61故障诊断的一般性方法112_123

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,K,j,(,j,=1,2,3,n,),定量地表示，即由,G,（,K,1,，,K,2,，,K,n,）表示,.,状态函数：设备的状态可由若干个选定的状态变量,D,i,(,i,=1,2,3,m,),定量地表示，即由,F,（,D,1,，,D,2,，,D,m,）表示,.,诊断规则：反映特征与状态间的相互关系，可用函数,E(,K,1,，,K,2,K,j,K,n,，,D,1,，,D,2,D,i,D,m,),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(x,1,x,2,x,n,),的自变量,x,i,(,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 ）,x,1,存在必有,x,2,存在；,x,1,不存在，,x,2,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,x,1,x,0 0 1 1,0 0 1 1,0 0 1 1,0 1,0 1,x,2,0 1 0 1,0 1 0 1,0 1 0 1,y,0 1 1 1,0 0 0 1,1 1 0 1,1 0,0 1,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(K,l,，,K,2,K,j,K,n,),，其中,K,j,为特征逻辑变量,.,如,K,j,=1,，则称设备有第,j,种特征；如,K,j,=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,K,l,、,K,2,、,K,3,，,若某设备同时具有,K,l,、,K,2,而无,K,3,特征，则 ；如果不能确定有无,K,3,特征，则,G,中不出现之,.,设备状态函数,F,的构造,设,F(D,l,，,D,2,D,i,D,m,),，其中,D,i,为特征逻辑变量,.,如,D,i,=1,，则称设备有第,i,种状态；如,D,i,=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,D,l,和,D,2,而无,D,3,；如果,F,中不出现,D,k,则不能确定有无状态,D,k.,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,E,1,，,E,2,E,s,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,）逻辑诊断举例,设某种电机定子绕组绝缘可能具有,K,l,和,K,2,两种特征和,D,l,、,D,2,和,D,3,三种状态。其中，,K,l,表示直流泄漏电流（,I,g,）大；,K,2,表示局部放电量（,q,）大；,D,l,表示绝缘受潮；,D,2,表示绝缘开裂严重；,D,3,表示绕组端部表面放电。,诊断规则为：,：绝缘受潮，,I,g,必大；,：绝缘开裂严重，,I,g,大，,q,也大；,：绕组端部表面放电，,q,必大；,：,I,g,大，则绝缘受潮或开裂严重，或两种故障同时存在；,：,q,大，则绝缘开裂严重，或绕组端部表面放电，或两种故障同时存在。,若对某台该种电机进行检测，检测结果为,I,g,大，,q,不大。试推断这台电机定子绕组绝缘的故障。,根据上述已知条件，得,K,l,1,、,K,2,0,，特征函数为,诊断规则为,:,状态函数为：,将,K,l,1,、,K,2,1,代入，得,结论：发生绝缘受潮，但无开裂严重和端部表面放电故障,6.1.1.2,模糊诊断,故障诊断过程中的不确定性（复杂性）,不同的故障状态可能具有相似的特征,.,多个不同的故障特征可能对应同一故障状态,.,不确定性分为,随机性：一定条件下的事件发生与否的偶然性（或然性）,.,对随机事件，事件可能发生也可能不发生，但事件本身有明确的含义,.,采用概率论方法,模糊性：区分或评价客观事物差异的不分明性,.,不仅是因为人类的认识能力有限所致，更主要的是事物的客观模糊属性的体现,.,采用模糊集合论（模糊数学）：,传统二值逻辑的局限性,以考试及格标准为例,按照传统逻辑，应存在一个阈值,H(,如,60,分,),，当分数,H,（,60,分）时为及格；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,：比不及格分数高出,0.5,分者还是矮个,命题,b,：比及格分数低,0.5,分者还是及格的,a,和,b,均为真命题,.,从命题,A,和,a,出发，按照传统逻辑的推理规则作连续推理，可以得出显然为假的命题,C,：分数为,70,者为不及格；由命题,B,和,b,出发，又可以推出显然为假的命题,D,：分数为,50,者为及格。这就导致了逻辑悖论。,设备诊断也具有模糊性，特征的强弱，故障的严重性，诊断标准等都是模糊概念,.,试验值应不大于某一个值（,H,）,试验值应小于某一个值（,H,）,0.99,与,1.01,的区别,必须采取合适的方法加以处理,模糊数学创立者,L.A.Zadeh,教授曾说：,科学的目的是求取精确，但当一个系统复杂性增大时，我们使之精确化的能力将减低，在达到一定的阈值时，复杂性与精确性将相互排斥,.,举例,物理学中的测不准原理（）,1,）模糊数学的基本概念,设,是论域，称映射,确定了,X,的一个模糊子集，简称模糊集，记为,A,（按标准记法，下面应为）。