故障逻辑（精选7篇）
故障逻辑 篇1
摘要：介绍双母接线中母联带单侧CT和双侧CT两种情况下, 发生母线故障和母联死区故障时的保护逻辑进行了阐述, 指出传统保护逻辑的优缺点。针对现有母联配置双CT情况下发生死区故障依然要跳两条母线的问题, 对母线死区保护的逻辑进行改进, 改进逻辑在死区故障时仅切除一条母线, 较传统逻辑有较大优越性。
关键词：双母线,母联,差动保护,死区故障
0前言
母线是输变电设备中最为重要的元件之一, 母线起着汇集和分配电能的作用, 母线发生故障将造成非常严重的后果, 因此考虑到系统运行和操作的可靠性, 国内110~220 k V母线大都采用双母线接线方式, 在母联断路器两侧装设一组或两组CT[1,2]。尽管现代微机保护技术已经相当成熟, 但母线微机保护中仍有一大难点, 那就是在母联断路器和母联CT之间发生故障时, 母差动作跳故障母线以及母联断路器后, 故障依然存在, 还要跳另一条母线, 保护不能正确有选择性地切除故障母线, 这种故障称为“死区故障”[3]。现有母线微机保护的保护原理采用带比率制动特性的差动保护, 并针对死区保护设置了相应的保护逻辑。
文中首先介绍带比率制动特性的差动保护原理, 对母联带单侧CT和双侧CT情况下的母线故障和死区故障保护动作逻辑进行了分析, 指出现有保护逻辑的优缺点, 最后对母联配置双CT时的死区保护逻辑进行了改进。
1 比率制动差动保护原理
母线主保护常采用比率制动差动保护, 设置大差及各段母线小差, 大差计算除母联 (或分段) 外母线上所有元件构成的差流和制动电流, 小差计算每段母线上所有元件 (包括母联或分段) 构成的差流和制动电流。大差作为启动元件, 用以区分母线发生区内故障还是区外故障, 小差作为故障母线的选择元件, 判别故障处于哪段母线上。大差、小差均采用带有比率制动特性的电流差动算法, 其动作方程为[4]:
式 (1) 中, Id为差动电流, Ir为制动电流, I0为差动电流门槛, K为比率制动系数。当大差和某段小差都满足判据时, 判为母线内部故障, 母差保护动作, 跳开相应母线上的所有断路器。对于双母接线母联配置双CT, 大差与小差的保护范围如图1所示。
2 双母线保护原理
双母线的主保护、失灵以及死区保护逻辑如图2所示, 各段母线的小差经复压闭锁, 如小差和大差同时满足时保护出口跳故障母线;母联配置单侧CT发生死区故障时, 先跳故障母线和母联断路器, 通过确认母联断路器位置在分位, 经延时后封母联CT, 使母联CT电流不计入小差, 破坏另一条母线的小差电流平衡, 跳此母线, 切除故障, 实现死区保护。母联配置双侧CT发生死区故障时, 两条母线的小差均动作, 直接跳两条母线。
2.1 双母线母联配单侧CT时的保护
双母线母联配置单侧CT时的接线如图3所示, 母线保护会遇到下面三种故障:
1) 母线出线k1点发生故障, 对于母线保护来说为区外故障, 母线保护不动作。
2) Ⅰ母k2点发生区内故障, 大差动作, Ⅰ母小差动作, Ⅱ母小差不动作, 母线保护瞬时跳母联断路器和Ⅰ母, 故障切除。
3) 母联和母联CT之间k3点发生区内故障, 大差动作, 对Ⅱ母小差来说为区外故障, Ⅱ母小差不动作;对Ⅰ母小差来说为区内故障, Ⅰ母小差动作, 保护瞬时跳开母联和Ⅰ母上连接的所有断路器。但此时Ⅱ母依然向故障点供给短路电流, 实际上故障并没有切除, 针对这种情况, 保护在母联跳后经整定延时检测母联断路器的位置, 若母联处于跳位, 则母联CT电流不计入Ⅰ、Ⅱ母小差计算, Ⅱ母小差的电流平衡被破坏, 产生了差流, 使Ⅱ母小差动作, 最终切除故障。若没有把母联的位置信号引入保护装置, 或者保护没有识别到母联的位置, 则保护自动按母联失灵来处理, 经延时跳Ⅱ母。
2.2 双母线母联配双侧CT时保护
双母线母联配置双侧CT时的接线如图4所示, CT1的极性与Ⅰ母元件一致, CT2的极性与Ⅱ母元件一致, 母联CT1电流计入Ⅰ母小差, 母联CT2电流计入Ⅱ母小差。
以Ⅰ母区内外故障和死区故障为例, 保护动作逻辑为:
1) 母线出线k1点发生故障, 对于母线保护来说为区外故障, 母线保护不动作。
2) Ⅰ母k2点发生区内故障, 大差动作, Ⅰ母小差动作, Ⅱ母小差不动作, 母线保护瞬时跳母联断路器和Ⅰ母, 故障切除。
3) 母联和母联CT之间k3或k4点发生死区故障, 大差动作, 由于母联双CT交叉配置, 根据差动保护的原理可知, 对于Ⅰ母小差和Ⅱ母小差来说均为区内故障, Ⅰ、Ⅱ母小差均动作, 瞬时跳开母联断路器和Ⅰ、Ⅱ母上连接的所有元件。
2.3 对传统双母线保护原理
母联配单侧CT时节省了一组CT, 装置接线简单, 但发生死区故障时, Ⅰ、Ⅱ母上所有元件都被切除, 扩大了停电范围, 这是母联配单侧CT时保护的最大缺点。
母联配双侧CT时, 同母联配单侧CT一样, 发生死区故障时, 传统母线保护将Ⅰ、Ⅱ母上所有元件全都切除, 停电范围依然被扩大, 仅仅是不需要延时, 能够瞬时切除故障。下面提出一种改进的母线死区保护逻辑, 母联配双CT时, 发生死区故障, 仅切除一条母线, 另一条母线继续运行, 缩小停电范围。
3 改进的母线死区保护逻辑
3.1 母联小差
由此提出母联小差的概念, 以的相量和的模值作为母联小差差流, 以的模值和作为制动电流, 母联小差动作方程为:
式 (2) 中Id M为母联小差差流, Ir M为母联小差制动电流, KM为比率制动系数, 为了防止母联小差误动且有足够灵敏度, 取KM为0.3, I0取为与母差电流门槛一致。
3.2 母线死区保护逻辑的改进
母联配置双CT时, 利用母联小差判据, 对传统母线保护及死区保护逻辑进行改进, 如图6所示。
