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中圖分類號：TN79 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）11-0214-02

21世紀的今天，隨著全球經濟一體化格局的形成，經濟技術迅速發展，以數字技術為主導的高科技產品層出不窮，并且已滲透到我們生活的各個方面，遍布于每一個角落。然而，在我們的生活如此數字技術的當下，電子工程技術人員在設計、安裝、維修、調試數字電路的過程中或多或少都會遇到各種事故。因此，掌握正確的數字電路故障檢測與診斷方法對于保障數字電路的有效開發與生產是極為重要的。

1 數字電路故障產生的原因

1.1 電路元器件的老化

無論什么東西在使用的過程中因為摩擦等一些原因，在一定程度上都說到了損壞，對于電路元器件來說尤其如此。因為電路元器件大都是金屬材質，在長期不斷使用的過程中，就會導致部分元器件老化和參數性能下降，除此之外，有的電路元器件也會在遇到高溫或極冷的天氣狀況下改變參數值。

1.2 電路元器件接觸不良

由電路元器件接觸不良導致的數字電路故障是最常見的原因。在日常生活中，可能會因為使用不當或者保管不善，破壞電器外殼使得電路元件暴露在空氣中或者一不下心使電器進水等情況發生，那么電器內部的焊點就會被氧化，以至于導致電路板故障的發生。

1.3 電路設備工作環境不健全

每一樣設備的順利使用都是有一定的條件的，但是并不是所有設備都能夠在健全的工作環境中，所以，一旦工作環境達不到電路設備的要求時，例如，溫度、適度、電子磁場等改變，數字電路就會發生故障，那么設備也就無法實現正常工作了。

1.4 電路元件過了使用期

電路元器件都是有保質期的，只有在規定的年限內使用才能發揮它功效。如果過了使用期限，電路元器件就會負荷不了，就會出現元器件老化、性能指標降低等現象。所以說電器元件使用過程超出期限，設備的故障發生率就會增加。

2 數字電路及其故障的特點

所謂的數字信號是在時間上和數值上都離散的信號，而數字電路就是用來處理和變化這些離散信號的電路。它的工作原理主要就是利用兩個狀態的元器件來表示離散信號，看似很復雜，其實它的基本電路單元十分的簡單。在數字電路中的每一個元器件的參數值都有較大的差異性，所以絕對不會出現電壓不高不低的電平，除了三態門之外，輸出的要么是高電平要么就是低電平。所有對高電平和對低電平的區分了解能夠我們更好的了解數字電路的特征。

如果把數字電路按照邏輯功能來劃分，可以分為時序邏輯電路和組合邏輯電路兩種。從功能上來說，時序邏輯電路它是由具有儲存功能的觸發器所組成的電路來進行記憶和表達功能，但是關鍵得是儲存電路的輸出狀態必須反映到輸出端上，并且要與輸出端共同作用才能決定時序電路的輸出。另一個組合邏輯電路顧名思義就是由各種電路組合而成。不過組合邏輯電路在輸出時，都是有那個時刻輸入的信號來決定的，它與原電路的輸出狀態并沒有直接的關系。

在數字電路的檢測和診斷過程中一定要按照它所規定的順序來想電路施加測試，并挨個觀察數字電路的反應狀態，看其是否正常。之所以要這樣一步步仔細的檢測那是因為數字電路的測試對象實在是多了，電路的輸入、輸出變量甚者有時候可以達到上百個，而且每一個都有可能出現偏差，如不逐一檢測很難找到問題所在。此外，數字電路它還存在一定得物理缺陷，構成集成電路的門和記憶元件是封存在芯片里面的，以至于無法直接觀察電路輸入、輸出的波形以及很難檢測它們的邏輯電平，所以也就沒辦法快速查出數字電路的故障之所在。因此，研究出簡單可行的測試電路故障的方法迫在眉睫，需要大家的共同努力。當然，也只有當數字電路故障檢測方法解決之后，數字電路才能得到更好的應用。

3 數字電路故障檢測與診斷方法的現狀

3.1 直接觀察檢測診斷法

直接檢查法就是通過直接的觀察來推斷電路大致在那個部分出現了問題。這種方法相對于比較適合有一定經驗的電路維修員，他們通過詢問顧客電路故障發生時出現了哪些現象來判斷發生電路故障的大致原因，這樣既方便有簡潔，省去了中間的很多過程，為客戶和自己都節省了時間，是一舉兩得的好事。例如，電視機突然不亮了，我們在檢測之前應該首先觀察一下外觀是否破損，用手感覺一下外殼溫度是否過高，其次看插頭是否斷開或與插班接觸不良，然后用鼻子問一下電視機有沒有異味等等，通過用這些直觀的方法來判斷電視機大概是哪一個部位出了問題啊，最后著手檢測。雖然這種方法比較快速，但對于經驗不足的電路維修員來說，還是不要貿然使用，否則可能是既浪費了時間也還是沒有找到電路故障發生的原因，得不償失。

3.2 順序檢測診斷法

現在應用于數字電路故障檢測的數字檢測法一般分為兩種。一種是在輸入端加上信號，從輸入級開始向輸出級檢測，當信號中斷或者是出現異常時也就找到了數字電路的故障所在地。第二種方法是在輸入級到輸出級的過程中加上信號，一旦出現信號不對的情況，就立馬停下，然后以此為據點想下一級進行電路故障檢測。雖然這種數字電路檢測方法準確性比較高，但是需要花很長時間。在現在全球經濟高速運轉的是時刻，這種低效率的工作方法已經逐漸不適應時代的發展要求了，在某種程度上是可以被淘汰的，但是，前提條件就是我們必須盡快找到一種更好的電路故障檢測方法來代替它。否則，還是得用順序檢測法。

3.3 比較檢測診斷法

在檢查數字電路故障時，比較法其實也是一種比較常用的檢測方法。一般要想快速的檢測出數字電路哪里出現問題，經常就會對電路的各個關鍵點進行測試，得出具體的參數值，然后找來同樣的完好無損、能夠正常運轉的電器，也測出每一個關鍵點的參數值，最后將兩組數值進行比較，參數值不一樣的那個地方就是數字電路出現故障的地方。不過，能夠這樣很快就檢查出問題所在的情況并不多，大多數電路故障地方都在比較細小的地方。因為，在數字電路器材生產過程中，廠商一般都會針對電路板比較薄弱的地方多做幾道加工程序，確保質量安全，而那些人們認為不會發生故障的地方就沒有多注意，所以往往電路發生的故障并不在電路板的關鍵點上。因此，比較檢查法還算不上市完美的檢測方法，依然有它的缺陷存在。

3.4 替代檢測診斷法

有時候電路比較復雜，可能當我們試了各種方法還沒有找到故障時，我們就應該想到用替代法來檢查數字電路故障。所謂的替代檢測法就是將數字電路中的電子元件用同等型號的電路元件來替換掉，不過質量一定要比元件好一些，否則質量太差的話還是無法檢測出電路故障在哪里。當高質量的電路元件安裝到元電路板中，合上電源，看電路板是否能夠正常運轉。若能正常運轉則證明是元電路元件有問題，若不能，則證明原電路元件沒有問題。若是前者，數字電路故障檢測就能很快完成，但若是后者的話，就還需要再次進行檢查與診斷。總之，替代檢測在某種程度上也是比較麻煩和費時的。

4 提高數字電路故障檢測與診斷效率的對策

4.1 分塊測試診斷法

當我們無法通過直接觀察檢測法檢測出數字電路故障時，用分塊檢測法是最好的檢測辦法之一。當我們對某種電路板進行檢查時 ，對其電路結構、功能等要有一個事先的了解，根據實際情況，看怎樣組合比較簡單，然后就將電路分成若干個獨立的電路，分別進行通電進行測試，觀察測試結果找出有故障的那一部分電路，最后采取相應的措施準確找到數字電路故障點，診斷其原因，“對癥下藥”，解決問題。像這種分塊測試方法過程比較簡單，針對性也強，它能夠有效的提高數字電路故障檢測與診斷效率，更適合于比較復雜的數字電路故障檢測與診斷中。

4.2 電阻檢測診斷法

在日常生活中，當我們看到某種電器冒煙兒或者散發異味時，首先要做的就是切斷電源，避免事故范圍擴大。然后就是要檢查電路是否有短路現象，那么這個時候就需要用到電阻檢測診斷法。電阻檢測診斷法它的作用就是能夠檢測診斷出數字電路底板內部和電路連接線之間是否是接觸不良或短路等情況，操作過程簡單，就算不是專業電路維修員也能夠很好的掌握與應用。在碰到類似的事情時不至于驚慌失措，即使不花錢找專業維修人員自己就能夠輕松搞定。所以電阻檢測診斷法實用性比較強，適用人群比較廣，在數字電路故障檢測與診斷上效果比較明顯與突出，是提高數字電路故障檢測與診斷效率的好方法。

4.3 波形檢測診斷法

波形檢測診斷法對電路故障檢測與診斷人員的專業素質要求比較高，要具備較高的電路維修理論知識，同時還要會使用示波器，這兩個條件缺一不可。其實，我們所說的波形檢測診斷法就是通過使用示波器對電路板的各級輸出波形進行檢查，觀察它所輸出的波形是否是正常的，以此來檢測診斷出電路故障。目前，這種波形檢測診斷法被廣泛的應用于脈沖電路中，準確性高、安全系數高、效率也很高，是提高數字電路檢測與診斷效率的完美對策。

5 結語

在當今科學技術騰飛的年代，數字電路已經取得了飛速發展，為了能夠更好的將數字電路應用到現代電路中，提高數字電路檢測與診斷技能、效率尤為重要。對于可能出現或者是已經出現的電路故障要能夠及時預防與解決。因此，我們要不斷完善數字電路檢測與診斷技術，使之能夠更好的適應時代的發展要求，為我們的生活提供更加便捷的服務。總之，本文主要是希望通過論述數字電路故障產生的原因、分析數字電路及其故障的特點、介紹目前我國對數字電路檢測與診斷所采取的方法以及建議來給現在正身處數字電路的工作者一些幫助。

參考文獻

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[3]朱大奇，電子設備故障診斷原理與實踐[M].電子工業出版社，2008年9月.