叫模糊集的隶属函数，叫元素,x,隶属于,A,的程度，简称为隶属度。越接近，表示,x,隶属于,A,的程度越高；越接近，表示隶属程度越低,.,在故障诊断中，对于所论的特征,K,或状态,D,，或 分别为,x,对或对的隶属度,.,隶属度与概率是不同的,.,隶属函数的确定,根据具体问题，可由经验总结，或采用以下方法,:,模糊统计,二元对比排序法,概率统计法,借助常用的模糊分布,利用动态信号的处理结果,常用的模糊分布,梯形分布,正态分布,2,）模糊关系方程,故障诊断中的模糊关系,在故障机理的作用下，内在原因表现为各种外部现象,在内在原因与外部现象之间存在着单向的、确定的、复杂的关系,从本质上说，这种关系含有一定的模糊性,故障原因与诊断信息之间呈现一种模糊关系,故障状态向量,X,x,1,，,x,2,，,x,i,x,n,由故障状态引起的各种故障特征或征兆，用特征向量,Y,表示：,Y,y,1,，,y,2,，,y,j,y,m,状态向量,X,和特征向量,Y,中的元素,x,i,和,y,j,均为模糊变量，由各自对应的隶属函数来确定,诊断规则,反映设备状态和特征之间的因果关系,诊断规则的描述方法,模糊关系矩阵（,A,）,状态向量,X,、模糊关系矩阵,A,、特征向量,Y,构成了模糊关系方程：,X,o,A=Y,（,o,：模糊算子，故障机理的作用）,模糊关系方程的解释,元素,a,ij,越大，表示第,个故障特征参数对第个故障状态的关系越密切,元素,y,j,越大，表示第,个故障特征参数对故障的反映程度越大,元素,x,i,越大，表示第,i,个故障发生的程度越大,故障诊断过程,根据设备特征（,Y,）和诊断规则,(A),推断出设备状态,(,X,),转化为模糊关系方程的求解问题,模糊关系方程不同于一般的代数方程，它等价于一个模糊线性方程组,模糊线性方程的解集合的交集就构成了模糊关系方程的一个解集合,表示导致结果或故障现象,Y,出现的内在故障原因,故障原因,在故障机理的作用下，使设备表现出各种各样的现象,Y,原因,与现象,Y,之间的模糊关系用矩阵,加以描述,故障机理的作用形式用模糊运算算子,“,o,”,来表示,在故障诊断过程中，已知的是,Y,，部分已知的是和算子,“,o,”,，诊断目标是确定未知的原因,对同一故障诊断问题，矩阵和算子,“,o,”,可能不完全一样,模糊算子,“,o,”,可有多种运算形式,3,）变压器故障模糊诊断实例,故障状态向量,X,x,i,变压器主要故障类型,x,1,铁芯多点接地,x,2,铁芯局部短路或漏磁发热,x,3,分接开关电气故障,x,4,电流回路裸金属发热或其它接触不良,x,5,高压套管内部故障,x,6,绝缘进水受潮,x,7,油中电弧放电或突发性短路、接地故障,x,8,绕组匝间短路或其它局部短路,x,9,油中沿面放电,x,10,绕组变形及其导致的过热、放电故障,故障特征向量,Y,（,数值由隶属函数确定）,y,i,故障参数和信息,y,1,铁芯接地电流,y,2,铁芯绝缘电阻,y,3,C,2,H,4,在总烃（,C,1,+C,2,）中的比例,y,4,三比值编码呈过热性故障特征,y,5,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,y,6,绕组直流电阻三相不平衡系数,y,7,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）,y,8,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）,y,9,高压套管,tg,y,10,高压套管,电容量相对变化率,y,11,绕组吸收比或极化指数,y,12,变压器本体油中含水量,y,13,绕组直流泄漏电流,y,14,变压器本体油击穿电压,y,15,DGA,结果中,C,2,H,2,含量,y,16,三比值编码呈放电性故障特征,y,17,变压器保护动作、防爆阀“喷油”等突发性信息,y,18,绕组电压比,y,19,三比值编码对应故障编码或特征气体含量超过注意值,y,20,PD,测量结果,y,21,CO,、,CO,2,含量,y,22,短路试验结果或阻抗测量结果,y,23,绕组之间或绕组对地电容量,y,24,分接开关,DGA,结果,模糊关系方程求解（徐罗曹李法）,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,A,1,A,1,经过上铣形成,A,2,A,2,取下确界得出最大解,平铣,A,1,形成,A,3,“,清除”,A,3,形成,A,4,输出最大解,求贴近度，确定最佳解,是,A,4,每列均有元素？否,诊断实例,变压器型号为,DFPFS250000/500,，重瓦斯突然动作，此前,油中,DGA,结果正常，跳闸后取样，,DGA,结果为：,A,相，,C,2,H,2,=15,.13,，总烃,=118,。,故障参数,Y,确定为,：,y,15,=0.9,，,y,16,=0.9,，,y,17,=0.9,，,y,19,=0.8,，其余,y,i,=0,诊断结果为：,X,max,=,（,0.8,，,0.8,，,1,，,0.8,，,1,，,0.8,，,1,，,1,，,1,，,1,）,X,min,=,（,0.8,，,0,，,0,，,0,，,0,，,0,，,0.9,，,0,，,0,，,0,）,对应