电气设备在线监测与故障诊断课件.pptx
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1、 第六章:第六章: 故障分析与模型的建立故障分析与模型的建立故障故障设备的设备的“病病”=诊断诊断确定类型确定类型推测原因推测原因预计后果预计后果 实施在线监测的第一步实施在线监测的第一步 设备的组件多种多样,而设备的故障设备的组件多种多样,而设备的故障千差万别。我们不可能对所有的可能发生千差万别。我们不可能对所有的可能发生故障的组件,都进行检测。故障的组件,都进行检测。 如何对设备关键部位实施有针对性地如何对设备关键部位实施有针对性地监测,是成功的关键。监测,是成功的关键。 诊断最基本的功能就是对未知故障的诊断最基本的功能就是对未知故障的分类问题。分类问题。 为了提高设备故障诊断的水平,需要
2、为了提高设备故障诊断的水平,需要对设备故障有一个系统的认识,这不仅有对设备故障有一个系统的认识,这不仅有助于预防自然发生的故障,同时也有利于助于预防自然发生的故障,同时也有利于阻止人们可能引发故障的过失行为。阻止人们可能引发故障的过失行为。 有关故障的经验数据是人们判断和识别有关故障的经验数据是人们判断和识别设备故障状态的重要依据,如果缺乏具有本设备故障状态的重要依据,如果缺乏具有本质意义的典型故障信息,则无法得到正确的质意义的典型故障信息,则无法得到正确的诊断知识。所以典型故障的是研究故障诊断诊断知识。所以典型故障的是研究故障诊断技术的基础。技术的基础。 故障调查故障调查设备设备部件部件A部
3、件部件B 零件零件 1零件零件 2 故障分析故障分析故障机理性分析故障机理性分析故障统计性分析故障统计性分析 设备故障总是由基本的部件故障引起设备故障总是由基本的部件故障引起的,如何将设备的整体故障与局部的零部的,如何将设备的整体故障与局部的零部件故障联系起来,是故障分析的关键。件故障联系起来,是故障分析的关键。 现场故障数据尤为重要,因为是在实现场故障数据尤为重要,因为是在实际使用的条件下获得的,其结果远比实验际使用的条件下获得的,其结果远比实验室试验的结果含有更多的信息。室试验的结果含有更多的信息。 法国电气公司曾以法国电气公司曾以3500倍的出厂价格倍的出厂价格收购用户的失效集成芯片。收
4、购用户的失效集成芯片。n 1983 1991年大连电力局对线路绝缘子共测年大连电力局对线路绝缘子共测111万万片次,共发现片次,共发现414片零值,平均劣化率很低;而且片零值,平均劣化率很低;而且从未发现过同一绝缘子串中同时有两片零值的。从未发现过同一绝缘子串中同时有两片零值的。这样情况下,是否还需每年进行普测?这样情况下,是否还需每年进行普测?n1997年至今,某市电力局对变压器油做过简化试年至今,某市电力局对变压器油做过简化试验验30多万份,共发现酸价不合格的情况多万份,共发现酸价不合格的情况4份、闪点份、闪点不合格的不合格的1份。份。这些试验项目的有效性如何?这些试验项目的有效性如何?n
5、某电某电力局对继电保护装置动作情况的统计见表。力局对继电保护装置动作情况的统计见表。19821998年年 那么是否还要对不同电压等级的继电保护那么是否还要对不同电压等级的继电保护装置沿用相同的检修周期?装置沿用相同的检修周期?n 沿海城市对沿海城市对7回回66kV线路进行了自然积污研究,线路进行了自然积污研究,每个季度进行盐密测量,结果每个季度进行盐密测量,结果7年没有一条回路年没有一条回路发生过污闪,而且从盐密看,旱季积污增多、雨发生过污闪,而且从盐密看,旱季积污增多、雨季结束几乎清零,并不存在年度累积效应。季结束几乎清零,并不存在年度累积效应。 因此对一般污秽地区的线路是否需要每两因此对一
6、般污秽地区的线路是否需要每两年都进行清扫工作?年都进行清扫工作?n从现场收集的大量故障数据与资料大多数是分散从现场收集的大量故障数据与资料大多数是分散和无规律的。和无规律的。故障数据统计的困难故障数据统计的困难n由于故障发生后几乎所有的证据都不复存在,所由于故障发生后几乎所有的证据都不复存在,所以往往难以根据事故的原始状态准确无误地说明以往往难以根据事故的原始状态准确无误地说明究竟是什么原因使设备损坏的。因此,一般所说究竟是什么原因使设备损坏的。因此,一般所说电力设备的击穿原因往往是一种推测电力设备的击穿原因往往是一种推测 。n现场人员的错误记录。现场人员的错误记录。n设备故障与生产工艺和运行
