曲軸、閥片、十字頭等斷裂，汽缸和汽缸蓋破裂，燒瓦、電機(jī)故障等。在往復(fù)式壓縮機(jī)的實(shí)際操作中，氣閥故障的診斷是十分重要的，因?yàn)檫B桿、活塞桿等斷裂是較常見現(xiàn)象，且壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)部件很多，所以大部分故障問題還是機(jī)械性能故障。
1.3 壓縮機(jī)熱力性能的故障分析
根據(jù)多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分析，往復(fù)式壓縮機(jī)熱力故障的原因通常是氣閥和填料函等部件的損壞。填料函若出現(xiàn)故障會(huì)造成壓比失調(diào)、降低排氣量等。統(tǒng)計(jì)表明，往復(fù)式壓縮機(jī)故障中有60%為氣閥故障，氣閥若出現(xiàn)故障會(huì)增加排氣的溫度，降低排氣量，造成壓比失調(diào)等，情況嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組報(bào)廢。在現(xiàn)場(chǎng)操作中，工作人員經(jīng)常根據(jù)氣閥來診斷壓縮機(jī)的故障
問題。
2 往復(fù)式壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究
往復(fù)式壓縮機(jī)屬于一種復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，其狀態(tài)檢測(cè)的方法有很多，一般使用在線間接診斷法，即根據(jù)二次診斷的數(shù)據(jù)信息判斷關(guān)鍵組件的變化狀態(tài)。常用的診斷方法包括振動(dòng)噪音監(jiān)測(cè)法、油液監(jiān)測(cè)法、熱力性能參數(shù)監(jiān)測(cè)法、直觀監(jiān)測(cè)法、人工智能診斷法等。
2.1 振動(dòng)噪音監(jiān)測(cè)法
很多實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)通過振動(dòng)噪音監(jiān)測(cè)法診斷壓縮機(jī)的故障并取得不少研究成果。根據(jù)機(jī)械表面的振動(dòng)現(xiàn)狀分析主軸承狀態(tài)、氣閥漏氣、汽缸磨損等現(xiàn)象；例如在氣缸頭部裝置振動(dòng)傳感器，根據(jù)分析振動(dòng)信號(hào)判斷汽缸內(nèi)部故障；根據(jù)油管路內(nèi)的壓力波信號(hào)判斷壓縮機(jī)軸承故障；根據(jù)振動(dòng)信號(hào)判斷壓縮機(jī)主軸承故障。但因?yàn)樵跈C(jī)械操作過程中會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，噪聲會(huì)干擾信號(hào)的穩(wěn)定性，影響傳感器的可靠度，所以振動(dòng)噪音監(jiān)測(cè)法還未全面推廣。
2.2 油液檢測(cè)法
油油液分析法主要有兩類：油液中磨損信息分析和油液物理化學(xué)性能分析。油液中磨損信息的分析主要有顆粒監(jiān)測(cè)技術(shù)、鐵譜分析以及光譜分析等；油液本身物理化學(xué)性能分析主要包括油的燃點(diǎn)、水分以及黏度等方面的分析。油液監(jiān)測(cè)的實(shí)施步驟有提取樣品、制備樣品、獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、確定診斷結(jié)論等。
2.3 熱力性能參數(shù)監(jiān)測(cè)法
根據(jù)儀表監(jiān)測(cè)往復(fù)式壓縮機(jī)的冷卻水量、排氣量、水溫、油溫等數(shù)據(jù)信息，為診斷部件故障提供參考依據(jù)。熱力性能參數(shù)監(jiān)測(cè)法在診斷和預(yù)測(cè)故障時(shí)缺乏準(zhǔn)確性，所以目前主要應(yīng)用于壓縮機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和監(jiān)測(cè)工藝參數(shù)。
2.4 直觀診斷法