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高壓開關柜是配網的重要設施，對電網安全可靠的運行起著重要作用，隨著經濟的發展，電網也在飛速的發展，加之變電站無人值班管理模式和綜合自動化的普及，高壓開關柜的安全運行越來越重要，因此迫切需要高壓開關柜具有高可靠性,并能在線檢測故障,避免局部放電事故發生。局部放電分為內部、表面和電暈放電，并主要以電磁、聲波和氣體形式釋放能量，這些是絕緣性能檢測的主要信號。

1.檢測方法

1.1 超聲波檢測

局部放電是一種快速的電荷釋放或遷移過程，當發生局部放電時，放電點周圍的電場應力、機械應力與粒子力失去平衡狀態而產生振變化，機械應力與粒子力的快速振蕩，導致放電點周圍介質的振動，從而產生聲波信號。放電產生的聲波頻譜很寬，可以從幾十赫到幾兆赫，放電強度的大小決定了電場應力、機械應力和粒子力的振蕩幅度，直接決定了振動的程度和聲波的相度。

聲能與放電釋放的能量成比例，雖然在實際中各種因素的影響會使這個比例不確定，但從統計角度看，二者之間的比例關系是確定的。從局部放電的機理可知，局部放電初期是微弱的輝光放電，釋放的能量很小，后期出現強烈的電弧放電，此時釋放的能量很大，局部放電的發展過程中釋放的能量是從小到大變化的，所以聲能也從小到大變化。

根據球面波的聲能量式可知，在不考慮空氣密度和聲速的變化時，聲能量與聲壓的平方成正比。根據放電釋放的能量與聲能之間的關系，用超聲波信號聲壓的變化代表局部放電所釋放能量的變化，通過測量超聲波信號的聲壓，就可以推測出放電的強弱。

1.2 TEV檢測

當高壓電氣設備發生局部放電時，放電電量先聚集在與放電點相鄰的接地金屬部分，形成電流脈沖并向各個方向傳播。

脈沖電流的透入深度與頻率的平方根成反比。高頻局放電流只在導體表面傳輸。對于內部放電，放電電量聚集在接地屏蔽內表面，因此如果屏蔽層是連續的，則無法在外部檢測到放電信號。但實際上，屏蔽層通常在絕緣部位、墊圈連接處、電纜絕緣終端等部位因破損而導致不連續，高頻信號因此傳輸到設備外層而被檢測出來。

因放電產生的電磁波通過金屬箱體的接縫處或氣體絕緣開關的襯墊傳播出去，同時產生一個暫態電壓，這個電壓脈沖稱為暫態對地電壓（TransientEarthVoltage，TEV）。

TEV的檢測原理見圖1，高壓電氣設備的對地絕緣部分發生局部放電時，導電系統對接地金屬殼之間有少量電容性放電電量，通常只有幾兆分之一庫侖，放電持續時間一般只有幾納秒。因為電量等于電流乘以時間，一次放電1000pC，持續10ns，就產生100mA的電流。對于持續時間那么短的放電脈沖，被測設備就不能看作是個整體，而應看作是傳輸線，其電氣特性由分布電容和電感決定。此時，可以將地看成一個金屬板，縫隙所處的位置看成另一個金屬板，縫隙與地之間的距離為傳輸線。

當發生局部放電時，電磁波從放電點向外傳播，電流大小與這些電磁波產生的電壓有關。電壓等于電流與路徑阻抗的乘積。在不考慮損耗的傳輸線上，阻抗滿足下式：

式中的L和C是傳輸線單位長度的自感和電容，ZO的數值變化很大。通過研究可知，單芯10kV電纜約為10Ω，35kV金屬外殼的母線室大約70Ω。因此，1000pC的放電可產生對地1-7V持續10ns的電壓。電壓脈沖在金屬殼的內表面傳播，最終從開口、接頭、蓋板等的縫隙處傳出，然后沿著金屬殼外表傳到大地。這樣，使用電容耦合式傳感器就可檢測到放電信號。

研究發現，局部放電產生的TEV信號的大小與局部放電的激烈程度及放電點的遠近有直接關系，可以利用專門的探測器進行檢測。通過檢測局部放電產生的TEV信號，不僅可以對運行中開關柜內設備局部放電狀況進行定量測試，而且可以通過同一放電源到不同探測器的時間差，對局部放電點進行定位。

2.開關柜絕緣性能故障檢測診斷系統

這一系統的檢測技術在原理上是一種比較性的檢測技術。某個開關柜上的檢測結果應與其以前的檢測數據或其它同類型的開關柜所檢測的數據進行比較，如果檢測數據大于其它同型號開關柜或以前的結果，說明該開關柜存在放電活動，進而推斷故障的可能性。因此，需要有相當的設備運行經驗，才能根據技術檢測結果分析設備絕緣材料還能維持運行的時間。

記錄每次設備故障的詳細情況有助于分析判斷放電活動對設備的影響。整個系統可分成3個子系統：

（1）被檢測設備和傳感器，處于開關室現場。

（2）信號預處理和數據采集子系統，一般集成在主機中，也處于現場。

（3）數據處理和診斷系統，實際為1臺PC和數據存儲分析軟件，處于主控室。

3.檢測數值的動態判據

3.1統計分析與趨勢分析

統計分析法是在同一開關室內開關柜局部放電檢測時，對相關條件下的TEV檢測數值和超聲波檢測數值進行分類統計，從而得出初步判斷依據。現場影響局部放電測量結果的因素有很多，如工作電壓、放電種類、絕緣材料、負載、機械運動、環境條件、干擾、開關柜制造廠家及類型等，所有因素都可能造成檢測結果的誤判，在現場測試時必須加以考慮。

趨勢分析是對同一開關柜不同時間的測試結果進行分析，按月、季、年從統計分析中得出開關柜局部放電的趨勢。在分析過程中，還應分析影響局部放電的細微波動對TEV檢測數值和超聲波檢測數值的變化，主要分析內容有負載的變化、環境因素波動、干擾波動、時間變化等。

3.2 動態判斷依據

結合統計分析、趨勢分析和初步判斷依據，可以對開關柜局部放電進行動態的判斷分析，具體步驟如下：

（1）初始判據的判斷。對當地所有N面開關柜的故障情況進行統計，按照統計結果計算出故障率為a％。

（2）統計分析。對當地所有N面開關柜局部放電情況進行普測，取其中檢測數值最大的N×a％面開關柜，然后再取這N×a％面開關柜中數值最小的作為比較值A。

（3）趨勢分析。在一段時間間隔（一個月、一個季度或一年），再次對所有N面開關柜進行普測，取其中檢測數值最大的N×a％面開關柜，然后再取這N×a％面開關柜中數值最小的作為比較值B，將B與A進行比較。

（4）比較分析。對于B與A的比較，可分為以下幾種情況：

若B

若B>A，有以下幾種因素可以考慮：開關柜負荷可能有所增加；背景干擾嚴重程度進一步加重；溫度、濕度狀況進一步惡化；開關柜的污穢情況進一步惡化。

若B=A，主要是開關柜負荷、背景干擾、溫度、濕度狀況、開關柜的污穢情況大體相同，開關柜運行狀況比較平穩。

（5）確定判據值。最終根據開關柜常年運行的情況確定A或B值為判斷依據，由于開關柜周圍環境等因素對局部放電都有影響，因此，在確定判斷值時要考慮±2dB的誤差。繼續按照步驟一到步驟五的順序進行判斷數據的確定，最后經過長時間的比較，建立起本地區開關柜檢測的數據庫，最終確定一個作為指導性的判斷數值。

綜上所述，動態判據診斷是一個長期的過程，需要根據實際情況進行縱向和橫向的對比分析，以做出正確的判斷。

4.結論

基于超聲波和TEV技術的高壓開關柜局部放電檢測定位技術，改變了電氣設備傳統的局部放電測試方式，為電力系統的電力設備狀態檢修提供了可靠的技術數據，是一種實用、有效的檢測技術。檢測裝置具有以下優點：

（1）裝置的投入使用不改變和影響電力設備的正常運行。

（2）能自動連續進行檢測、數據處理。

（3）具有自檢和報警功能。

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[Abstract] the power transformer is one of the most important equipments for power transmission and distribution network, to ensure the safe operation of power system has play a decisive role effect. Due to the power transformer design and manufacture quality and operation and so on many aspects, m alignant accidents and faults have occurred, seriously affecting the safe operation of power grid. In this paper, based on the author's practical experience, discusses the fault detection and diagnosis of power transformer.

[keyword] power transformer online monitoring and fault diagnosis

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)

引言

電力變壓器是電力系統中重要的電氣設備之一，它一旦發生事故，則所需的修復時間較長，造成的影響也比較嚴重。隨著我國電力工業的迅速發展，電網規模不斷擴大，電力變壓器的單機容量和安裝容量隨之不斷增加，電壓等級也在不斷地提高。一般而言，容量越大，電壓等級越高，變壓器故障造成的損失也就越大。近年來，電力變壓器雖然由于材料的改進、設計方法和制造技術的提高，運行可靠率有所提高，但仍會發生料想不到的事故。

一、變壓器故障運行時的特征

電力變壓器在運行中發生故障時，除油中氣體成分和電氣參數發生變化外，一般常伴有某些部位的外表顏色、氣味、聲音、溫度、油位等的變化，結合這些變化對分析與綜合診斷變壓器的故障部位性質、程度、趨勢和嚴重性等起到一定的作用。

1、外觀異常

(l)防爆筒薄膜龜裂破損。當油枕呼吸器發生堵塞，變壓器不能進行正常的呼吸，會使得油枕上方空氣壓力變化，引起防爆筒薄膜破損，防爆管失去作用，水和潮氣進入變壓器內使絕緣受潮。

(2)套管閃絡放電。套管閃絡放電會造成發熱、老化、引起短路甚至爆炸。

(3)滲漏油。滲漏油是變壓器常見的問題。滲漏油的主要部位為大蓋與本體結合部、放油門、散熱器間閥接口、氣體繼電器及套管基座等處。

2、顏色、氣味異常

變壓器的許多故障都伴隨有過熱現象，使某些部件局部過熱，引起有關部件顏色變化或產生特殊焦臭氣味等。

(l)線卡處過熱引起異常。套管與設備卡線連接部位螺絲松動、接觸面氧化嚴重等使接頭過熱、顏色變暗并失去光澤。套管污穢嚴重或有損傷引起異常。套管污穢嚴重有損傷而發生閃絡放電會產生一種特殊焦臭氣味。