图中各段母线小差出口要经1 ms延时是为了确保死区故障时母联小差先将母联断路器跳开, 否则若小差先动作, 则会直接跳两条母线。
当Ⅰ母发生故障时, 大差动作, 母联小差不动作, Ⅰ母小差动作, Ⅰ母小差经1 ms延时后跳Ⅰ母上所有元件和母联断路器。当死区故障时, 大差、小差以及母联小差均同时动作, 母联先被跳开, 母联小差闭锁小差出口, 两母线均不会跳, 经延时封母联CT后, 母联小差与非故障母线的小差不再动作, 小差不再被闭锁, 故障母线的小差出口跳相应母线上所有元件。由此实现了死区故障时, 保护仅跳一条母线即可切除故障, 缩小了停电范围, 较传统母线保护有较大优越性, 虽然在母线故障时, 小差出口增加了延时, 但换来的是死区故障时保全一条母线, 意义更为重大。
4 结束语
传统母线差动保护不管母联配置单CT还是双CT, 发生死区故障时, 保护都将两条母线跳开, 扩大了停电范围。在分析了传统母线差动保护的原理后, 针对母联配置双CT的情况提出死区保护的改进逻辑, 改进逻辑对于死区故障仅需跳一段母线即可切除故障, 缩小了停电范围, 较传统保护逻辑有较大优越性。
参考文献
[1]王春生, 等.母线保护[M].北京:中国电力出版社, 1997.
[2]杨奇逊.微机继电保护基础[M].北京:水利电力出版社, 1988.
[3]刘伟平.母线保护死区问题的探讨[J].继电器, 2004, 32 (15) :59-61.
[4]李文升, 郭常利.母线保护中母联失灵及死区问题分析[J].东北电力技术, 2007, 5:35-38.
故障逻辑 篇2
根据Reiter的理论[2], 基于模型的诊断分两步进行:第一步是与领域相关的冲突识别, 即根据被诊断系统的结构和行为模型以及测量结果求出所有征兆, 利用与领域有关的相应算法来产生对应各征兆的最小冲突集, 并形成最小冲突集组;第二步是与领域无关的候选产生, 即求出第一步所产生的最小冲突集组的所有最小碰集, 这些最小碰集就是系统的所有候选诊断。候选诊断产生后, 还需进行诊断的测试和诊断的鉴别, 最终确定真实的故障。
候选诊断的产生是一个研究热点。利用冲突集求解最小碰集是诊断产生的重要方法, Reiter[2]对诊断进行了完备的描述, 并提出了HS-tree算法;Greiner等人[3]发现HS-tree算法并没有体现出Reiter对诊断描述的完备性, 会发生丢解的现象。针对这一点, 提出了HS-dag算法, 采用直接非循环图求解最小碰集;为了提升HS-dag算法的效率, Wotawa[4]又提出了HST-tree算法;上述算法当面临新测量导出的冲突集时, 必须重新生成树状结构, 时间开销大, Hou[5]的剪枝CS-tree算法则可以有效地解决该问题, 但却存在丢解现象;姜云飞、林笠[6,7]采用二叉树的方法分别提出了对分HS-tree算法和递归HS-tree算法, 这两种算法在实际应用中的空间和时间复杂度都有了很大的简化, 且不会丢解, 在面临新导出的冲突集时, 也能直接添加节点, 完成最小碰集的求解;王巍等人[8]提出了拟Hitting集的概念, 利用集合递推求解法得到最小碰集;傅绍文和董健康[9]进一步细化了基于拟Hitting集的算法;Vinterbo等人[10]提出近似碰集的概念, 给集合分配了权重, 采用遗传算法实现了最小碰集的求解;林笠[11]通过使用遗传算法大大减少了最小碰集求解的时空复杂度;在林笠的工作基础上, 黄杰等人[12]提出了求解最小碰集的遗传模拟退火算法;张楠等人[13]则在标准的遗传算法中引入了精英策略, 提高了算法的搜索效率;在解决算法的空间复杂度方面, 逻辑数组法[14]是一个不错的选择, 因为该方法只需要使用二维数组数据结构;通过引入布尔表达式的概念, 可将求解一个冲突集组的最小碰集问题转化成求解布尔方程的全部解问题, 姜云飞等人[15]利用该思想提出了布尔代数法;赵相福等人[16,17]提出了一种利用与元素相关联的冲突集个数求解碰集的新方法, 并结合带有终止节点的集合枚举树SE-tree形式化地表达了计算过程, 经实验对比, 其效率略优于布尔代数法。此外, 还有学者[18]在给定了冲突集簇的前提下, 利用二叉判定图进行最小碰集的求解, 并根据计算结果认为二叉判定图的方法适合单双故障中计算所有最小碰集。
上述方法中, 冲突识别是候选产生的前提, 由于冲突识别本身是一项比较复杂的工作, 因此学者开始进行最小碰集直接求解方法的研究。包括利用结构信息[19]和故障行为[20]直接求解。本文以组件的逻辑结构关系为基础, 通过分析组件的故障对系统的观测产生的影响, 建立观测与组件故障之间的映射关系, 从而形成诊断规则, 通过规则实现最小诊断的求解。相对于其他方法, 基于组件逻辑结构关系的故障诊断法无需求解冲突集, 诊断规则的建立可以离线进行, 因而当诊断规则建立完备后, 可以实现系统故障在线的快速诊断。
1 预备知识
组件的逻辑结构关系是指组件间的信号输入输出关系。本文假设信号的状态仅由组件决定, 即忽略了组件间传输介质的故障, 那么有:
命题1-1组件正常, 则系统正常;反之不真。
命题1-2系统异常, 则必定存在组件异常;反之不真。
证明命题1-1的“”是显然成立的。组件正常, 且忽略了传输介质的故障, 则对于系统而言, 给定一个输入, 必然有期望的输出, 即系统正常。“”则未必成立, 系统正常表示整个系统的输出为期望输出, 但该系统的正常输出有可能是因为系统组件的故障屏蔽造成的。如由两个反相器组成的串联系统, 当输入为0时, 系统的正常输出应为0;但若两个反相器同时故障, 都丧失了反向功能, 则当输入为0时, 系统的输出仍是0。所以系统正常时, 组件未必正常。同理, 命题1-2也是成立的。