相關(guān)操作人員通過用眼睛看、耳朵聽以及根據(jù)自身的工作經(jīng)驗(yàn)來診斷機(jī)械的故障。由于壓縮機(jī)機(jī)械設(shè)備逐漸自動(dòng)化的發(fā)展方向，直觀監(jiān)測(cè)法缺乏一定科學(xué)性，已經(jīng)無法診斷往復(fù)式壓縮機(jī)故障的要求。
2.5 人工智能診斷法
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合人工智能專家系統(tǒng)已廣泛用于診斷往復(fù)式壓縮機(jī)的故障問題。人工智能診斷法是在專業(yè)知識(shí)和大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種計(jì)算機(jī)智能程序系統(tǒng)，它可以用于解決難度較大、較復(fù)雜的故障問題。該診斷法具有易于建造、解釋機(jī)制強(qiáng)、預(yù)測(cè)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也具有推理機(jī)制過于簡(jiǎn)單、專家知識(shí)不夠精確等不足。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)性和組織性的特點(diǎn)，它具有聯(lián)想記憶功能，能從設(shè)備故障中學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到故障診斷中，能彌補(bǔ)專家系統(tǒng)的不足，但人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自身也存在著缺陷，例如解釋機(jī)制較弱、建立復(fù)雜系統(tǒng)的模型有難度、診斷不清楚等。
3 小波分析法的實(shí)際案例分析
3.1 小波分析法
采用小波分析法可以使提取的信息更具可靠性和穩(wěn)定性，常使用時(shí)域平均分析法和濾波技術(shù)等。小波分析法可以局部?jī)?yōu)化非平穩(wěn)信號(hào)，能分析時(shí)域內(nèi)和指定頻帶寬的信號(hào)，相對(duì)其他分析法，具有更強(qiáng)的提取特征的功能，它可以通過小波伸縮形成一組基函數(shù)，并能將接收到的所有信號(hào)映射到這組函數(shù)上，從而得到各頻帶的分解序列，并根據(jù)這些頻帶序列診斷零部件的故障問題。
小波分析法只對(duì)低頻部分的信號(hào)進(jìn)行分解，對(duì)信號(hào)的高頻部分有所保留。而小波包分解法和小波分解法相比更加精細(xì)，它對(duì)信號(hào)的高頻部分和低頻部分都可以進(jìn)行分解，因此小波包分析法使用更廣泛。
3.2 診斷實(shí)例
以某單位壓縮機(jī)試驗(yàn)臺(tái)作為研究對(duì)象，進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析機(jī)體表面的振動(dòng)信號(hào)，通過改變閥板的厚度以達(dá)到提高制冷效率的目的的研究試驗(yàn)。下文根據(jù)減少閥板厚度后的機(jī)體表面振動(dòng)情況，提取故障特征，通過實(shí)際研究案例分析小波包在診斷壓縮機(jī)故障中的實(shí)用性。
從改變前機(jī)體前后的表面振動(dòng)信號(hào)可以看出，改變閥板厚度后，機(jī)體表面的振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)了一些尖峰和毛刺的現(xiàn)象，沒有改變之前的光滑，所以可以將其視為故障信號(hào)。
3.3 提取故障特征向量
分析機(jī)體振動(dòng)信號(hào)的頻率，將信號(hào)分解成5層，在0～1500Hz內(nèi)，有32（25=32）個(gè)寬帶信號(hào)，若直接統(tǒng)計(jì)這些信號(hào)的能量，其過大的故障特征向量會(huì)造成診斷結(jié)果不精確。本文采用小波包分解法分解振動(dòng)信號(hào)。去噪音后，小波包分解振動(dòng)信號(hào)的結(jié)果如圖1所示：
圖1 去噪后小波包分解振動(dòng)信號(hào)結(jié)果
d（0，0）：原始信號(hào)；d（a，b）：小波包分解第a層的第b個(gè)小波系數(shù)。原始信號(hào)：d（0，0）=d（1，1）+d（2，1）+d（3，1）+d（5，3）+d（5，2）+d（5，1）+d（5，0）。由此統(tǒng)計(jì)7個(gè)頻帶的能量，如表1所示：