(2)呼吸器硅膠變色。呼吸器的硅膠一般為變色硅膠或摻有變色硅膠的無色硅膠，其目的是便于運行人員監視。硅膠的作用是吸附進入變壓器油枕中的潮氣，以免變壓器絕緣受潮。正常情況下變色硅膠應呈淺藍色，若變為粉紅色說明已經失效。

(3)變壓器氣體繼電器內有氣體。正常情況下，變壓器氣體繼電器內充滿了變壓器油。若氣體繼電器內有瓦斯氣體，會造成輕瓦斯保護動作，嚴重時則會造成重瓦斯跳間。

3、聲響異常

變壓器故障運行時，從運行中聲音的變化可發現與正常運行時有明顯差異。變壓器是靜態運行的電力設備，正常運行時在交流電磁場的作用下，變壓器器身會發出輕微連續的“嗡嗡”聲，常被稱為交流電磁聲，簡稱交流聲。正常運行中變壓器發出的“嗡嗡”聲是連續均勻的，如果產生的聲音不均勻擁特殊的響聲，應視為不正常現象。

4、溫度異常

(l)內部故障引起溫度異常。變壓器內部故障，如繞組匝間或相間短路、裸金屬過熱、鐵心多點接地、渦流增大等，都會引起變壓器溫度異常。

(2)散熱器閥門不通引起溫度異常。新安裝或大修后變壓器散熱器閥門如忘記打開，使變壓器油不能正常循環散熱，也會引起溫度升高。

(3)呼吸器堵塞或嚴重漏油引起溫度異常。變壓器呼吸器堵塞或油量嚴重不足也會影響其散熱效果，導致溫度升高。

5、油位異常

變壓器儲油柜的油位表或油位計溫度刻度，是標志變壓器不同油溫時的油面標志，根據標志可以判斷是否需要加油或放油，運行中變壓器溫度的變化會使油體積變化，從而引起油位的上下位移。

二、電力變壓器常規在線監測的方法

1、變壓器繞組變形在線監測

變壓器繞組變形(如軸向、徑向尺寸變化、位移、扭曲、鼓包等)是由于繞組經受了軸向、幅向力的作用以及強大的短路力作用。常規的吊罩檢查只能看到高壓繞組的狀況，而在高壓繞組內部的中、低壓繞組所發生的形變根本無法看到。變壓器繞組在線監測的基本原理是根據變壓器繞組的短路電抗值的變化進行變形與否的監測和判斷。因為繞組的短路電抗值與繞組的變形程度、幾何尺寸以及位置變化密切相關，即短路電抗直接取決于繞組的幾何結構。在工頻電壓不變的情況下，短路阻抗及阻抗中的電感分量與變壓器繞組的幾何形狀及位移相關。通過理論研究和實際測試，實時監測繞組短路電抗的變化對在線監測變壓器繞組變形具有很好的實效性。

2、變壓器局部放電在線監測

變壓器局部放電是反映高壓電氣設備狀態的一個重要標志。因為很多故障均產生局部放電。一般情況下，如果變壓器油中發現了特征氣體則表明其內部已經存在比較嚴重的局部放電。局部放電能有效反映變壓器內部的絕緣狀況。變壓器局部放電在線監測技術借助先進的傳感技術和電子技術，根據超聲波原理將高頻聲學傳感器放在油箱外部以便測取局部放電或電弧放電所產生的暫態聲音信號。

3、變壓器油性能指標在線監測

變壓器油性能的在線監測專家系統由數據庫、知識庫、推理機、知識獲取和人機接口等幾部分組成。數據庫的主要功能是存儲并及時提供變壓器油質變化的各項指標和歷史數據。數據庫中的各種指標和信息中還包括對油質的缺陷分析和處理結果，可以為監測維護人員提供詳細的油性能數據。知識庫用來存儲與變壓器分析相關的經驗和知識。推理機的作用是從數據庫中提取數據后再以邏輯方式對油狀況進行推理分析。

三、 DGA故障診斷方法

1、油中氣體色譜分析法(DGA)的原理

目前變壓器幾乎都是用油來絕緣和散熱，變壓器油與油中的固體有機絕緣材料(紙和紙板等)在運行電壓下因電、熱、氧化和局部電弧等多種因素作用會逐漸變質，裂解成低分子氣體，由于含有不同化學鍵結構的碳氫化合物有著不同的熱穩定性，所以絕緣油隨著故障點溫度的升高依次裂解生成烷烴、烯烴和炔烴，每一種烴類氣體最大產氣率都有一個特定的溫度范圍，故絕緣油在各不相同的故障性質下產生不同成分、不同含量的烴類氣體。由此可見，油中溶解氣體的組分和含量在一定程度上反映出變壓器絕緣老化或故障的程度，可以作為反映電氣設備電氣異常的特征量。

2、三比值法

充油電氣設備的故障診斷也不能只依賴于油中溶解氣體的組分含量，還應取決于氣體的相對含量。通過哈斯特的熱力學研究結果表明，隨著故障點溫度的升高，變壓器油裂解產生烴類氣體按CH4C2 H6C2 H4C2 H2的順序推移，并且指出低溫時H2是由于局部放電的離子碰撞游離所產生的。三比值法的原理是根據充油電氣設備內部油氣體在故障下裂解產生氣體組分含量的相對濃度與溫度的相互依賴關系。從5種特征氣體中選用兩種溶解度和擴散系數相近的氣體組分組成三對比值，以不同的編碼表示。

結語

本文闡述了電力變壓器故障運行時的特征，并分析了電力變壓器常規在線監測的方法，此外還分析了DGA故障診斷方法，具有一定的實用價值。進入21世紀電力行業將有更大的發展，電力變壓器的故障診斷與狀態檢修作為我國電力系統實現體制轉變、提高電力設備的科學管理水平的有力措施，是今后在電力生產中努力和發展的方向。

參考文獻：

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引言：隨著暖通空調技術的發展，暖通空調系統的故障檢測與診斷也得到了廣泛研究，其起源可追溯到上世紀90年代。關于暖通空調系統的故障檢測與診斷，其關鍵就在于對暖通空調系統故障的研究，建立起故障發生的特征與故障本身之間的聯系形成故障診斷模型。利用成立的模型來對暖通空調的故障進行辨識就是暖通空調系統的故障檢測與診斷。現如今，相較于國外對暖通空調故障的研究，我國還處于起步階段，由于研究時間較晚，科技手段也較落后，對于暖通空調系統故障的研究大多只局限于傳感器故障研究，遠不如國外故障研究的類目眾多。

一、暖通空調系統的故障研究

關于暖通空調系統的故障，其故障形式多種多樣，由于暖通空調系統中含有許多的設備和零配件，系統之間互相關聯，極為復雜，而暖通空調系統中的每一個部件都可能發生故障，根據統計，其中大部分故障為電氣故障，還有少數機械故障和管道閥門配件類的故障。關于暖通空調系統的故障成因，由于系統復雜性難以確定，但是暖通空調系統的故障并不會產生危險，只是會使暖通空調系統的性能受損，影響用戶的使用效果，還有就是增加設備系統的能源消耗。關于暖通空調系統的故障檢測與診斷，其困難就在于暖通空調系統的復雜性。暖通空調系統是一個整體，它將系統之中的配件和設備，利用管道相互連接，可以說，暖通空調系統中的配件是有著聯系的，配件之間是連結共生，相互影響的。

二、暖通空調系統的故障類型

暖通空調系統的故障除了自然老化而引起的故障還有因設計問題引起的故障，故障類型復雜且多，但大致分類可以分以下幾點：首先，按系統故障的性質分類可分為自然故障和人為故障。自然故障是指因自身問題而導致的系統運行故障，而人為故障自然是指因人為損壞產生的系統故障。其次可以按照故障的嚴重程度來分，分為軟故障和硬故障，軟故障就是系統配件因為使用而積累損傷，表現為老化受損，從未導致配件的部分性失效或者使用效果降低的故障。而硬故障就是指設備，配件等徹底損壞，完全失去功效的情況。軟故障的發生不像硬故障一般發生得迅速突然，且破壞性較大，軟故障的故障發生是循序漸進的，隱蔽性較強，所以相較于軟故障，硬故障的檢測與診斷較為容易。最后按故障發生的配件分，暖通空調系統的故障又可細分為組件故障和傳感器故障。組件故障是指暖通空調系統的組成設備發生故障，冷水泵或新風機發生故障就可以歸于組件故障。傳感器故障就是暖通空調系統中的各類傳感器出現的故障，可能是數據采集的精度下降，也可能是完全沒發揮作用。

三、暖通空調系統的故障辨識

（1）基于規則的專家系統故障辨識。這種故障檢測與診斷的方法的應用較為廣泛，涉及領域也較廣，主要原理就是依靠對故障研究的歷史信息，利用IF-THEN的規則能，表現故障表征與故障信息的特征之間的聯系，通過電腦程序來進行檢測與診斷。（2）基于模型的故障辨識。這一診斷方法是采用數字邏輯電路結構以及傳輸方式來對系統的各個層次進行故障檢測，雖然故障診斷較為精準，但是由于計算復雜，所以故障辨識的效率并不高。（3）基于故障樹的故障辨識。（4）基于案例推理的故障辨識。案例推理是通過同類型故障案例進行推理診斷的方法。缺點就是需要一定數量的案例，適用于變因不多的故障。（5）基于模糊邏輯的故障辨識。模糊邏輯是根據經驗值和模糊數據構成模糊矩陣，再以模糊邏輯結合算法進行全面判斷。（6）基于模式識別的故障辨識。模式識別主要是對正常運行模式與故障模式進行區分，通過兩者的不同變量進行故障診斷。（7）基于小波分析的故障辨識。小波分析依靠對異常的工作信號所發回的信息進行分析，小波分析的故障檢測適合做信號處理。（8）基于神經網絡的故障辨識。這一方法通過大量相互關聯的神經組成的網絡來進行故障檢測與診斷。（9）基于遺傳算法的故障辨識。遺傳算法的理念是根據自然界適者生存的法則，采用模糊區間的推理方法，運用遺傳算法進行故障檢測。