推论当系统为连续系统时, 上述命题的正反均为真。
为了证明上述推论, 其推导过程如下:
定理1-1在连续系统中, 若组件的所有输出都是正常的, 则该组件及该组件所有的输入都是正常的 (证明详见文献[21]) 。
定义1-1起始组件:自身的输入即为系统的输入的组件。
定义1-2终端组件:自身的输出即为系统的输出的组件。
定义1-3传递组件:既不是起始组件, 又不是终端组件的组件。
根据定理1-1和定义1-1、1-2、1-3, 可以证明上述推论。
证明
(1) 系统正常, 则组件正常。
系统正常, 说明系统的输出正常, 因此系统的终端组件的输出正常, 由定理1-1知系统的终端组件及其所有的输入正常, 也就是说与终端组件相连的传递组件的输出正常, 反复应用定理1-1, 可得系统的所有传递组件以及系统的起始组件均正常。
(2) 组件异常, 则系统异常。
组件异常, 说明该组件的输出异常, 由定理1-1证明过程知, 对于连续系统不正常输入导致正常输出的概率趋近于0。由此可得, 以故障组件的输出为输入的组件, 其输出必定异常, 反复套用该原理, 可知终端组件的输出必定异常, 即系统的输出异常。
定义1-4组件模型:由于组件的逻辑结构描述的是组件间信号的输入输出, 因此将组件模型描述成如下三元组 (状态、输入、输出) :
其中:component (?) ———组件?的状态
in_?i———组件?的第i个输入
out_?j———组件?的第j个输出
对于起始组件, 由于其输入为系统输入, 在诊断时认为系统的输入一定正常, 因此, 起始组件的模型可简化为组件和输出。另外, 假定组件及输入输出均只存在正常和异常两种状态, 因此, 组件及输入输出的取值为0 (正常) 或1 (异常) 。
定义1-5系统描述:所谓的系统描述是指二元组 (模型、连接) :
其中:CM为组成系统的组件的模型
link表示组件间的连接关系
根据系统描述, 可以构建出系统组件的逻辑结构关系。若从组件的故障出发, 就可推出组件故障与系统输出之间的关系。在实际诊断中, 可利用建立起的关系, 根据系统输出进行故障诊断。系统组件的逻辑结构关系可以直观地用表1的形式。
2 实例验证
Poly-box系统是MBD中较为常见的例子, 本文也以它为例, 验证方法的正确性, 如图2所示。Polybox系统由三个乘法器 (M1, M2, M3) 和两个加法器 (A1, A2) 组成。系统有两个输入, 分别为3和2;两个输出, 分别为10和12。显然, 系统出现了故障, 按照Reiter的方法可得出极小诊断有4个:{M1}、{A1}、{M2、A2}、{M2、M3}。
按照本文的方法, 可用表2的形式描述该系统组件的逻辑结构关系。
表2完全建立了组件故障与系统输出之间的关系。如当且仅当组件A1故障时, 系统的输出为 (1, 0) , 即相应于A1的输出异常、相应于A2的输出正常。根据表2中信息, 可建立如下的诊断规则。
同理, 可得到输出 (0, 1) 和 (1, 1) 的诊断规则。
根据最小诊断的理论, 由上述规则求出最小诊断为:
3 分析讨论
3.1 诊断解的特性分析
(1) 完备性:由于本方法的实质是从故障组件出发, 利用系统的逻辑结构模型推导出组件故障状态下对应的系统可观测点的输出。因此, 当组件故障模式分析完备时, 建立的诊断规则也是完备的, 解的完备性是显然的。
(2) 可采纳性:可采纳性定义, 称诊断系统S是可采纳的, 当且仅当对诊断领域的任意诊断问题Q, 满足:
其中:
absetQ为诊断问题Q的真正故障组件集合;
S (Q) 为诊断问题Q在系统S中的诊断集合。
由可采纳性的定义可知, 若规则建立的完备, 则本文的诊断系统是可采纳的, 否则会产生丢解的情况。
(3) 重用性:由于本文诊断时, 仅考虑系统的观测是否正常, 而与系统输出具体值无关, 因此本文的诊断结果可以重用。即不管系统输出的具体值是多少, 只须判定系统的输出是 (1, 0) 、 (0, 1) 、 (1, 1) 中的哪种即可运用已经建立好的规则得出诊断结果。
3.2 方法的效率分析
该方法仅通过系统组件的逻辑结构关系求得了极小诊断, 与通过极小冲突集求解极小诊断的方法相比, 显得更为直接。系统组件的逻辑结构关系可先离线分析得到, 这样在系统的在线诊断时, 仅需要搜寻离线分析得到的诊断规则而无需推理, 效率较高。实际上, 本文的方法将推理过程在离线过程中进行, 避免了在线诊断时的推理过程, 因此运用本文的方法的关键在于诊断规则库的离线建立, 而达到这一点则要求规则建立者必须十分清楚系统组件的逻辑结构, 利用系统组件的结构性知识进行推理, 并得出所有故障模式下的对应关系, 因此该方法本质上属于MBD中的溯因诊断。
3.3 改进措施
本文的方法虽然是通过离线的方式获得诊断规则, 但是, 当系统的组件数量十分庞大时, 离线建立规则的效率低下就成为了一个不能回避的问题, 为此提出两点改进措施。
(1) 改进1:与等价部件[22]相结合。
根据上述两个定义, 可得如下定理:
定理3-1若C1, C2∈COMPS, 如果C1∈C是一冲突集, C2, C1∽C2, 则C2∈C。
定理3-2若C1, C2∈COMPS, 如果{C1}∪Δ是一诊断, C2, C1∽C2, 则 ({C2}∪Δ) 也一定是诊断。
利用上述两个定理, 在计算诊断时可以只考虑等价部件中的一个部件即可, 这样可以减少计算量。
构造等价部件树的原则。
确定树的根节点, 然后再反向寻找该根节点的等价部件树;任意两个不同的部件树均不相交。满足以下三个条件之一的节点都是根节点。