表1 各頻帶的能量統(tǒng)計(jì)
4 結(jié)語
綜上所述，筆者認(rèn)為在往后的壓縮機(jī)故障診斷中，采用人工智能系統(tǒng)、小波分析法技術(shù)等是必然的發(fā)展趨勢(shì)。利用這種方法，可以有效提取壓縮機(jī)常見故障的特征，為其他智能故障診斷技術(shù)提供新的參考依據(jù)，小波包分解法更全地分析了信號(hào)的能量，其應(yīng)用更符合實(shí)際情況。另外，將網(wǎng)絡(luò)和多種故障診斷技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)技術(shù)共享，能提高診斷的準(zhǔn)確度，這也是目前我國往復(fù)式壓縮機(jī)診斷故障的革新之處。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞 配網(wǎng)；故障診斷；恢復(fù)方法
中圖分類號(hào)TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1674-6708（2015）153-0069-01
伴隨我國現(xiàn)代化建設(shè)的初步完成與城市化水平不斷提升，對(duì)于電力的需求也在不斷增長(zhǎng)，然而較早的供配電系統(tǒng)常因安全性、供電質(zhì)量等出現(xiàn)各種不間斷的故障，怎樣才能利用一些新技術(shù)，更快速、更為準(zhǔn)確的將這些故障及時(shí)診斷出來，并為維護(hù)與檢修提供充足的時(shí)間，使電力恢復(fù)更為及時(shí)，這也是當(dāng)下應(yīng)該考慮的重要問題。另一方面，應(yīng)該注重因此造成的經(jīng)濟(jì)損失，最好的方法之一就是更換殘舊或過時(shí)設(shè)備與并進(jìn)行配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)，這樣才能徹底地解決問題。
1 概述
在電力系統(tǒng)中，可以將配網(wǎng)表述為二次降壓變電所低壓側(cè)直接或降壓后向用戶供電的部分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在一般情況下，所說的配電網(wǎng)指的是由配電所、架空線、電纜線等部分構(gòu)成的配電系統(tǒng)。其中中性點(diǎn)接地方式可以有效地在系統(tǒng)運(yùn)行、絕緣、繼電器保護(hù)方面發(fā)揮有效作用。在電力系統(tǒng)中，可以將其分為中性點(diǎn)有效接地方式與中性點(diǎn)非有效接地方式。但是在llOkV以下的電力系統(tǒng)中，標(biāo)準(zhǔn)并未統(tǒng)一，因而需要利用綜合評(píng)價(jià)才能得出較為接近的結(jié)果。還有一種小電流接地系統(tǒng)，在各方面都有可靠的安全保障。
在我國，由于近些年來的供電網(wǎng)絡(luò)、配網(wǎng)改造等工程，配網(wǎng)的自動(dòng)化程度有所提高，即使在較為落后的地方，也做了較好的預(yù)留工作。無論如何，龐大的電網(wǎng)系統(tǒng)中，對(duì)于故障的查詢與處理不及時(shí)，不但會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)，而且會(huì)給用戶帶來諸多不便，隨著技術(shù)的更新與發(fā)展，電力部門也應(yīng)用自動(dòng)化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了一些故障檢查的技術(shù)更新，而且在綜合性的技術(shù)應(yīng)用方面有了較大改善。比如，通過GPS、GIS、RS技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)有效的定位、信息傳輸與遠(yuǎn)程控制等；在饋線隔離自動(dòng)化系統(tǒng)中，也有了較大的進(jìn)步，尤其是在我國一些南方城市的應(yīng)用，給配網(wǎng)改造系統(tǒng)提供了新的契機(jī)與動(dòng)力，而且對(duì)于故障的明確定位，區(qū)位更加準(zhǔn)確，對(duì)于故障的處理也更為便捷，這種隔離自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)于未來配網(wǎng)的全面化自動(dòng)化普及有著重要的價(jià)值與意義，值得進(jìn)一步深入研究與探討。