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一、暖通空調系統故障原因分析

暖通空調系統是由多種設備組合而成的，其中系統設計時應用到了多個學科的技術，如熱力學、流體力學等。暖通空調系統在運行時，各種設備的參數相互配合，共同完成對建筑物的采暖、調節空氣的作用。暖通系統的復雜性增強了故障發生的機率，同時各種故障的相互影響，也會造成新的故障。暖通空調系統應用到多種空調設備，這些設備之間互相用管道進行間接，關聯性特別強，如果某種設備出現故障，也會影響其他設備的運行，從而影響整個暖通空調系統性能和功能發揮。

暖通空調系統發生故障后，可能會造成整個系統故障的連鎖反應，影響其他設備正常運行，這樣也會造成故障檢測和診斷帶來困難。大范圍的參數變化讓維修人員不容易找到故障原因，難以分清數據和參數的變化因素，因此很難做出準確的診斷結果判斷，給系統為診斷維修造成了較大的困難。由于暖通空調設備中傳感器設置較少，很多故障發生卻不能夠用準確的數據和圖片表達出來，會給系統管理者的故障檢測帶來較大的困難，很多故障只有在發生后通過各種手段檢測出來，不能夠做好故障預防，不利于暖通空調系統正常運行。

二、常用的故障檢測和診斷方法

（一）通過案例進行故障檢測和診斷。暖通空調系統的故障主要分為硬件故障和軟件故障，在故障發生時要根據實際情況進行處理。在故障發生時，如果不能立即得出診斷結果，可以根據故障發生的細節，在暖通空調故障知識庫和相似的文件和資料中找到故障的原因，從而根據提示做好故障檢測和診斷工作。暖通空調數據庫內包括很多故障案例，檢測者可以通過檢索找到自己需要的內容，但是由于實際上的故障可能會有很多交叉故障產生，因此出現的現象與案例分析中的結果會有一定的差異，因此不能夠對故障檢測的結果立即確定，因此造成了故障診斷不迅速，這個方式還是有一定的局限性。

（二）通過推理而得出診斷方法。每一種故障發生時都會表現出不同的征兆，如硬件故障則會使機械停止運行或發生一定的聲音提示等;有經驗的診斷者就會根據系統故障的現象，推理出故障的具體地方及原因，從而做出相應的診斷措施。暖通空調系統故障時，也會有一定的數據紊亂的提示，這也能作為故障檢測的評判標準，通過數據推理，將不清晰的提示內容加以整合，從而獲得較準確的結論。通過推理，雖然也能夠實現故障檢測與診斷，但模糊的信息有時候也會產生錯誤的偏差，因此也會造成錯誤推理，因此要綜合實踐進行分析，從而使故障檢測與診斷更加準確[1]。

（三）建立故障樹診斷。暖通空調系統會因運行目的不同而造成的故障不同，在系統故障設計時，可以利用計算機的樹形模型進行故障的排序和分類。在設置中，采用漢字提示，具有相應的菜單提示和編輯方式，方便故障的監視和診斷。在故障系統設置時，根據故障結果進行分類，在每個系列中各自按照相應的故障原因，對每一個故障進行相應的編號處理。在暖通空調系統出現故障時，將根據每一個編號的所處的故障系列，進行相應監視和診斷，在數據庫中對應具體的位置，從而找到故障的源頭。故障樹診斷通過檢索找到故障源頭，從而對故障做出診斷，但當暖通空調系統較大時，故障模型也會相應復雜，因此給系統設計者帶來了困難[2]。

（四）通過神經網絡進行故障診斷。由于機械運行時可能會同時引起多個故障，造成暖通空調系統故障復雜化，因此采取神經網絡故障可以實現部分故障的檢測和診斷。神經網絡故障是利用神經元的作用，將大量的神經元應用于系統設計中，并對神經元進行設置，使神經元之間相互聯系，建立成網絡系統實現故障診斷。神經元是數據傳遞的紐帶，通過大量的數據樣本不斷完善神經網絡的功能，使每個故障在神經網絡系統中都能夠有顯示，最終實現故障檢測和診斷的功能。神經網絡設計過程中不需要建立物理模型，而且對非線性的問題有著較大的優勢，因此被應用于故障檢測和診斷中。

（五）傳感器和軟件診斷。隨著科學技術不斷發展，對暖通空調系統的診斷方式更加科學化。傳感器診斷是自動化診斷的一種方式，主要利用傳感器實現機械運行時各個參數的變化，以達到正常運行的目的。暖通空調系統故障檢測利用到傳感器，可以實現故障自動檢測，提高了檢測效率和診斷速度。在暖通空調系統診斷中，軟件診斷也發揮了重要作用，通過對系統的全面檢測和修復，維護系統安全。

結語：暖通空調系統在運行時出現的故障會對整個系統的穩定造成較大的影響，因此要加強系統檢測和診斷的能力。隨著科學技術不斷發展，各種故障檢測和診斷方式應運而生，讓故障維修更加簡單，也促進了整個系統的安全和穩定。

篇（6）

在目前看來，機電設備故障檢測與診斷技術深受國內外關注，并且在現代新興技術檢測中占有主導地位。煤礦機電設備的進一步完好，有效的預防了煤礦機電重大事故的發生，減少了煤礦人員和國家財產的損失，為煤礦機電設備維修管理提供了技術參數，促進了礦井設備的安全運行，節約了生產維修成本。

隨著，現代科學技術的日新月異，煤炭工業生產的自動化水平也在進一步提高，并不斷得到完善，煤礦機電設備在當今社會生產中的作用也得到了日趨顯著提高，設備的運行費用也越來越高，所以，在礦井生產工作過程中煤礦機電設備的故障或損壞，不僅會在經濟上帶來較大損失，還會造成人員傷亡，導致事故悲劇發生，造成一定的社會不良影響。因此，煤礦機電設備的故障檢測與診斷技術的應用就變得越來越重要。要保證煤礦機電設備運行的安全性與可靠性，做到早診斷、早發現、早處理，盡量減少不必要的故障危害，對機電設備的故障檢測與診斷技術的應用就是一個十分有效的措施。

1.故障診斷技術在我國的發展歷程

故障檢測及診斷技術是是一項國內外倍受關注、且發展迅速的現代新興技術檢測手段，是以當前較為先進的計算機技術、傳感器技術，以及信號分析、處理技術等為基礎的一種綜合性技術應用方法。其故障診斷技術實質上就是通過對設備運行狀態進行相應的定量檢測，對出現的故障進行具體診斷，來對設備的實際運行參數進行有效掌握和了解，進而實現對機電設備自身的安全性，以及穩定性和工作持續性作出正確的預測，同時對其在運行過程中出現的問題、故障以及破壞程度等進行相對科學、合理的評價和識別。并據此結果來采取相應的解決對策和處理措施，也就是我們常說的通過利用狀態檢測以及故障診斷等作業方法對設備的運行狀態進行及時、準確檢測，并依據檢測結果來明確設備運行狀態和預測設備運行的未來狀況。

故障檢測診斷技術最初出現是出于軍事的需要，主要運用儀表檢測設備運行狀態參數，隨即多功能、自動化的檢測儀器不斷涌現，各種新技術也不斷得以應用，隨著航天技術、微電子技術、傳感器技術等的發展，機械設備故障診斷技術也日趨完善。在我國20世紀80年代初期，在該領域的的討論及研究開始起步，應以引進、利用為主，逐步發展起來。近幾年，煤礦機電設備故障檢測診斷技術隨著我國科技的不斷進步，以及相應科研單位的進一步研究也有了顯著提高，并隨著煤炭行業的不斷快速發展，故障檢測診斷技術不斷的被廣泛采用，并且在煤礦日常生產和管理過程中取得了顯著的成效。

2.采煤機工況檢測和故障診斷技術

采煤機故障檢測與診斷系統主要包括以下幾個方面：

2.1變頻器故障檢測系統

該系統是用來將各檢測工況的檢測參數信號傳送到工況檢測及故障診斷中心，由檢測中心進行相應的處理后，并給予圖文顯示的。故障檢測與診斷系統具有眾多的保護功能，在設備運行過程中所使用的變頻器不但有一個相對獨立的液屏顯示器，還將采煤機自身的一些牽引速度以及電機電流、電壓等諸多參數顯示出來，同時也能對28個工況參數等進行有效檢測，并在其運行過程中具備溫度保護、過電壓、欠電壓及過電流等多種保護特性。其中變頻單元最主要的功能是一個信號傳輸的過程，將變頻器檢測出來的工況檢測信號通過變頻器傳送到故障檢測中心進行診斷，通過檢測中心對所獲得的參數進行參考，然后再對故障進行處理，最后通過文字或者是圖形的方式將所要傳達的信息顯示出來。

2.2工況檢測及故障診斷

工況檢測及故障診斷系統是存在于計算機內部的一個程序，通過Windows操作系統來進行工作。這個系統的主要功能是當發現故障或者根據數據參數顯示將有事故發生時，屏幕上就會第一時間將這個消息傳送到采煤機控制中心，并對其發出信號，采煤機控制中心在接受到這個信號后會通過聲光報警的形式，或者采取相應的故障保護措施等來降低或減少故障帶來的損失。

2.3檢測151.5mm顯示單元

這個顯示單元是有許多電路及彩色液晶顯示屏等組成。該顯示單元內容豐富，包含有工況檢測參數、及在工作過程中為減少損失提醒人們及時采取措施的報警系統，還有對發生的故障進行診斷后的結果等。還包括許多的檢測單元，有左右搖臂式的，也有對機身進行檢測及高壓控制箱等中斷檢測單元等。

3.如何預防煤礦機電設備事故

我國是一個人口眾多、能源消耗大的國家，隨著煤炭行業的日益快速發展，越來越多的人投身于煤礦事業，山西、東北、山東等地都是礦區的集中地，煤礦的安全也越來越受到國家的高度關注，每年所發生的重特大安全事故，總是會讓人們觸目驚心。

2004年10月20日22時09分鄭煤集團大坪煤礦的事故一直讓人們記憶猶新，當時是由于煤礦井下瓦斯逆流進入進風流所引起的瓦斯爆炸，事故共造成148人死亡、32人受傷的慘狀，引起此次事故的主要原因是檢測監控不健全，發生延期性煤與瓦斯突出。例如中國礦業大學的KTD型旋轉鐵譜儀和計算機磨屑圖像分析系統等，就是故障檢測診斷技術研究在生產中具體應用的典型事例。所以，故障檢測與診斷技術的合理應用是預防煤礦重大事故，乃至重特大事故發生的重要手段，也是十分必要的。