a) 部件C输出不与其他任意节点的输入相连;
b) 部件C输出值是观测值;
c) 部件C输出与其他部件的输入相连。
以本文的Poly-box系统为例, 用有向图来描述该系统, 如图3所示。
根据等价部件树构建原则, 将Poly-box系统等价部件树结构化为图4。
于是, 原系统的诊断原则构建过程可简化为三个组件组成的系统, 如图4中 (b) 所示。其中, 组件A指代原系统中的组件A1、M1;组件B指代原系统中的组件A2、M3。仍按照本文的方法, 可建立表3。
此时, 得到化简的诊断规则为:
再根据等价部件的相关定义和定理, 将A、B所指代的原系统的组件代入该诊断规则, 就得到了与第2节相同的原系统诊断规则, 但诊断规则的建立效率明显提高。理论上讲, 每减少一个组件, 构建效率就会提高一倍。
(2) 改进2:利用诊断分解[23,24]构建规则。
定义3-3设 (SD, COMPS) 是一个系统, 称有向图G= (P, A) 为该系统的关系图, 如果点集P代表COMPS, 有向边集A表示元件 (点) 间的连接, 则从元件的输出指向与之相关联元件输入的所有有向边组成的集合。
定义3-4设 (SD, COMPS) 是一个系统, G= (P, A) 是该系统关系图。变量O是元件Co的一个输出, 那么, O的相关元件RCOMPSoCOMPS是由Co和到Co在G= (P, A) 中至少有1条有向通路的所有元件一起组成的元件集合。
令vars (RCOMPSo) 是与RCOMPSo中所有元件相关的变量集合, 则:border (RCOMPSo) =vars (RCOMPSo) ∩vars (COMPS-RCOMPSo) 是建立相关元件和相关元件外部联系的所有公共变量集合。
定理3-3给定诊断问题 (SD, COMPS, OBS) , 是公共变量O相关的元件集合。若border (RCOMPSo) 中所有变量例化值在OBS中, 那么, (SD, COMPS, OBS) 是可分解诊断问题。
当公共变量具备了具体的赋值后, 根据上述定理, 就能够把对整个系统的诊断分解成各个子系统的诊断问题, 针对分解出的各子系统, 分别应用本文的方法给出诊断规则, 然后合并即可。
考虑本文的Poly-box系统, 显然, M2是公共变量, 即当M2有了具体的赋值后, Poly-box系统就是一个可分解的系统。直接为M2赋值正常 (0) 、异常 (1) 。此时Poly-box系统分解为三个子系统:子系统1由M1、A1两个组件组成;子系统2由M2单独组成;子系统3由M3、A2组成。以M2=0为例, 按照子系统的划分, 可建立表4和表5。
此时的诊断规则为
此时的诊断规则为
将上述规则合并并化简, 可得M2=0时系统的诊断规则 (记为rule (M2=0) ) :
同理可得M2=1时系统的诊断规则 (记为rule (M2=1) ) :
系统的诊断规则为rule (M2=0) +rule (M2=1) , 结果与第2节诊断规则相同, 但效率优于原方法。
4 与相关工作比较
由于Reiter的方法需要调用定理证明器进行冲突识别, 其复杂性是指数级的, 尽管大多数研究者对该方法进行了改进, 但由于这些改进工作都是在Reiter的诊断逻辑框架下进行的, 改进效率都不能令人满意。本文的方法类似于一种过程化的方法, 从而实现了效率的提升。相类似地, 文献[25]给出了通过诊断图分析的快速诊断算法, 该方法将诊断的计算过程分为两个阶段进行:构造诊断图阶段和诊断计算阶段。构造诊断图阶段从系统输入 (表示系统的初始状态) 出发, 根据系统的元件之间的连接关系, 前向扩展诊断图, 直到能一致地得到系统的观察值集合。诊断计算阶段从系统的观察值出发, 反向搜索诊断图, 以求出能导致系统观察值的系统元件工作模式集合。但是, 该方法的每次诊断求解只产生众多可能的诊断解中的一个, 而且求得的诊断只是包含最小诊断的诊断解, 不一定为最小诊断。而通过本文的方法建立起规则后, 利用规则可直接求得所有最小诊断。另外, 文献[26]给出了基于因果关系求诊断的方法, 该方法根据系统的异常输出反向推理, 利用极小诊断组成原理及相关定理得出极小诊断;而本文的方法则是从元件故障出发, 前向推理, 得出系统输出, 建立规则, 进行诊断。
5 结论
本文提出了一种直接求解最小诊断的方法, 该方法将最小诊断的求解分解为离线建立诊断规则和在线确定诊断的两个过程, 当诊断规则库完备时, 诊断的在线确定仅仅是个搜索的过程, 因此效率较高。同时, 对该方法的诊断解的完备性、可采纳性、重用性进行了说明。从本质上讲, 该方法属于溯因诊断, 因此要求诊断规则的完备, 对于离线建立规则的效率低下问题, 本文也进行了研究, 并提出了两个改进措施, 验证结果表明, 改进措施可以有效地提高诊断规则的建立效率。
由于本文的方法仅仅完成了诊断的产生, 若想进一步进行故障确认, 按照MBD的原理, 还需增加测点, 得到更多的诊断信息, 完成诊断的测试和鉴别。
摘要：提出一种利用组件逻辑结构关系直接求解所有最小诊断的方法。该方法将系统的最小诊断求解分解为离线建立规则和在线确定诊断两个步骤。方法的本质属于溯因诊断。以Poly-box系统为例验证了方法的正确性, 同时对方法的诊断解的完备性、可采纳性、重用性进行了分析说明。针对方法中的规则建立效率低下的问题, 提出了两点改进措施, 并仍以Poly-box系统为例进行了对比验证, 结果表明, 改进的方法提升了诊断规则的建立效率。
故障逻辑 篇3
1 问题的提出
1.1 事故回放