2 配電網(wǎng)故障診斷及恢復(fù)方法
據(jù)調(diào)查得到的結(jié)果顯示，配電網(wǎng)頻發(fā)故障是導(dǎo)致集中于電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用之中出現(xiàn)問題的主要原因，由此，影響了電力系統(tǒng)的正常運(yùn)作。通常的做法是，通過設(shè)置斷路器，使其在故障出現(xiàn)時(shí)，利用斷路器進(jìn)行跳閘，達(dá)到保護(hù)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。從問題來看，斷路器運(yùn)用，會(huì)出現(xiàn)超級(jí)跳閘、多次跳閘，因此會(huì)形成對(duì)故障判斷的因素之一，為了解決這一問題，主要是利用饋線開關(guān)，對(duì)其進(jìn)行負(fù)荷開關(guān)安裝，結(jié)果是，依然存在利與不利的因素存在，比如會(huì)因此導(dǎo)致“失誤停電”，對(duì)人們的日常生活帶來影響。
2.1 配網(wǎng)故障自動(dòng)定位系統(tǒng)分析
結(jié)合某市配網(wǎng)實(shí)際情況，對(duì)配網(wǎng)故障自動(dòng)定位系統(tǒng)進(jìn)行分析。從構(gòu)成方面分析，較為簡(jiǎn)單，如故障指示器、配網(wǎng)地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、信息處理單元、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)以及用戶監(jiān)控主站。若遇故障，就可以通過其中的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)置，自動(dòng)啟動(dòng)故障指示器，以無線調(diào)制編碼信息的形式進(jìn)行信息傳輸，經(jīng)數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)的解調(diào)、解碼，最后可以把信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)，再經(jīng)過一系列的運(yùn)算后，定位故障點(diǎn)，通過配網(wǎng)地理信息系統(tǒng)找到故障地點(diǎn)，從而進(jìn)行警示，工作人員接收到警信號(hào)，即刻趕往故障點(diǎn)進(jìn)行查詢并對(duì)故障排除。
2.2 配網(wǎng)故障自動(dòng)隔離系統(tǒng)
發(fā)現(xiàn)故障的及時(shí)性、有效性是自動(dòng)化后的配電網(wǎng)絡(luò)的主要優(yōu)勢(shì)，避免了傳統(tǒng)時(shí)期的人工查詢的時(shí)間長(zhǎng)、浪費(fèi)大等特點(diǎn)。雖然從其特征分析，這種自動(dòng)化的配電網(wǎng)絡(luò)投資較大，但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)的利益與結(jié)果來看，具有非常大的價(jià)值。自動(dòng)化使定位故障點(diǎn)可以及時(shí)暴露，多重保護(hù)的設(shè)置，可以使其更好的得到故障判定，本次討論以繼電保護(hù)及配電自動(dòng)化結(jié)合的配電網(wǎng)絡(luò)為主，所選用故障定位判定方法，使得對(duì)其處理更為及時(shí)，更加有效，并且可以進(jìn)行斷電后的隔離處理，大大減少了因故障帶來的不便。
從結(jié)構(gòu)方面看，饋線自動(dòng)化開關(guān)基本的結(jié)構(gòu)是在線路上進(jìn)行自動(dòng)化負(fù)荷開關(guān)的安裝，其中還需要在饋線自動(dòng)化負(fù)荷開關(guān)與變電站之間或者兩個(gè)開關(guān)這間安裝帶時(shí)限保護(hù)饋線出現(xiàn)斷路器。在故障的隔離過程中，首先是斷路器斷開，經(jīng)過5秒的時(shí)間后，出線開關(guān)又會(huì)重合，從而給線路前段送電，再經(jīng)過21秒的時(shí)間，也就是說，在15s的重合閘充電時(shí)間時(shí)，給永久性故障的第二次跳閘重合閘提供了足夠的時(shí)間，可以使第一個(gè)開關(guān)在壓后延時(shí)并自動(dòng)合閘。經(jīng)過兩次斷電器跳閘，開關(guān)在失壓狀態(tài)下的斷開、閉合與閉鎖。