隨著煤炭行業的不斷發展，煤礦安全成了人們最關注的問題。煤礦是一個生產系統性要求較強的高危險行業單位，由涉及煤礦各種專業的管理者、工程技術人員，以及各個工種的操作人員等構成，人員文化水平、素質參差不齊。所以，不管是管理者還是職工都要加強對煤礦安全知識的學習，掌握基本的安全知識與理論，確保自身及他人安全，乃至國家財產安全；要加強對煤礦安全生產技術的進一步學習與培訓，掌握煤礦機電設備的故障檢測與診斷技術，保證機電設備在即將有故障或已有故障時，能及時診斷出來，并正確地加以維修，以減少維修時間，提高維修質量和節約維修費用，應使重要的設備能按其狀態進行維修（即視情維修或預知維修），不斷扭轉或改革目前按時維修的體制；提高職工的安全生產意識，減少事故發生，保證可靠地、高效地發揮機電設備在生產中應有的功能。

3.1加強管理制度

煤礦的工種比較多，也是一個危險系數比較高的崗位，在選擇職工的時候要本著認真、負責的態度來安排工種，不能徇私。要加強對職工的管理，特別是對臨時工更要加強教育及培訓，對于特殊工種的工人要嚴格制止經常性調換工作的現象出現，一定要嚴格進行各工種考核，持證上崗，并嚴格遵守國家對煤礦所制定的各種法律法規、規定，以及企業對煤礦所制定的各種管理辦法、獎懲制度。

3.2加強對職工的安全培訓

煤礦機電設備故障檢測與診斷技術是當今生命力旺盛的新興學科，這就要求煤礦盡量將每位職工放在一個適合自己的崗位上。對于技術工與管理層的人要實行競爭上崗的形式，讓員工通過競爭不斷自覺學習設備故障檢測與診斷技術，來提高自身業務知識和技能水平，增強掌握新知識、新技術的素質，保證機電設備能處于最佳的運行狀態。每隔一段時間就進行一次業務技能考核，對表現優秀的員工給予物質獎勵及精神鼓勵等。要定期培訓，加大培訓力度，提高職工掌握機電設備故障檢測與診斷技術的意識，施行“以人為本”的現代管理理念。

3.3加強安全工作力度

要想將煤礦安全工作做好，充分應用煤礦機電設備故障檢測與診斷技術，監督和獎懲是非常重要的。要嚴格禁止僥幸心理及違章現象的出現，領導要在嚴把生產關的時候把好安全關，對違章、違規人員進行一定的懲罰制度，采取一定的獎罰措施促進煤礦各安全管理制度的有效實施，保障機電設備故障檢測與診斷技術在煤礦生產中的良好應用。

4.結束語

所以，煤礦機電設備的故障檢測與診斷技術的應用是一種了解和掌握設備在使用過程中的狀態，確定其整體或局部是正常或異常，早期發現故障及其原因，并能預報故障發展趨勢的生命力旺盛的新興學科。由于種種原因，該技術尚未在煤礦中廣泛普及，因此，要加強對煤礦故障檢測手段及診斷技術的大量研發和投入，要加強煤礦與科研單位的技術合作和交流，要加強對新技術的不斷推廣和應用，需要煤礦堅持引進科技人才和加強外委培訓，才能使煤礦機電設備故障檢測與診斷技術的應用日趨普及、成熟和完善，從而全面促進我國煤炭行業的穩步前進，與時展及要求同步。

【參考文獻】

[1]雷振廷，查伏強.故障檢測診斷技術在煤礦機電設備中的應用[J].科技資訊，2008（35）.

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一、自動故障檢測與診斷的流程和故障

暖通空調系統內的裝置數量比較多，人工故障檢測會浪費大量的時間，并且檢測結果準確度也得不到保障。自動化技術應用在故障檢修階段后，在基層中形成了規范的檢測流程，暖通空調使用階段所產生的參數變化會第一時間反饋到控制系統中，并自動對故障問題做進行報警，使技術人員能夠第一時間了解到現場出現的問題。暖通系統故障診斷也是十分復雜的工作任務，涉及到所用技術以及故障的引發原因，借助自動檢修系統來完成控制任務，可以在短時間內了解到故障所發生的位置，以及對系統的影響。實現這一目標需要探測器與傳感器的參與，將系統的運行參數調節到合理的范圍內。

二、自動故障檢測與診斷的研究進展

1、國外自動故障檢測和診斷技術的發展

自動檢測技術最初是由國外提出的，在暖通系統中應用是通過程序控制來是實現數據反饋的。初期只是用于建設診斷時間，仍然需要人工對數據進行記錄管理。隨著技術的發展，逐漸產生一些故障診斷軟件，應用在暖通的控制系統中，從數據監測到搜集整理都能系統化的完成，節省了大量時間，此時技術已經十分成熟，在建筑物的暖通空調總控制模塊也應用了計算機設備，運行與存儲能力都有明顯的提升。國外研究技術時注重對故障問題的優化解決，提升運行效率將故障影響降至最低。

（1）對自動故障檢測與診斷技術的調查研究進展。國外重點調查過檢測的統計方法，解決了殘差的問題；運用多種狀態檢測定位部件故障；總結某些基本故障中的檢測方法等研究。

（2）故障的檢測及其性能能夠影響到研究的進展。以前的自動故障檢測和診斷技術都需要使用人工方法來研究性能。比如使用閥門的開度來研究管路的阻力，有少數的研究涉及到故障對系統的性能影響。

（3）故障修復頻率及其成本的研究。關于暖通空調系統分析故障原因的文獻很少，因此對此有過最廣泛的研究。

（4）暖通空調設備中自動故障檢測與診斷技術的研究。自動故障檢測與診斷技術一開始只是應用于制冷設備，但由于考慮到微處理器和設備成本，大量的科研。

2、國內自動故障檢測與診斷技術的發展

國內技術研究中將應用環境風險隱患放在重點部分，所設計的控制方案中大部分也是針對參數誤差進行調節的。信號傳播形式上也有很大的變化，采用模擬信號的方法來傳送，這樣可以避免受到電磁波干擾的影響，并且在系統中也能夠減少中間環節，更高效的完成檢測維護任務。

（1）對性能的控制、優化和故障診斷的研究。總結制冷系統中常見的故障機器，并通過常規知識來進行驗證；依據現有知識建立故障標準模式；提出方程組封閉性、穩定狀態檢測等問題的解決方法；采用人工神經網絡方法來進行故障檢測與診斷；采用神經網絡智能方法來解決問題；暖通空調系統的性能優化，并進行實驗解決一些問題。

（2）對傳感器故障診斷的研究。傳感器的自動故障檢測與診斷的內容很少，因此陳友明教授對此進行實驗，分析了其研究現狀和應用情況，并且采用PCA方法進行建模，對四類傳感器進行了檢測與診斷。

三、自動故障檢測與診斷的研究現狀

對暖通空調的自動故障檢測與診斷開始于1980年，很多學家對其進行了大量的研究。在元件和子系統方面的故障檢測進行了更加深入的研究。目前在傳感器故障診斷上進行了一些研究：利用精神網絡法檢測和診斷AHU的傳感器故障，并且采用回歸模型恢復其送風溫度；利用制冷機系統來停止診斷故障；利用神經網絡診斷恢復送風流量傳感器和新風流量傳感器，實現容錯控制；采用直接求解方法來實現恢復傳感器故障；利用讀數進行故障檢測。

四、故障診斷的方法

檢測常用的形式有兩種，直接與間接。將探測裝置檢測得到的數據傳入到總控制系統中，系統會在短時間內完成運算，確保所得到的診斷結果與實際情況一致。這樣檢測任務才能夠高效的開展。建筑工程的暖通項目設計到投入使用經過了復雜的安裝城程序，自動化檢測是基于運行原理來進行的，不會對功能實現帶來影響。間接方法需要在正常條件的系統情況、和已知的故障來進行建立系統模型，利用建立的系統模型來進行實時預測，將預測到的參數同實際測量到的參數的偏差，來進行故障分類。間接方法包括回歸法、物理原理法、神經網絡和模糊邏輯法。它的分類方法和直接方法相同，唯一不同之處就是建立模型的方法不同。因此要減少模型誤差，以此來提高診斷故障的準確性和可靠性。

五、自動故障檢測與診斷在暖通空調中的應用

如今故障檢測與診斷在暖通空調中和制冷系統中有了很好的發展，且收到廣泛的應用。早期的故障診斷工具一般都是手提式診斷器，當維修人員要進行設備維修的時候，用手提式診斷器來檢查系統故障。手提式診斷器的優點在于一臺機器可以診斷檢測多種系統，所以手提式診斷器需要配置的傳感器的精度需要很高。它的缺點在于不能在線進行檢測和診斷，診斷出來的結果是一種靜態檢測結果，而不能反映動態檢測的結果。因此出于可靠性和安全性考慮，在此基礎上嵌入故障診斷和保護系統，設備的開啟和停止能夠起到保護的作用。

比如制冷系統的壓力超過上限的時候，保護系統認為有故障了便會自動停止運行。因此需要保證設備的使用壽命，還能夠保護到設備和工作人員的安全。但是保護系統智能對較大的故障問題進行檢測和診斷，如果系統的運行狀態出現惡化的情況就無法進行檢測了。而且在初期故障發生的時候，并不能及時檢測到，會造成能源上的巨大消耗。

然后使用暖通空調的人員開始從節約能源和舒適度進行開率，開發適用于系統故障診斷方法。比如將故障診斷供熱系統的系統應用到城市供暖方面，此類診斷系統能夠及時診斷出設備運行情況，對其進行實時監控和故障診斷，能夠更好的保證室內舒適度，但是，在時間和方法上，系統還是不太完善，它只能夠適用于特定系統內。

六、故障診斷的發展方向

（1）理論研究和方法研究需要加強。尋找的故障診斷方法要具有以下的特性，使用性廣、簡單性和理解性；因此要加強對暖通空調系統的故障檢測和診斷的研究。

（2）加強系統的可靠性研究。加強對故障診斷系統的可靠性，還要減少其錯誤，因為如果經常出現錯誤問題，操作員會認為該技術沒用，而關掉系統。因此系統根本起不到任何作用，因此要加強可靠性。