某供电公司(简称公司)2008年2月26日晚监控中心反映某变电所电容器161号开关不能合闸,并发直流接地信号,后消失,同时报控制回路断线。运行人员现场检查后发现,操作电源空气开关跳开,复送控制电源空开,显示开关处于分闸位置,分闸指示灯显示正常,就地控制合闸后控制电源空开跳开,断路器未能合上。运行人员随即通知检修人员到达现场,到达后发现该型断路器为上海天灵开关厂生产的ZN28型断路器,是1998年8月生产的早期产品。
1.2 故障原因分析
1.2.1 断路器正常动作过程
图1为该型的储能和分合闸二次回路。图1中各个节点对应断路器分闸、分合闸弹簧未储能的初始状态,WK3为对应合闸弹簧限位开关位置状态的节点开关;HK为对应断路器的位置状态的节点开关;HQ为合闸线圈;TQ为分闸线圈;M为储能电机。
断路器的动作过程如下:合入储能电机交流电源,因初始状态为合闸弹簧未储能,WK3-1、WK3-2节点合位,储能回路接通,电机对合闸弹簧储能直至储能完毕,对应的WK3-1、WK3-2节点断开切断储能回路,同时WK3-3节点由常开变为闭合,合闸回路接通,等待合闸指令对07施加正电源,合闸指令发出并正确动作后,合闸弹簧释能并对分闸弹簧储能,对应的合闸弹簧位置节点WK3-3及断路器位置HK-1节点断开,切断合闸回路;对应的合闸弹簧位置节点WK3-1、WK3-2接通,储能回路再次接通,再次对合闸弹簧储能。同时分闸回路接通,等待分闸指令对37施加正电源,分闸指令发出并正确动作后,至此完成一次动作循环。
1.2.2 故障过程分析
苏州地区的用电负荷中企业用电量较大造成用电谷峰明显,所以电容器断路器动作频繁。无功优化自动控制系统的采用较大地解除了运行人员根据母线电压高低进行电容器投切的繁重工作,同时也顺应了目前变电所无人值班的大趋势,所以对于目前就地补偿的变电站大都采用了无功优化自动控制系统。而本次故障的ZN28型断路器就是电容器开关,在公司应用也比较广泛,而该型断路器的限位开关由于制造原理和生产质量的瑕疵,频繁的切换操作使之容易出现卡涩现象。
用电负荷较高时,无功优化自动控制系统自动投入电容器,断路器动作,但是由于该断路器限位开关卡涩,串入储能电机回路的限位开关辅助节点没有切换,电机回路没有接通,此时合闸弹簧无法储能,而实际处于释能状态。当进入用电负荷较小时段时,无功优化自动控制系统控制断开断路器,自动切除电容器,此时上述的限位开关仍旧卡涩,电机回路仍旧无法接通,实际上此时合闸弹簧和分闸弹簧都处于释能状态。当再次负荷升高时,无功优化自动控制系统需要投入电容器,发断路器合闸信号,此时限位开关串入合闸回路的辅助节点由于卡涩使得合闸回路连通,但是由于实际上合闸弹簧未储能,断路器无法完成合闸动作,于是合闸回路长期得电,线圈过热烧毁短路发生直流接地并使控制电源空开跳开,而再次送上控制电源,线圈绝缘已恢复,不再报直流接地,同时虽然线圈烧毁短路,但不会造成分闸监视回路断路,分闸指示灯正常点亮,但一旦执行合闸,由于短路,控制回路空气开关跳开。
1.3 现场处理办法
现场故障处理方法为:对限位开关和合闸线圈进行更换,并对分、合闸回路摇绝缘,确认回路绝缘合格,投入断路器操作回路电源,现场就地操作和远方操作正常,至此故障排除。
2 故障的反思和解决方法的提出
2.1 事故反思
(1)目前对断路器设备的预试可能没有严格按照上级下发的预试指导作业书进行工作,同时,由于目前电网的大规模发展,检修任务越发繁重,而检修人员相对缺少,使得预试周期只能越来越增长,这在客观上造成事故隐患的出现。
(2)由于目前无功优化自动控制系统的使用,电容器的投切可以自动实现,不再需要值班运行人员就地操作,同时电容器的投切对外界不会造成停电,所以主观上运行人员对于电容器的投切操作的上传信息的监护可能就不太严格。由于在投切时发生的一些可能导致事故的某些信息特征无人去识别,因此就为此类事故的发生留下了隐患。
2.2 解决方法原理分析
断路器上传的本体信息包括:断路器断开/合入位置、合闸弹簧储能/未储能状态、手车工作/实验位置(中置柜包括这种信息)。
断路器动作过程如下(假定开关的初始状态为断路器分闸,合闸弹簧已储能):断路器合闸,合闸弹簧释能并对分闸弹簧储能,此时,合闸弹簧的限位开关切换,电机回路接通,对合闸弹簧进行储能。同时例行报文上传,发合闸弹簧未储能和断路器合闸本体信号。储能完成后,合闸弹簧的限位开关再次切换,切断电机回路,例行报文上传,复归合闸弹簧未储能复归信号。断路器分闸,分闸弹簧释能,同时例行报文上传,发断路器分闸本体信号。至此,完成一次合分闸的操作循环。
对照断路器的循环动作过程和上述事故情况下的断路器动作过程,可以发现,上述故障情况下的断路器动作过程缺少发合闸弹簧未储能以及合闸弹簧未储能复归2个本体信号。
2.3 原理图的介绍
图2即为该功能模块的原理图(对应与一个操作循环),当储能完成后的断路器接到合闸指令而未发出弹簧未储能信号或弹簧未储能复归信号后,该功能模块自动发出故障信息,警告运行值班人员需要将断路器先行检修,从而防止事故出现或扩大。
3 结束语
本方法的优点是原理清晰,由于采用的本体信息都是微机保护已经上传的信息,所以投入本故障预测功能只要对现有的微机控制程序进行简单的修改,从而不需要对断路器的运行状态进行改变,不会造成对外停电。另外,当运行人员对负荷断路器或主变断路器操作更改运行状态时,也可以开启这个功能,能够对运行人员的正确操作起到辅助作用。
摘要：通过分析一个实际发生的断路器故障案例,结合断路器实际分合闸过程中上传的断路器本体信息,提出一种根据断路器本体信息进行故障预测的逻辑判断方法。
关键词：断路器,本体信息,故障判断
参考文献
[1]GB50059—1992,35～110 kV变电所设计规范[S].