3 應(yīng)用效果
電力行業(yè)危險(xiǎn)性高，成本高，因此一方面應(yīng)該注重建設(shè)時(shí)的質(zhì)量，另一方面應(yīng)該注重對(duì)其質(zhì)量的維護(hù)，對(duì)各種危害因素的排解。在防雷與接地技術(shù)方面，對(duì)大方向上的設(shè)備、人員、技術(shù)配備等都比較有力，主要問題應(yīng)該集中于分類方面，應(yīng)該對(duì)細(xì)節(jié)問題加以區(qū)分，這樣更易于使具體問題得到具體解決，也可以做到防微杜漸。從南方某城市將自動(dòng)定位系統(tǒng)、自動(dòng)隔離、恢復(fù)系統(tǒng)應(yīng)用并投入到實(shí)際的lOkV配網(wǎng)中進(jìn)行使用的經(jīng)驗(yàn)來看，效果良好，一方面減輕配網(wǎng)線路巡檢人員的工作強(qiáng)度，另一方面，將查找故障的時(shí)間有效縮短了，而且可以準(zhǔn)確、迅速的將故障區(qū)間與位置標(biāo)示出來，進(jìn)行通知，安全可靠，為排除故障節(jié)省的時(shí)間，尤其是自動(dòng)化的隔離，可以避免惡劣天氣造成的破壞，也可以有效的為用戶提供正常的用電，并為修理工作提供了充裕的時(shí)間，而且減少了事故發(fā)生率。比如架空往往會(huì)與電纜混合構(gòu)成線路，所以應(yīng)該對(duì)于線路結(jié)點(diǎn)的阻抗進(jìn)行測(cè)量與區(qū)分，通常來講，由于不同的原因會(huì)使入侵的雷電波在此發(fā)生反射，而且會(huì)由于次數(shù)的增加，因波峰疊加而產(chǎn)生電壓過過入侵電壓，此時(shí)應(yīng)該根據(jù)規(guī)定的計(jì)算公式對(duì)其中的結(jié)點(diǎn)的折射系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)行波經(jīng)過電纜長(zhǎng)度時(shí)所需的時(shí)間來，計(jì)算出某結(jié)點(diǎn)的電壓，根據(jù)具體的數(shù)據(jù)值可以來設(shè)置相應(yīng)的避雷器。從北方城市的建設(shè)，以及全國性的電網(wǎng)改造工程的初步完成來看，自動(dòng)化的供電網(wǎng)絡(luò)與配電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)是大勢(shì)所趨。所以，在偏遠(yuǎn)的地區(qū)與發(fā)展較為落后的市區(qū)，都留有足夠的可供發(fā)展的預(yù)留準(zhǔn)備。
關(guān)鍵詞： 電路； 故障； 故障診斷；
中圖分類號(hào)：F407文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
1、概述
電氣設(shè)備經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，就可能產(chǎn)生各種各樣的故障，導(dǎo)致設(shè)備停止運(yùn)行影響生產(chǎn)，嚴(yán)重的甚至?xí)斐扇松怼⒃O(shè)備事故。電氣設(shè)備的故障可分為機(jī)械故障、電源故障、元器件故障和電路故障。而電路故障最為常見，電路故障可大致可分為斷路、短路故障，接地故障，連接故障以及電路參數(shù)配合故障等。不同的電路故障，其特點(diǎn)不同，根據(jù)發(fā)生故障的特點(diǎn)，可以縮小故障查找的范圍，對(duì)于易發(fā)生故障點(diǎn)采取相應(yīng)的措施，從而防止故障及事故的發(fā)生。
2、故障診斷前的調(diào)查研究