（3）加強系統的經濟性研究。加強自動故障檢測和診斷系統的經濟效益分析，清楚的了解到該系統的好處；降低對該系統的成本費用，診斷方法要利用系統本身的器件，而不要增加更多的元件。

篇（8）

空調系統中保證各類傳感器的讀數正確，及時發現傳感器故障，是空調系統最估運行的重要保證。我們已經給出了空調系統的傳感器故障類型[1]，本文將用主成分分析法對空調系統中傳感器的這些類型的故障進行診斷，以便及時辨別出故障類型，做出正確決策，及時恢復測量，使系統可靠正常運行。

1 主成分分析法（PCA）及故障檢測、識別方法

某一系統或過程傳感器測量值之間并不是孤立的，它們之間具有高度的相關性，在正常情況下，這種相關性是由物理、化學等基本規律所控制的，如：質量守恒、能量守恒等。而當某些傳感器出現故障時，就會打破這種測量值之間的相關性。主成分分析法能充分反映這種相關性，因此，我們采用PCA方法進行故障檢測與診斷。

1.1 PCA建模

設某測量矩陣， ，其中m是測量變量數，n是測量樣本數。X的每一列都進行了零平均化，X可以分解為：

（1）

其中 ----測量的可模部分， ----測量的殘差部分，在正常情況下，主要是自由噪聲。

根據PCA的方法， 和 可分別表示為：

（2）

（3）

式中：T----得分矩陣， ；

P----荷載矩陣， 。

其中，l為PCA模型所包含的主成分數，后面將介紹如何確定它。P的列向量分別是X的協方差陣P的前l個最大特征值λi所對應的特征向量。 的例則分別是剩下的m-l個特征微量。根據統計學原理，X的協方差陣可以用下式進行估計：

（4）

對于每一個測量樣本x，其可表示成為：

（5）

（6）

式中，

（7）

是x是在主成分子空間PCS（Principal Component Subspace）內的投影，而 是x在殘差子空間RS（Residual Subspace）內的投影。

1．2 故障檢測

在正常情況下，測量樣本向量在殘差子空間內的投影應當很小，主要是自由噪聲。當某一故障發生時，這個投影就會顯著地增加。因此，可以通過檢測測量數據在RS內的投影大小 來檢測故障是否發生。通常使用的統計量是：平方預測誤差SPE（Squared Prediction Error），如式（8）所示：

（8）

當 時，認為系統運行正常，而當 時，就認為系統出現故障。δ2為SPE的置信限。δ2可用下式計算[2]。

（9）

（10）

（11）

式中：l----模型的主成分數；

ca----置信度為a的標準正態分布置信限；

λ----協方差陣R的特征值。

1．3 故障重構

利用式（6），可以對故障向量x進行估計，也就是說， 可以看在是x的一個估計值。但是， 并不是x的最佳估計，因為在估計 時所使用的x是包含有故障的數據。因此，為了消除故障的影響，利用前一次獲得的估計值xnew去代替x，通過多次近迭代，就會使得xnew逼近于x的正常值x*。

假設樣本x中的第I個分量發生了故障（假設只有一個故障），即xi是一個故障值，可以利用下式進行迭代：

（12）

式中， 為矩陣的C的第I列用0代替cii值之后的向量。可以證明，該迭代總是收斂于[3]：

（13）

式中，cii≠1，說明該變量不能被重構。

1.4　故障鑒別

為了進行故障鑒別，文獻[4]提出了一種針對各種可能的故障方向，利用逐個重構的方法進行故障鑒別。對于測量值x，由于故障的存在，其SPE（x）必定會顯著增加，若故障重構的方向正好是故障發生的方向，其重構后的SPE（）必定會顯著地減少，若重構的方向不是故障發生的方向，則SPE（）不會發生顯著地變化。因此，可以用鑒別指數SVI進行鑒別：

（14）

其中（）----是測量向量x沿第j個方向重構后的數據向量。

顯然，SVI∈[0 1]，若SVIj接近1，說明第j個重構方向不是故障發生的方向；相反，若SVIj接近0，說明第j個重構方向正好是故障發生的方向。

1．5 最優主成分數的確定

前面在建立模型時已經用到了主成分數的概念。主成分數對模型的好壞影響很大，如果主成分數選得過小，不利于小故障的檢測；而若主成分數選得太大，又會不利于大故障的檢測。因此，存在一個確定最優的主成分數的問題。可以根據不可重構的方差來選擇最優主成分數[4]。

不可重構方差是指重構前后測量變量之間的方差：

（15）

式中：Var（.）----表示方差算子；

E（.）----表示數學期望算子；

----xj的重構值；

xj----的第j個分量；

ξj----為故障方向向量。

用保證最小總的不可重構方差來確定最優的主成分數，即：

（16）

這樣，通過選擇不同的主成分數l，分別計算出∑uj，最后選取最小的∑uj所對應的主成分數為最優的主成分數。

2 傳感器故障的檢測與診斷的空調監測系統

圖1是一空調系統冷凍機房系統示意圖。該系統包含兩臺同樣的制冷機，每臺制冷機配備有各自的一級水泵，為保證每臺制冷機蒸發器冷凍水的流速基本不變，一級泵為定速泵。兩臺二級泵為建筑供水，二級泵根據建筑負荷大小變頻調節水泵的供水量，多余的水量由旁通管流回制冷機。當旁通流量大于一臺一級泵的流量時，停止一臺制冷機及相應水泵；而當旁通流量出現負值且大于一定的時間時，開啟一臺制冷機及相應的一級泵。為保證制冷機的工作時間大致相等，實行先停先開、先開先停的控制策略。

系統的傳感器的安裝位置與類型如圖1所示。共有四個流量傳感器：制冷機1、制冷機2出口各有一臺流量計，建筑供水流量計，旁通流量計。共有五個溫度傳感器：制冷機1、制冷機2供水溫度傳感器，建筑供水溫度傳感器，建筑回水溫度傳感器，制冷機回水溫度傳感器。

圖1 空調系統冷凍機房系統示意圖

根據給定的負荷，在HVAC專用仿真軟件TRNSYS上對系統進行仿真。傳感器的采樣時間間隔為1min，仿真時間為4d。從采樣的數據中選取穩定條件下的正常操作數據共5000組，進行平均化后，且前述方法建立模型。

轉貼于 3 故障診斷

首先確定主成分數。計算不同的主成分數時總的不可重構方差，選取決的不可重構方差最小時的主成分數為最優主成分

數。此時的最優的主成分數是3，因此用3個主成分建立模型。

為了比較四種類型故障，選用同一個傳感器----建筑供水溫度傳感器進行故障檢測和診斷，隨機誤差 。無任何故障時的測量信號見圖2（a），正常條件下的故障檢測情況見圖2（b）。從圖中可以看出，SPE（x）沒有超出極限值δ2，說明數據正常。

圖2 正常數據的檢測

（a）正常建筑供水溫度數據信號；（b）正常數據的檢測結果

3.1 偏差故障

選ft=1.5℃，由文獻[1]式（3）計算了出這時的故障測量值。圖3（a）是這時的正常數據與故障數據的比較。圖3（b）是這時的故障數據檢測結果，SPE值超過了δ2限，檢測出故障。SVI指數監測結果見圖3（c）。

3．2 漂移故障

選取d=0.05，由文獻[1]式（5）計算出這時的故障測量值。圖4（a）是這時的正常數據與故障數據的比較。圖4（b）是這時的故障數據檢測結果，在故障發生一段時間后，SPE值超過了δ2限，檢測出故障。SVI指數監測結果見圖4（c）。由圖可以看出，由于故障大小是逐漸增加的，在剛開始，故障很小，不能被檢測出。隨著時間的推移，故障不斷增大，SPE指數也不斷在增加，故障被檢測出來。

圖3 偏差故障檢測與診斷

圖4 漂移故障檢測與診斷

（c）正常數據與故障數據比較；（b）故障檢測；（c）故障鑒別

圖5 精度等級下降的檢測與診斷

圖6 完全故障檢測與診斷

（c）正常數據與故障數據比較；（b）故障檢測；（c）故障鑒別

3．3 精度等級下降

選取ft∽N（0，2），由文獻[1]式（7）計算出這時的故障測量值。圖5（a）是這時的正常數據與故障數據的比較。圖5（b）是這時的故障數據檢測結果，圖5（c）是SVI指數監控結果。從圖中可以看出，SPE指數的波動很大，有時很大，而有時又很小，甚至不能被檢測到，但多數情況超過了極限。這主要是由于故障類似于噪聲的原因造成的。SVI指數也是如此。因此，對于這類故障，如果 較小時，很容易被人認為是自由噪聲而難于被檢測出.

3.4 完全故障

選取xt=0℃，圖6（a）是這時的正常數據與故障數據的比較。圖6（b）是這時的故障數據檢測結果，SPE值遠遠超過了δ2限，指數很大，說明這時的故障較大。完全故障與偏差故障表現很相似，但完全故障的SPE遠偏差故障大。

4 結語

本文利用主成分分析法對空調系統傳感器四種故障進行診斷。SPE指數和SVI指數分別用來進行故障檢測和鑒別。通過最小化總體不可重構方差來確定模型的最優主成分數。對空調冷水機組監測系統傳感器的四種類型故障檢測與診斷特性進行了比較，主成分分析法是一種很好的傳感器故障檢測方法，對傳感器的各類故障均有很好的檢測、診斷特性。

參考文獻

1 陳友明，郝小禮，空調系統中傳感器故障檢測與診斷方法的研究----傳感器的故障類型及數學描述，全國暖通空調制冷2002年學術年會論文集，2002，11

篇（9）

中圖分類號：TU831 文章編號：1009-2374（2015）06-0082-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.0468

1 對于暖通空調系統故障的相關了解

對于暖通空調的故障來說，檢測和診斷是兩個不同的步驟，也是不同的工作情況，故障的檢測是通過一些基本的方法，檢測出系統發生故障的確切地點，而故障的診斷是將故障的基本情況給確定下來，如故障的大小、范圍等。一般來說，對于故障的檢測和診斷沒有具體地將其劃分開，而是通常都叫成是故障檢測與診斷。故障的診斷和檢測技術的存在，保證了暖通空調設備的程序處在高效率的運行狀態，通過自動化設備的配合降低了能源的消耗，提高了經濟效益。因此，加強對暖通空調故障的預測和監控就顯得特別重要，要將其重視起來，用來保證減少故障的出現，使設備的使用壽命增加，給那些用戶提供一個良好、清新的室內環境。