故障逻辑 篇4
关键词：水力除焦故障,控制逻辑,三位阀,解决办法
水力除焦设备是延迟焦化工艺中的重要设备, 是保证生产连续顺利运行的关键点。水力除焦系统是典型的机电一体化控制系统, 涉及到工艺、电气、机械、仪表测量及控制等多个专业。实际生产中, 许多故障原因不能及时准确定位和排除。究其原因, 大多是由于工作人员对系统原理掌握不透彻, 尤其是对控制逻辑的理解不透彻, 这对迅速解决除焦过程中出现的问题很不利。现以实际工作中遇到的水力除焦系统故障为例, 介绍利用控制逻辑快速分析故障点的具体方法。
1 工艺流程简介
水力除焦的工艺流程如图1所示, 高压水泵抽取储水罐D-131 (LT-135) 的水, 经泵阀到三位阀, 当选择开关SA5打到回流位时三位阀全关, 回流位接近开关10VK闭合, HL35 (地面) , HL36 (39m配电盘) 灯亮, 指示三位阀在回流位。水从三位阀回流至二沉池LT-136。上塔管线中无压力, 这是为了保证安全, 39m上没准备好之前不能把高压力引上去。当39m钻杆放进塔内5m, 塔阀3EV或4EV自动打开且SA5打预充位时, 三位阀开到中间, 即到达预充位时停止。水经过三位阀内的减压孔板以降低压力, 小流量将上水管线注满。当管线压力达到塔顶管线上压力开关4YK的整定压力值时, 信号灯HL37 (地面) HL38 (39m) 亮起, 指示预充完成。此时将SA5拨至全开位。三位阀全开, 全开信号灯HL39 (地面) , HL40 (39m) 亮起, 开始除焦作业。
绞车升降设有上、下极限位和进塔位 (塔内距塔口5m) , 绞车在上、下极限会自动停止升降。上、下极限报警通过1PS/4PS或5PS、8PS接近开关实现。当钻杆到这些位置时, 接近开关闭合发出报警信号, 同时绞车会自动停车。在非回流位状态上升至进塔位时, 绞车会自动停车, 此时逻辑控制绞车不允许上升, 待SA5拨至回流位, 回流指示灯HL36亮时才能继续提升, 如果不打回流位管线中的压力就会很大, 预充时能达到3.0～6.0MPa (由4YK设定值定) 全开位达到20MPa, 提出钻头会伤到人或物。
2 控制逻辑简介
水力除焦设备控制逻辑中的预充和全开梯形图如图2所示。
305———预充压力开关;306———回流位开关;307———全开位开关;308———预充行程开关;309———预充位选择开关;310———全开位选择开关;404———1#塔阀开;405———1#塔阀关;406———2#塔阀开;407———2#塔阀关;408———3#塔阀开;409———3#塔阀关;410———4#塔阀开;411———1#塔阀开;708———回流指示;709———预充完成指示;710———全开指示;711———除焦阀电磁阀5EV;712———除焦阀电磁阀6EV;807———1#车塔内指示;810———2#车塔内指示;901———3#车塔内指示;904———4#车塔内指示
3 常见故障分析
3.1 故障一
准备除焦时, 三位阀由回流位切到预充位, 三位阀动作到预充位停止。但是预充完成灯不亮, 并且选择开关SA5由预充切到全开, 三位阀不动作, 此时观察预充压力已经超过预充设定值。
现以1#塔为例进行逻辑分析:正常情况下, 预充位时如果预充压力达不到设定值, 控制三位阀关的电磁阀5EV通过NOT00309和NOT00310得电, 也可以通过00308和NOT00305得电, 当达到预充压力时NOT00305应该断开, 5EV只能通过00308和NOT00310得电。控制三位阀开的电磁阀6EV通过00807、00404、00309或NOT00306、00404、00309得电, 5EV和6EV也都得电, 上/下气缸同时进气, 由于是同一个气源, 故上/下气缸压力平衡。高压水作用在阀芯上的压力已经由平衡腔的高压水作用在阀杆上的压力平衡, 三位阀就停在预充位, 且预充完成灯通过00305 NOT00307得电亮, 指示预冲完成。而现场观察预充压力电接点压力表指示的压力已经超过设定值, 但预冲完成指示灯不亮, 故障点很可能出在00305上。当00305接触不良时, 就会造成这种故障。另外, SA5拨全开位时三位阀不动作。全开位时5EV应失电。而当00305接触不良时, 5EV也可通过00308和NOT00305得电。通过分析, 判断故障点在00305, 即电接点压力表触电接触不良。
3.2 故障二
选择开关SA5切到预充位时。三位阀阀位指示在预充位接近开关处, 缓慢上移, 当过了开关后直接全开且预充灯一直亮。
逻辑分析:刚切到预充时, 6EV得电、5EV失电。三位阀由回流位向上开启, 到达预充接近开关时, 00308闭合, 5EV通过00308和NOT00310得电。上/下气缸都进气, 三位阀应该停住, 预充完成灯应亮起。