7、环境密切相关,由于设备故障与生产工艺和运行环境密切相关,由于不同时期设计的设备结构不同,所以引发设备事不同时期设计的设备结构不同,所以引发设备事故的主要故障类型也在逐渐变化故的主要故障类型也在逐渐变化 。我国电力变压器主要故障类型演变我国电力变压器主要故障类型演变 寻找问题的薄弱环节寻找问题的薄弱环节1 分析系统中最需要监测的设备分析系统中最需要监测的设备进行故障分析的目的进行故障分析的目的1998年全国主要电力设备非计划停运情况年全国主要电力设备非计划停运情况 寻找问题的薄弱环节寻找问题的薄弱环节1 分析系统中最需要监测的设备分析系统中最需要监测的设备进行故障分析的目的进行故障分析的目的2
8、分析设备最需要监测的环节分析设备最需要监测的环节3 提出最有效的监测项目。提出最有效的监测项目。全国变压器事故部位分类表全国变压器事故部位分类表 故障统计分析法故障统计分析法主次图法主次图法 原则上,设备的所有这些组、部件都有可能原则上,设备的所有这些组、部件都有可能发生故障,但其发生的概率差异很大,为了保证发生故障,但其发生的概率差异很大,为了保证在线监测和故障诊断的有效性,我们需要将分析在线监测和故障诊断的有效性,我们需要将分析的范围限制在较为常见的故障类型上。的范围限制在较为常见的故障类型上。 主次图法又称巴雷特图法或排列图法,是根主次图法又称巴雷特图法或排列图法,是根据故障调查结果,分
9、析产品故障主要原因和主要据故障调查结果,分析产品故障主要原因和主要故障模式的有效方法。故障模式的有效方法。发动机故障概率统计表发动机故障概率统计表123456780102030405060708090100相对频数%故障模式02468020406080100相对频数相对频数(%)故障模式故障模式发动机故障主次图发动机故障主次图一般情况下一般情况下, ,主次图中主次图中主导因素主导因素 占累计相对故障率占累计相对故障率 0 80%的因素的因素主要因素主要因素 占累计相对故障率占累计相对故障率80 90%的因素的因素次要因素次要因素 占累计相对故障率占累计相对故障率90 100%的因素的因素直方图
10、法直方图法240020001600120080040000300 200 100 0 0 400 800 1200 1600 2000 2400 28502450205016501250850450503002001000300 200 100 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000氢含量氢含量总烃含量总烃含量(ppm)(ppm)台次台次台次台次油中溶解气体含量分布油中溶解气体含量分布 油中溶解气体的油中溶解气体的注意值注意值标准:标准: 总烃含量总烃含量150 ppm (体积分数体积分数) H2含量含量150 ppm C2H2含量含量5 ppm 失效模式、影响和危害
11、度分析法失效模式、影响和危害度分析法 世界上没有永恒的事物,更没有绝对的可靠世界上没有永恒的事物,更没有绝对的可靠性,所有系统最终都将失效。因此更应关注的是性,所有系统最终都将失效。因此更应关注的是如何使失效频率及损失降低到在经济上和社会影如何使失效频率及损失降低到在经济上和社会影响上可接受的范围之内。这是比所谓响上可接受的范围之内。这是比所谓 “无风险无风险”、“无事故无事故”之类政治口号更为现实和合理的目标。之类政治口号更为现实和合理的目标。 失效模式、影响和危害度分析法简称失效模式、影响和危害度分析法简称FMECA(英文全称)方法。(英文全称)方法。FMECA故障模式分析(故障模式分析(
12、FMA)故障影响分析(故障影响分析( FEA)故障后果分析(故障后果分析(FCA)FMECA分析的方法和步骤分析的方法和步骤(一)拟定有效的故障数据收集计划(一)拟定有效的故障数据收集计划n明确用途明确用途n确定和培训数据员确定和培训数据员(二)系统功能逻辑分析(二)系统功能逻辑分析n明确定义系统的各个环节明确定义系统的各个环节n建立系统的功能逻辑图建立系统的功能逻辑图(三)(三)FMECA的定性分析的定性分析 FMECA通常是利用表格进行分析的,国际电通常是利用表格进行分析的,国际电工委员会工委员会IEC的的“系统可靠性分析技术工作组系统可靠性分析技术工作组”规定了规定了FMECA最低限度内
13、容:最低限度内容:1)各部件功能简述)各部件功能简述2)列出每个部件的可能失效模式)列出每个部件的可能失效模式3)列出所有失效模式对系统工作的各种影响)列出所有失效模式对系统工作的各种影响4)列出每一种失效模式发生的各种诱因)列出每一种失效模式发生的各种诱因5)估计每一种失效模式发生的概率)估计每一种失效模式发生的概率6)列出抑制失效模式发生的各种措施。)列出抑制失效模式发生的各种措施。FMECA不同阶段的资料来源不同阶段的资料来源分析等级表分析等级表故障树分析(故障树分析(FTA) 如何对这些故障进行归纳和组织,以便更清晰地如何对这些故障进行归纳和组织,以便更清晰地反映故障间的因果关系。成为