對于通暖系統常見的故障進行分析，尋找原因。對于通暖空調的系統來說，它是集合了多種設備，用許許多多的參數之間的相互耦合，來增加系統的復雜性和故障的關聯性，所以這種系統之間是有著相互聯系和影響的。在通暖空調的系統中，如果其中一個部件出現了故障，就會影響到其他部件的使用，影響到它們的工作效率，然后就會使整個暖通空調的系統造成影響。我們舉一個例子來說明一下，在蒸汽壓縮式制冷循環中，如果其中的冷水泵設備出現故障，那么冷水泵就會使水流量減少，在單位時間內通過蒸發器的水量就會相對的減少，那么蒸發的溫度和蒸發的壓力就會隨著降低，就會影響到壓縮機的壓縮比，使其隨著升高，那么相對的能量損耗就會增大，系統的整體工作效率和帶來的收益就會隨之降低，嚴重的時候還會讓壓縮機受到損壞，這就是暖通空調系統中一個部件出現問題，隨之就會出現一系列問題的全過程。就是因為這種原因的存在，所以我們很難判斷出系統到底哪里出現了問題，很難找出故障的準確位置。暖通空調系統故障的第二個原因就是它安裝的傳感器太少，因為傳感器可以起到監測的作用，所以使得檢測的信息量不足。第三個原因就是暖通空調系統自動檢測的時候，把大量復雜的數據集中到了一起，給系統的管理者和操作者帶來非常大的困擾，因為數據量非常大，沒有直觀的圖形和文字將其表述出來，且這些數據會不定時地發生變化，更加增大了工作人員的困擾，所以具體的檢測還是要靠人工來執行。但是人為的檢測分析判斷難免會出現紕漏，會忽略到一些關鍵的細節，所以給系統以后的故障埋下了種子。

暖通空調系統故障帶來的后果。因為暖通空調故障種類繁多，幾乎每一個部件都有可能發生故障，所以對這些故障進行了分析統計。對于全封閉的蒸汽壓縮式空調系統來說，它發生故障的原因有75%是由于電氣故障而引起的，18%是由于機械故障引起來的，剩下的7%則是由管路或者閥門出現故障而導致的。其中的電氣故障則88%是由電動機損壞造成的，機械的故障則是因為內部的零件損壞而出現故障。暖通空調系統故障一般不會造成重大的事故，也不會出現威脅人生安全的事故，主要的不足就是無法給人們提供一個良好的室內環境，讓室內環境變差，增加能源的消耗，最后導致設備

損壞。

2 暖通空調系統故障的檢測和診斷方法

暖通空調系統故障診斷和檢測的過程。在早期的時候，故障的檢測和診斷主要是在連接能源管理和自動化控制的系統中個人計算機存檔的靜態數據庫中，但是這種檢測有著很多的不足之處。隨著科技的進步，現在的故障檢測和診斷手段嵌入了動態的控制系統體系，完善了檢測和診斷的技術。制定一些模型數值或者一些經驗數據，當傳感器測量得到的實際運行過程中的參數和由模型得到的計算值在診斷軟件中進行對比和評估，它們之間的差值作為傳送的數據，送到故障診斷分析其中的問題，如果這個差值逐漸的增大時，就說明了這個系統發生故障的可能性就會增加。根據檢測系統的分析，就會將故障的診斷結果及時傳送出去進行顯示。這些故障診斷由輸入的數據類型、復雜程度、性質等進行分區，較難的診斷就會需要長時間來完成，或者由更高層次的診斷設備來完成。

暖通空調系統故障的檢測方法。在以前，我們所用的方法就是用直接、解析和時序三種冗余法來進行檢測。基于定量模型法在相同的情況下可以通過比較實際系統或者仿真的模型運行狀態來進行檢測和診斷系統故障，但是在執行的時候需要具體的、精確的數據模型來進行檢測。還有一些基于定型模型法、基于統計學法、人工神經網絡法和模式識別法等可以對暖通空調系統的故障來進行檢測。

3 電氣自動化技術系統

空調系統的遠程監控系統就是通過電氣系統控制的：（1）監控計算機系統對整個暖通空調系統的設備和機組的監視主要就是以動態圖形的方式進行的，對現場的冷熱源泵站、空壓機站自控子系統等進行綜合的研究，協調控制，并自行記錄和統計相關的數據，然后進行自動檢測的故障報警；（2）對于第二個大系統的子系統主要完成下面的一些控制，三臺溴化鋰冷水機組按照時間來進行控制，對它的啟動和停止順序的控制，對它的節能及優化啟動或停止的控制，對它的壓差控制；（3）聯合廠房自動控制子系統，主要的控制就是對其新風機組及空調機組實施時間順序的起停控制，然后就是控制它的溫度，還有它的季節轉換模式和監視功能的控制。這些都是電氣自動控制系統，我們對其實行相應的檢測技術就可以很好地控制這個系統，對它的診斷檢測也就方便得多。

4 結語

現在許多商業建筑設施內都有暖通空調系統，而且這種系統在今后也將會越來越普遍，所以對其系統的故障問題我們必須要有足夠的重視。配套的自動化設備也要不斷優化更新技術。對于其系統來說，它的出現在一定程度上減少了能源的消耗，符合國家的經濟政策和發展戰略，所以對其故障的診斷技術和檢測技術要加大力度研究改進，最后將其完善，給用戶提供一個良好的體驗環境，為建筑提供一個良好的室內環境。在將來的發展當中，暖通空調系統故障診斷檢測工具將會成為一個標準的操作部件，會將其逐漸地運用融合到電氣建筑的控制系統中去，甚至可能成為能源管理與控制的一個模塊，不再受到人為因素的限制。但是想要這樣的目標實現，我們還得對其進行針對性的研究，進行融合實驗，讓其不再成為目標，而是成為現實中的存在。

參考文獻

[1] 李安桂，等.建筑環境與設備工程專業[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.

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中圖分類號：02 文獻標識碼：A

1 國內汽輪機故障監測診斷技術概況

我國的設備診斷技術自1983年起步，初期主要應用于石化、冶金及電力等行業，進入20世紀90年代后，迅速滲透到國民經濟的各個主要行業。大型汽輪發電機組的在線監測與故障診斷技術作為國家“七五”、“八五”重大科技攻關項目，并在“九五”期間仍繼續受到支持，其重要意義是顯而易見的。西安交通大學、哈爾濱工業大學、清華大學等一些高校及西安熱工研究院等一些研究單位在大型汽輪發電機組故障機理及其診斷技術研究方面總體上處于國內領先水平。

30多年來，我國在汽輪機故障診斷技術方面有了長足進步，不斷吸收各門科學技術發展的新成果，診斷的理論與應用有了很大的發展和進步，它涉及系統論、控制論、信息論、檢測與估計理論、計算機科學等多方面的內容，成為集數學、物理、力學、化學、電子技術、信息處理、人工智能等基礎學科以及各相關專業學科于一體的新興交叉學科。故障診斷技術研究的主要內容包括以下4個方面：故障機理；故障信息處理技術；故障源分離與定位技術；人工智能技術的應用研究。但是，由于近年來大型汽輪發電機組單機裝機容量的不斷增大，而對大型機組許多常見故障的機理、故障特征及現場診斷方法的研究還有待進一步的深入。

2 汽輪機故障診斷技術的發展

2.1 信號采集與分析

2.1.1 故障信息采集

由于汽輪機工作環境具有特殊的工作環境，因此在進行故障信息采集時，我們必須借助傳感器進行信息采集，所以傳感原件的性能對于故障信息的采集就起到了關鍵的作用。目前技術部門已經開發研制了感應靈敏、自動化程度高的新型傳感器，這些新型傳感器的應用，大大減少了誤診率和漏診率；硬件方面的研究開發也需要軟件的支撐，國外專家將高性能傳感器應用與動態觀測器，應用人工神經網絡理論，開發出故障診斷系統軟件，軟硬件的結合使用大大提高了故障信息的采集與分析效率。在國內西安交通大學、上海交通大學、華中理工大學對傳感器故障檢測和傳感器信號的可靠性方面也進行了研究，取得了突破性的進展。

2.1.2 信號分析與處理

目前對于采集信息的處理分析，比較成功的還是在對汽輪機振動信號的分析處理上。汽輪機故障診斷系統中的振動信號處理大多采用快速傅立葉變換，的思想在于將一般時域信號表示為具有不同頻率的諧波函數的線性疊加，它認為信號是平穩的，所以分析出的頻率具有統計不變性。正是由于傅立葉變換法對很多平穩信號的情況具有適用性，因而得到了廣泛的應用。但是，對于很多的檢測信號并非都是線性、平穩的信號；因此對于實際的信號分析處理成為一個重要問題。在國內外很多專家將小波分析法用于汽輪機動靜碰摩故障診斷和汽輪機軸心軌跡的識別，已經取得了一些進展。西安交通大學引入Kolmogorov復雜性測度定量評估大機組運行狀態，吸收全息譜的優點，進行軸心軌跡的瞬態提純。

2.2 故障機理與診斷策略

2.2.1 故障機理

故障機理是故障的內在本質和產生原因。故障機理的研究，是故障診斷中的一個非常基礎而又必不可少的工作。目前對汽輪機故障機理的研究主要從故障規律、故障征兆和故障模型等方面進行。由于大部分軸系故障都在振動信號上反映出來，因此，對軸系故障的研究總是以振動信號的分析為主。在綜合振動與噪聲特性的基礎上，東北電力學院還開發了可對旋轉機械和摩擦進行在線監測的儀器，該儀器用四個通道進行聲信號檢測，另外四個通道用于振動監測，可以大致確定摩擦的部位。調節系統的可靠與否，對汽輪機組的安全運行具有非常重要的意義。

2.2.2 診斷策略和診斷方法

在汽輪機故障診斷中用到的診斷策略主要有對比診斷、邏輯診斷、統計診斷、模式識別、模糊診斷、人工神經網絡和專家系統等。而目前研究比較多的是后面幾種，其中人工神經網絡和專家系統的應用研究是這一領域的研究熱點。