三位阀过了预充接近开关直接全开没有停住的原因可从两方面解释:为什么三位阀在预充位停不住?为什么过了预充接近开关后就直接全开?经反复试验, 三位阀在不启动高压泵时, 给回流、预充, 全开信号动作均正常。尤其在预充时, 阀到预充接近开关处立即停止。不论预充接近开关距回流接近开关是近还是远。但高压泵启动后, 预充位时, 预充接近开关离回流接近开关非常近时三位阀都不能停住, 只有当距离调大到8cm以上时, 三位阀才能停住。而且第一钻停不住的次数多, 原因是冬天除焦完毕后为防止管线冻凝, 工艺用净化风将除焦水管线中的水全部排空, 这样平衡管中就进入空气了。预充接近开关离回流接近开关近, 三位阀由回流开到预充位时, 虽然上/下气缸的压力平衡, 但高压水作用在阀芯上的力与高压水通过平衡管到平衡腔作用在阀杆上的力并未平衡。这是由于平衡管中空气的可压缩性造成的。由于平衡管和平衡腔内有空气, 高压水的压力不能立即全部传递到阀杆上, 这样就存在压差使阀杆缓慢上移, 导致在预充位停不住。而当预充接近开关离回流达到8cm以上时, 三位阀的阀杆因上移进一步压缩平衡腔中的空气, 使空气到达一个压缩极限, 这时高压水的压力就能立即传递到阀杆上, 使高压水作用在阀芯上的力达到平衡, 三位阀就能够停在预充位了。
再则, 三位阀过了预充接近开关为什么一直到全开位。这是因为预充到位时, 预充压力到达设定值, 5EV只通过00308、NOT00310得电, 一旦过了预充压力接近开关00308将断开、5EV失电。上气缸排气, 而6EV在预充时通过00807、00404、00309或NOT00306、00404、00309得电, 下气缸继续进气, 相当于给了全开信号, 所以三位阀一直到全开位了。解决此故障, 将阀位指示块加长到合适长度, 使5EV提前得电, 上气缸充气, 即延长5EV的得电时间, 使阀芯有充分的时间平衡, 这样就能保证预充时三位阀能及时停止了。
3.3 故障三
三位阀在全开情况下, 现场总听到电磁阀间断而又短暂的排气声, 而且有时三位阀全开不到位, 全开指示灯不亮, 5EV电磁阀间断排气, PLC相应I/O卡件通道的信号通断指示灯闪烁。
逻辑分析, 预充压力到达设定值且SA5切至全开时, NOT00305和NOT00310断开, 5EV应该失电。6EV通过00807、00404、00310或NOT00306、00404、00310得电。下气缸进气, 上气缸排气, 三位阀全开。5EV是通过DO卡件00711得电。00711闪, 使5EV间断得电。而00305与00711同时闪, 中间存在什么关系呢?经分析, 预充压力达到设定值、SA5拨全开时, 三位阀能向全开动作, 6EV始终得电, 说明00310无问题。NOT00310一定为低电平。5EV只可能通过NOT00309和NOT00305得电。正常时, NOT00305应该低电平。但如果00305触点接触虚, 时通时断, NOT00305就会通/断来回切换, 造成00711间断导通, 5EV间断得电。这与00305、00711的相应卡件通道信号通断信号指示灯闪烁吻合。且NOT00305通时, 5EV得电, 造成三位阀开不到位。检查00305, 它是一个电接点压力表的开关量信号, 经过一个P+F隔离栅进入PLC。现场P+F隔离栅指示灯与00305同步闪烁。将输入信号拆下, 00305灯灭。用短路线短接输入端, 00305常亮, 说明隔离栅没问题。用万用表量电缆至电接点电阻, 发现阻值在15～200Ω变化。查电缆电阻为稳定5Ω。线间, 线对地绝缘良好。判定电接点压力表接触虚。因电接点压力表触点接虚造成的故障很多, 若将电接点压力表更换成压力变送器, 把4～20mA电信号引入PLC或由报警设定器将DI引入PLC更好。
3.4 故障四
除焦换钻时, 三位阀切到回流位, 但预充完成指示灯不灭, 电接点压力表指示5MPa, 有时指示9MPa。
此现象有两种可能:一是三位阀漏量, 回流位时因漏量使管线中还有压力, 电接点压力下不来;二是压力表的导压管不畅通造成憋压, 管线压力虽然降下来了, 但电接点压力表指针不回零。为了准确判断, 将1#塔的相应工艺压力表投用, 1#塔除焦时三位阀由全开关到回流时, 工艺压力表的电接点压力表回零, 而取DI信号的电接点压力表压力指示9MPa, 说明此压力表导压管不畅通, 且三位阀不漏量。
逻辑分析:电接点压力表指示5MPa或9MPa, 则00305闭合, 而三位阀回流位时, NOT00310 (非全开位) 通, 所以预充完成指示灯不灭。而回流时, NOT00310应该通, 00305应该断, 但由于电接点压力表未回零, 00305通, 造成预充完成灯在回流位时依然亮。现场一次阀是针阀, 无法疏通, 且原导压管取压点在除焦操作室下1.2m处, 虽进行了保温但没有伴热, 冬季曾发生导压管冻凝现象。建议在除焦操作室内的铜管线上开取压嘴, 将原取压嘴封死, 一次阀换用高压闸板阀, 这样就杜绝了冬天的冻凝现象, 也便于维护。而且, 如果发现导压管不畅通时可用铜管疏通。
4 结束语
水力除焦系统是延迟焦化生产过程中的重要工艺过程, 其故障处理的及时性关系到整个装置的除焦速度, 而除焦速度又影响到焦炭塔的有效利用率。笔者将控制逻辑分析与现场实际故障现象相结合进行分析, 为尽快找到故障原因的突破口、及时解决故障打下基础, 从而为保证并提高水力除焦的工作效率做出贡献。
故障逻辑 篇5
根据逻辑功能的不同特点,数字逻辑电路分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。组合逻辑电路的特点是,任何时刻输出端状态,仅取决于该时刻各个输入端的状态,而与电路原来的输出状态无关,即电路没有记忆功能。当组合逻辑电路的输出与输入之间,丧失规定的逻辑功能时,组合逻辑电路发生了故障。