調(diào)查研究是設(shè)備檢修的前奏，是故障診斷與分析的第一手資料，調(diào)查研究正確、全面，對(duì)檢修工作往往起到事半功倍的效果。調(diào)查研究的主要方法是詢問、鼻聞、眼看、耳聽、觸摸、手拽。①詢問，詢問設(shè)備使用者故障發(fā)生前的情形、異常現(xiàn)象、之前故障情況、故障前有否操作不當(dāng)或某操作桿、按鈕失靈或誤動(dòng)作等。②鼻聞，是否有絕緣漆、塑料、橡膠等過熱、燒焦的刺鼻氣味。③眼看，察看熔斷器的熔體或熔絲是否熔斷，觸點(diǎn)是否燒熔或燒灼，機(jī)械部分有無損壞以及開關(guān)、按鈕、插接線所處位置是否正確，更改過的接線有無錯(cuò)誤，更換過的零件是否相符等。④耳聽，就是聽電氣設(shè)備運(yùn)行中的聲音，辨別電動(dòng)機(jī)、繼電器、控制變壓器、電磁閥等電器的機(jī)械動(dòng)作機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中是否有異常聲音。⑤觸摸，切斷電源后，用手背觸摸發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)外殼、電器線圈等，判斷其是否有明顯的溫升與局部過熱現(xiàn)象。⑥手拽，切斷電源后，用手輕拽電線看是否有松動(dòng)現(xiàn)象，電路觸點(diǎn)接觸不良是經(jīng)常發(fā)生的故障，用此方法可以解決該類故障。通過調(diào)查研究，一般來說，比較簡(jiǎn)單直觀的故障可找出；對(duì)較熟悉的電氣設(shè)備的電路還可基本能確定故障范圍。
3、常見電路故障分析方法
復(fù)雜電氣設(shè)備的電路，應(yīng)根據(jù)電氣控制關(guān)系和原理圖，分析確定故障的可能范圍，查找故障點(diǎn)。電氣設(shè)備的電路基本都是由主電路和控制電路兩部分構(gòu)成，主電路的故障一般簡(jiǎn)單、直觀、易于查找；控制電路一般比較復(fù)雜，維修時(shí)可根據(jù)故障現(xiàn)象結(jié)合電氣原理圖和控制關(guān)系，確定故障可能的單元或環(huán)節(jié)。還可根據(jù)電器輔助觸點(diǎn)的聯(lián)鎖連線查找相應(yīng)的電器或單元，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析確定準(zhǔn)確的故障點(diǎn)以排除故障。常用電氣故障診斷方法有七個(gè)，現(xiàn)簡(jiǎn)介如下。
第一、分析法：就是根據(jù)電氣設(shè)備的工作原理，控制原理和控制線路，結(jié)合初步感官診斷故障現(xiàn)象和特征，分析故障原因，確定故障范圍。分析時(shí)，先從主電路入手，再依次分析各個(gè)控制回路，然后分析信號(hào)電路及其余輔助回路。
第二、開路法：就是將電路從某一點(diǎn)斷開，解開某一個(gè)回路，或從系統(tǒng)中把某一個(gè)環(huán)節(jié)解開，解除一點(diǎn)，試驗(yàn)一次，排除故障回路，然后找其故障點(diǎn)。一般用于診斷控制回路的短路，接點(diǎn)粘連，繼電保護(hù)誤動(dòng)作，機(jī)件失靈等故障。
第三、短路法：就是將電氣通道某處短路或某一中間環(huán)節(jié)用導(dǎo)線跨接。此法主要是處理開路故障，開路故障原因很多，也是最常見的故障之一。由其是連鎖控制比較復(fù)雜的電路中，由于某一點(diǎn)不通路，致使控制線圈或繼電器不能按指令工作，造成整個(gè)系統(tǒng)失靈，不能夠正常運(yùn)行。檢查時(shí)可根據(jù)電氣原理，用電線將某一接點(diǎn)或某一段電路短接，觀其降壓元件是否正常。如果短接后即恢復(fù)正常，則故障點(diǎn)就在短接部分。采用短路法需要注意的是：電氣原理清楚，線路清析，接線準(zhǔn)確無誤，需要帶電作業(yè)必須采取相應(yīng)的安全措施，切不可盲目進(jìn)行。
第四、分段法：就是把電氣上相連的有關(guān)部分進(jìn)行切割分段，以逐步縮小可疑范圍。對(duì)于進(jìn)一步查找某條線路的具體故障點(diǎn)，同樣還可以再次采用分段法。查找饋線的接地點(diǎn)，通常在裝有分支開關(guān)或便于分段處作進(jìn)一步分割，或根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)重點(diǎn)檢查薄弱環(huán)節(jié)；查找電氣設(shè)備內(nèi)部的故障點(diǎn)通常是根據(jù)電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在便于分割處作為分段點(diǎn)，一部分一部分檢查與排除，故障點(diǎn)的范圍就越來越小。