14、进一步研究的重点。反映故障间的因果关系。成为进一步研究的重点。 故障树分析方法(故障树分析方法(Fault Tree Analysis)简称)简称FTA法。是一种将系统故障形成的原因由总体至部分法。是一种将系统故障形成的原因由总体至部分按树枝状逐级细化的分析方法。按树枝状逐级细化的分析方法。(一)故障树建树方法(一)故障树建树方法 通常采用演绎法建立故障树,首先将威胁设通常采用演绎法建立故障树,首先将威胁设备安全运行需尽快安排检修的情况作为顶故障。备安全运行需尽快安排检修的情况作为顶故障。导致顶故障发生的中间级故障是按设备主要组件导致顶故障发生的中间级故障是按设备主要组件故障划分的。故障划分的
15、。 进一步根据故障间的因果关系,可以分别找进一步根据故障间的因果关系,可以分别找出导致中间级故障的更基本的故障原因,因而形出导致中间级故障的更基本的故障原因,因而形成一系列故障子树。成一系列故障子树。(二)故障树的节点符号(二)故障树的节点符号顶事件顶事件 由其它事件组合形成的事件,并且该事件由其它事件组合形成的事件,并且该事件是是FTA最关心的位于故障树顶端的事件。最关心的位于故障树顶端的事件。 底事件底事件 不能再分解或无需再进一步分析的事件,不能再分解或无需再进一步分析的事件,它总是某个逻辑门的输入事件而不是输出它总是某个逻辑门的输入事件而不是输出事件。事件。 中间事件中间事件 由其它事
16、件组合形成的事件,但位于顶事由其它事件组合形成的事件,但位于顶事件和底事件之间的事件。件和底事件之间的事件。 (三)故障树的逻辑关系符号(三)故障树的逻辑关系符号或门或门 至少一个输入事件发生时,输出事件才发生。至少一个输入事件发生时,输出事件才发生。 与门与门 仅当所有输入事件都发生时,输出事件才发生。仅当所有输入事件都发生时,输出事件才发生。 禁门禁门 如限制条件不成立,任何输入都无输出。如限制条件不成立,任何输入都无输出。异或门异或门 两个输入事件中仅有一个发生,两个输入事件中仅有一个发生,输出事件才发生。输出事件才发生。 表决门表决门 n个输入中有个输入中有m个同时发生,个同时发生,输
17、出事件才发生。输出事件才发生。 条件条件m故障树分析的数学模型故障树分析的数学模型 故障树的结构函数是故障树的数学表达式,故障树的结构函数是故障树的数学表达式,它是对故障树进行定性和定量分析的基础。它是对故障树进行定性和定量分析的基础。 考虑由考虑由n个不同的独立底事件构成的故障树,个不同的独立底事件构成的故障树,化简后的故障树之顶事件的状态化简后的故障树之顶事件的状态 完全由底事件完全由底事件的状态的状态Xi (i=1,2,n) 的取值所决定的取值所决定(共共2n个状个状态态) Xi =0 , 表示故障事件表示故障事件 i 不发生不发生1 , 表示故障事件表示故障事件 i 发生发生 (X)
18、=0 , 表示顶事件不发生表示顶事件不发生1 , 表示顶事件发生表示顶事件发生 故障树可用布尔函数故障树可用布尔函数,即结构函数来表示即结构函数来表示 (X) = (X1, X2, , Xn) Tx1xixn.Tx1xixn.与门与门结构故障树结构故障树 或门或门结构故障树结构故障树 ),min()(211ninixxxxX),max()(211ninixxxxX与门与门结构函数为结构函数为 或门或门结构函数为结构函数为 当全部底事件都发生当全部底事件都发生(即全即全部部xi都取值都取值1)时,则顶事件才时,则顶事件才发生(发生((X)1)。)。 当系统中任一个底事件发当系统中任一个底事件发生
19、时,则顶事件发生。生时,则顶事件发生。 故障树的结构函数则可表示为故障树的结构函数则可表示为),min(,),maxmin(| )()(2111211111nmmijmjnixxxxxxxX 割集割集 设故障树由设故障树由n个基本事件个基本事件X1, X2, , Xn组成组成,而而Ci =Xi1 , Xi2, , Xim为任一故障事件集合,如为任一故障事件集合,如果果Ci中每一事件都发生时,顶事件就发生,则称中每一事件都发生时,顶事件就发生,则称Ci为故障树的割集。为故障树的割集。最小割集最小割集 在割集中存在一种割集,如任意去掉其在割集中存在一种割集,如任意去掉其中一个底事件后,便不再是割集
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