小波分析是近年來發展非常迅猛的時頻分析方法。由于其對信號去噪、還原性都較好，特別適用于對含有大量背景噪音的信噪比非常低的信號分析和調理；基于小波分析方法和神經網絡建立的智能分析技術，是下一代故障檢測與判定（FDI）的重要內核。國內外在這方面進行了很多的研究，目前應用最多的是前向神經網絡、BP神經網絡以及把神經網絡與模糊診斷相結合的模糊神經網絡等。診斷策略的研究還有：模糊診斷用于振動故障診斷、用于轉子碰磨診斷、用于通流部分熱參數診斷的研究；模糊關聯度用于多參數診斷等；診斷方法上的研究一直是故障診斷的一個重點。振動法是應用最普遍也比較成熟的一種方法。在汽輪機故障診斷中，應用熱力學分析診斷汽輪機性能故障也是一個重要手段，另外還有油分析、聲發射法、無損檢測技術等。

3 故障診斷中存在的問題

3.1 檢測手段還需改進

汽輪機故障診斷技術中的應用到了很多數學方法，甚至專家系統中的一些推理算法都達到了很高的水平，而監測數據的的獲取成為了一個重要影響因素，也就是說我們的檢測手段跟不上診斷的需要；例如轉子表面溫度的檢測、葉片動應力檢測、調節系統卡澀檢測、內缸螺栓斷裂檢測等，都缺乏有效的手段。

3.2 復雜故障的機理了解不夠

對故障機理的了解是準確診斷故障的前提。目前，對汽輪機的復雜故障，有些很難從理論上給出解釋，對其機理的了解并不清楚，比如在非穩定熱態下軸系的彎扭復合振動問題等，這將是阻礙汽輪機故障診斷技術發展的主要障礙之一。

3.3 診斷技術應用推廣面臨的問題

我國汽輪機診斷技術在現有基礎上，進一步推廣應用面臨的主要問題是研究開發機制和觀念問題、診斷技術與生產管理的結合問題。機制和觀念問題主要表現在：研究機構分散，不能形成規模化效應；重復性研究過多，造成人力、物力的浪費；技術研究轉化為應用產品的少；系統研究連貫性差，因而系統升級困難；應用系統的維護與服務得不到保證等。診斷技術與生產管理結合不好，表現在各種技術的相互集成性不好，與生產管理相孤立，不能創造預期的效益，使電廠失去信心。

4 汽輪機故障診斷的發展前景

汽輪機故障診斷技術的研究已經得到廣大電力企業和專業技術人員重視，針對汽輪機及其系統各類故障的各種新檢測技術將是一個主要的研究方向，在諸多研究實力強大的高校和專業機構的帶動下，必然會會出現許多科技成果，任何時候，故障機理的研究勢必推動故障診斷技術的發展。故障機理的研究逐漸深入，將集中在對漸發故障定量表征的研究上，研究判斷整個系統故障狀態的指標體系及其判斷閾值將是另一個重要方向。而對于汽輪機故障診斷，將從以振動診斷為主向考慮熱影響診斷、性能診斷、邏輯順序診斷、油液診斷、溫度診斷等的綜合診斷發展，更符合汽輪機的特點和實際。診斷與仿真技術的結合將主要表現在，通過故障仿真辨識汽輪機故障、通過系統仿真為診斷專家系統提供知識規則和學習樣本、通過邏輯仿真對系統中部件故障進行診斷。

參考文獻

[1]周愛紅.汽輪機狀態監測與故障智能診斷系統[D]，重慶大學，2003.

[2]王正紅，趙林度，盛昭瀚.軟件重用在故障診斷專家系統設計中的應用[J].東南大學學報（自然科學版），2002.

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Abstract: As a result of complementary, redundancy, and uncertainty are the characteristics of large power transformer, this paper will analyze the transformer oil and fault that is proposed based on the on-line monitoring technology and diagnosis technology for the detection of transformer oil and fault diagnosis model, is proposed for fault diagnosis of transformer oil.

中圖分類號：F407.61文獻標識碼：A 文章編號：

引言

在線監測技術是分析目前對電力變壓器進行故障診斷最方便、有效的手段之一。在線檢測技術極大地提高絕緣診斷的效率和準確性同時還可節約大量的人力和物力的損耗。并且，根據被測設備的當前工作數據，結合過去的經驗，用先進的方法及時而全面地進行綜合分析判斷，為捕捉早期潛伏性故障隱患提供指導。在線監測是保障電力系統正常運行和工作的重要環節之一，它可以為設備的故障提早發出警示，以確保電網的安全運行。

大型變壓器一般都為油浸式變壓器，采用油紙絕緣結構。油在變壓器當中起到絕緣和冷卻的作用。變壓器在運行過程中，由于熱和電的作用，變壓器油會逐漸老化并分解產生少量的低分子烴(氫氣、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、乙烯)等氣體，當存在潛伏性故障時，會加快這些氣體的產生速度，因此要監視變壓器的運行狀態，利用離線和在線技術對油中氣體的定性定量分析，其意義是十分重要的，實踐證明，也是非常有效的手段。

1、變壓器油質劣化因素及其對策

1.1變壓器油劣化因素

(1)設備條件。變壓器設備設計制造采用小間隰，運行中易出現熱點，不僅促使固體絕緣材料老化，也加速油的老化。一般溫度從60一70℃起，每增加10°C油氧化速度約增加一倍。另外，設備的嚴密性不夠，漏進水分，會促進油的老化，選用固體絕緣材料不當，與油的相溶性不好，也會促進油的老化，所以設備設計和選用絕緣材料都對油的使用壽命有影響。

(2)運行條件。變壓器、電抗器等充油電氣設備如在正常條件下運行，一般油品都應有一定的氧化安定性，但當設備超負荷運行或出現局部過熱，油溫增高時，油的老化相應加速。

(3)污染問題。新油注入設備時，都要通過真空精密過濾、脫氣、脫水和除去雜質。當清潔干燥油注入設備后，油的介質損耗因數有時會增大，甚至超過運行中規定2％的最低限值。

(4)運行中維護。運行中油的維護很重要，目前變壓器大部分不是全密封，如果呼吸器內的干燥劑失效不能及時更換，將潮氣帶人油內，油內抗吸附劑失效后，未能及時補加，會促使油的氧化變質。

1.2 對策

綜上所述。影響變壓器油質劣化的因素是多方面的。既有人的因素，也有設備因素，但歸根結底是人的因素。只要充分認識油質對設備安全、經濟運行的重要關系，增強責任感和事業心，那么不論設備問題，還是管理問題都會迎刃而解，就油質對策，在此不妨提出幾點看法：

(1)積極推廣應用新技術，徹底改變變壓器因密封不嚴而產生漏油的弊端；

(2)加強管理，完善油務監督；

(3)充分發揮油處理設備的作用；

(4)完善新油的入庫檢驗制度和變壓器油的保管、發放(領用制度)規定；

(5)加強變壓器油務監督管理。

為使變壓器油運行良好，這就要求變壓器油具有較高的閃點、擊穿電壓、界面張力、水溶性酸PH值，同時保持較低的水分、介質損耗因數、酸值，同時還要求變壓器油透明、無雜質或懸浮物，月前變K器用油的牌號以25號居多，其技術標準和運行要求如下表所示

2 、故障在線檢測與診斷

在線監測技術中，由各種傳感器所采集的信號，經過必要的轉換和處理后，統一送進數據處理系統進行分析，綜合分析判斷后輸出結果。如發現異常，可警

報或進行相應的操作，也可以與上一級檢測中心相連[1]，如圖1一1所示。

2.1在線檢測的原理與方法

由于溫度對油中微水含量的變化狀態及傳感器測量過程的影響，所以為了精確地在線測量由衷的油中的微水含量，需要將溫度傳感器和溫度傳感器安裝在變壓器的油流回路中，同時對溫度和溫度信號采樣，以便真實的反應油中的微水含量。

對變壓器中微水含量實施在線監測時，傳感器是其中非常關鍵的部分，用于油中微水含量在線監測的傳感器需要承受變壓器苛刻的運行環境，這包括100℃的頂層最高溫度和140℃的最熱點溫度，與傳統的醋酸纖維系濕敏材料相比，聚酰亞胺是一種耐熱性非常好的濕敏材料，由于其具有一個高度芳香化結構，在－200℃～＋400℃都有穩定的物理、化學性質，具有較強的抗化學腐蝕性，能很好地適應變壓器的熱油環境。聚酰亞胺的分子結構中含有酰亞胺環，具有一定的吸濕性，且吸水后其相對介電常數發生相應變化，利用介電常數與含水量相關的原理可制成電容式濕度傳感器。這類聚酰亞胺濕度傳感器有較好的長期穩定性，幾乎沒有濕滯，而且溫度系數也很小。

圖1-2HYDRAN201i的在線裝置信息流程和原理圖

2.1.1油氣分離單元

油氣分離單元包括：聚四氟乙烯薄膜、脫氣的氣室、Kopton膜、銅管、三向閥、干燥過濾器、溫度控制室、色譜柱、電化學檢測器、空氣泵設備。

2.1.2氣體檢測單元

氣體檢測單元包括：分離混合氣體的氣體離柱及檢測氣體的傳感器，控制氣體分離柱工作溫度的恒溫箱、載氣、繼電器自動控制以及輔助電路設施。

2.1.3微機控制及診斷單元

微機控制及診斷單元主要由主板、接口板、電源部分以及打印輸出、顯示屬出部分組成。

2.1.4實際應用情況

2011年3、4月對某電廠主變的高壓試驗及離線油化實驗結果表明主變處于正常狀態，下表書某電廠主變在2011年3-4月在線檢測裝置所測得數據：

表2 在線檢測所測得實驗數據

注：環溫：指冷卻水入口溫度。

從以上數據可以看出，所測結果比較穩定，得出的結論和變壓器實際健康狀況相符。

下表為某研究院油化取樣分析與在線檢測裝置分析結果的對比：

表3 油化和在線監測實驗數據

從上表對比可以看出在線監測所測的數值和研究院油化專業人工取樣所測得總烴氣體的數據相差不大，比較真實的反應變壓器的實際情況。當然通過對數據的對比是遠遠不夠的，并且由于有環境、人工取樣手段等的因素影響，數據也不可能完全一樣，我們還將通過預防性手段及離線和在線監測數據進行比較，這樣對在線檢測的判斷將更有依據。