第五、替換法： 就是對(duì)有懷疑的電氣元件或零部件，用正常完好的元件或零部件來替換，以確定故障原因和故障部位。自動(dòng)控制裝置中，有些元器件線路復(fù)雜而又容易拆裝，如插件，嵌入式繼電器等，要作詳細(xì)檢查往往比較麻煩，而用替換法則簡(jiǎn)便易行。若經(jīng)替換有懷疑的電氣元件或零部件后設(shè)備即恢復(fù)正常，則故障就出在該電器元件或零部件；如仍不正常，起碼也能排除一個(gè)環(huán)節(jié)，可考慮其它原因。
第六、對(duì)比法：對(duì)比法也叫比較法，就是同設(shè)備，同型號(hào)，同線路進(jìn)行對(duì)比，尤其是在沒有圖紙資料的情況下處理故障更為有效。把故障設(shè)備的有關(guān)參數(shù)或運(yùn)行工況與正常設(shè)備進(jìn)行比較。某些設(shè)備的實(shí)際參數(shù)往往不能從技術(shù)資料中查到，設(shè)備中有些電器零部件的性能參數(shù)，在現(xiàn)場(chǎng)也很難判斷其好壞，有條件時(shí)可采用互相對(duì)比的辦法，參照正常的設(shè)備模仿進(jìn)行調(diào)整。
第七、再現(xiàn)故障法：對(duì)不正常起動(dòng)或運(yùn)行中有異常現(xiàn)象的電氣設(shè)備，為了查找故障原因,在有安全保護(hù)的情況下采取正常通電起動(dòng)讓故障現(xiàn)象再次出現(xiàn)以找出故障所在. 從起動(dòng)轉(zhuǎn)向運(yùn)行的整個(gè)過程中,主要觀察有關(guān)接觸器和繼電器是否按控制順序進(jìn)行工作若發(fā)現(xiàn)某一個(gè)電器的工作不正常,則說明該電器所在回路或相關(guān)回路有故障,然后再對(duì)此回路作進(jìn)一步檢查,便可發(fā)現(xiàn)故障原因和故障點(diǎn)
4、故障判斷的基本原則
實(shí)踐證明，“先易后難，先動(dòng)后靜，先電源后負(fù)載”是一套行之有效的故障判斷方法。處理電器故障，既要有規(guī)律，又要有順序，如果沒有經(jīng)驗(yàn)，方法又不得當(dāng)，無目標(biāo)無規(guī)律亂拆亂查，雖然最終也可能找到故障原因和部位。但是，由于拖延了排除故障的時(shí)間，從而嚴(yán)重影響生產(chǎn)。如果遇到復(fù)雜的電氣系統(tǒng)， 有可能找不到故障點(diǎn)，甚至還會(huì)損壞其他零部件造成重大損失。
先易后難：即根據(jù)客觀條件，容易實(shí)施的方法優(yōu)先選用，不易實(shí)施或很難實(shí)施的方法必要時(shí)再采用。通常是先作直觀檢查和了解，即感官診斷，其次才考慮采用儀器儀表檢查，才能做到有的放矢。對(duì)于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的電氣設(shè)備，通常是先檢查其零件和結(jié)線，如需解體檢查，其核心部分和不易拆裝部分更應(yīng)慎重考慮，即先外后內(nèi)。先用簡(jiǎn)單易行，自己最熟練的方法檢查直觀，顯而易見，簡(jiǎn)單常見的故障，后用復(fù)雜，精確的方法去檢查難度較高，不易見的疑難故障。
先動(dòng)后靜：著手檢查故障設(shè)備時(shí)，首先考慮電氣設(shè)備的活動(dòng)部分，其次才是靜止部分。有經(jīng)驗(yàn)的檢查人員都知道，電氣設(shè)備的活動(dòng)部分比靜止不動(dòng)部分所發(fā)生的故障幾率要高得多，所以診斷時(shí)首先要懷疑的對(duì)象往往是經(jīng)常動(dòng)作的零部件，經(jīng)常移動(dòng)操作和長(zhǎng)期轉(zhuǎn)動(dòng)部分。
先電源后負(fù)載：按檢查的先后次序，是從電路工作原理來考慮，應(yīng)先檢查電源部分，后檢查負(fù)載部分。這是因?yàn)殡娫从泄收蟿?shì)必會(huì)影響到負(fù)載，而負(fù)載側(cè)有故障卻未必會(huì)影響到電源。如電源不能供電負(fù)載就不能工作，電壓過高，過低，三相嚴(yán)重不對(duì)稱都可能會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作。對(duì)于用電設(shè)備，通常先檢查電源的電壓，電流，電路中的開關(guān)，觸點(diǎn)，熔絲，接頭等，檢查排除后才根據(jù)需要再檢查負(fù)載。