组合逻辑电路故障诊断包括:故障模拟,对电路进行模拟激励和响应测试,求出故障响应测试码集;故障检测,对电路施加测试码,判断电路是否发生了故障;故障定位,确定电路故障定位测试集,生成电路测试码或测试序列(一个或几个测试码的组合);故障识别,对待测电路施加测试码或测试码序列,根据电路输出响应确定故障的具体部位和故障性质。在电路故障诊断实践中,采用适应性测试原理是确定电路故障定位测试集,生成电路测试码序列的方法之一[1]。
2 电路故障模拟
电路故障模拟是在电路分析基础上,对电路进行模拟激励和响应测试,得到电路故障模拟测试响应集;评价测试响应集对电路故障检测和故障定位能力,确定是否改变或增加检测点,修正测试响应集。这里的电路状态分析主要包括对电路正常状态和所有可能发生的故障状态进行描述和定义。
例如,在图1所示的组合逻辑电路中,X1X2X3分别为电路的逻辑输入端,F为电路的逻辑输出端。该电路输出端的逻辑表达式为:F=X1(X2+X3)。电路正常状态时,在输入信号X1X2X3作的激励下,输出端F的正常测试响应如表1第2列所示。
在正常输入信号激励下,电路没有达到正常输出响应,则电路发生了故障。如果故障响应与正常响应的逻辑值相反为逻辑故障。除逻辑故障以外的故障均称为非逻辑故障。在逻辑故障中,若故障使电路某点的逻辑电平保持为固定值,称为固定电平故障。若同一时间只发生一个固定电平故障,称为单固定电平故障。单固定电平故障是组合逻辑电路的典型故障。例如:图1电路在a、b、c、d、e五个点都有可能发生单固定电平故障。为了描述这些故障,引入两个故障状态变量:a1表示电路a点发生固定1故障;a0表示电路a点发生固定0故障。则图1电路共有十种单固定电平故障,分别记为a0、a1、b0、b1、c0、c1、d0、d1、e0、e1。其中下标为0或1分别表示该点发生固定为0的故障或固定为1的故障。
模拟在图1电路输入端分别施加X1X2X3全部可能输入激励码,使电路分别发生上述十种不同的单故障,得到电路故障模拟测试响应集如表1第3列所示。其中,当电路发生a0、d0、e0这三个故障时,所有测试的响应向量完全相同,无法根据测试响应区分这三种故障,所以称a0、d0、e0为不可区分故障(或等效故障)。将相互等效的故障纳入一个故障等效类,如a0、d0、e0故障构成一个等效类Fa0、d0、e0;故障b1、c1、d1构成另一个等效类Fb1、c1、d1,这样可得到归类后的等价响应表2。通常故障定位到等效类即可[1]。
在表2中每一行最少有一个列元素为1,按照最小覆盖原理只要选出若干行的集合,就能够覆盖所有列。说明表2中的测试码集合,可以检测图1电路归类后的全部故障类,所以表2也是图1电路的一个完全测试响应集。理论上,利用完全测试响应集的输入激励作为测试码,对图1电路逐次进行响应检测,将响应结果在表2中进行检索,即与测试响应表的各列逐一比较,与其相符的列向量对应的故障,就是电路实际发生的故障。
3 特征向量构成
由于电路发生故障时的响应必不同于正常电路的响应,可以将测试响应集中正常电路的响应与发生不同故障时电路的响应作异或运算,显然异或运算的结果为1表示电路有故障,为0表示电路无故障。在实际电路故障检测中,可采用如图2的输出响应测试法。其中,测试向量发生器应能产生待测电路完全测试响应集的全部测试码;标准电路可以是一个确认在测试期间不会发生故障的正常电路,或由计算机模拟的数学模型;比较器可对待测电路和标准电路的输出进行异或运算,并输出特征向量。
当用特征向量ki表示异或运算结果,用测试向量Ti表示输入激励,(其中i=0,1,2,……,)根据特征向量的原理,对于某一输入测试向量Ti,运算结果特征向量ki为“0”,表明待测电路无故障,可继续输入下一测试向量;若运算结果特征向量ki为“1”,表明待测电路有故障,报警并停止测试[1]。
例如:在表2中取特征向量k0=F⊕Fa1,k1=F⊕Fa0、d 0、e 0,k2=F⊕Fb 1、c 1、d 1,k3=F⊕Fb 0,k4=F⊕Fc 0,k5=F⊕Fe1;测试向量T0=000,T1=001,T2=010,T3=011,T4=100,T5=101,T6=110,T7=111,即可得图1电路故障特征向量表3。
采用输出响应分析法对图1电路进行的检测中,当测试向量Ti=T0=000时,若异或运算结果为1,表示电路有故障。检索特征向量表3,有对应的特征向量ki=k5=1。由定义k5=F⊕Fe1可确定电路发生了e1号故障,即图1电路中e处发生固定为1的故障。
在故障检测过程中,当同一测试向量Ti,对应的特征向量ki=1不唯一时,只能判定电路有故障,不能对故障定位。例如,当测试向量Ti=T1=001时,若异或运算结果为1,对应的特征向量k0=1、k5=1。只能判定图1电路有故障,但无法确定图1电路发生了a1号故障,还是发生了e1号故障。这时,要作到故障定位,还应再输入另一测试向量,得到另一特征向量,再对特征向量进行分析。
4 适应性测试码生成
在输出响应分析法中,确定电路测试码(或测试序列),产生电路定位测试集,有随机性测试法和确定性测试法两种方法。随机测试法中,测试向量发生器是一个随机信号发生器,以等概率产生各个输入测试码组合,电路的任何一个输入组合的产生概率都是1/2n,这种方法不能肯定地检测出可能存在于电路中的全部故障。确定性测试法中,测试向量发生器产生的测试码是事先确定的,如果待测电路有故障,则测试结果将肯定无疑地指出这一点。确定性测试法需要事先确定待测电路的完全测试集。确定待测电路的完全测试集,通常有穷举测试法和适应性测试法两种。对于穷举测试法,如果待测电路有n个输入变量,则输入组合的总数为2n个,这个计算过程是十分冗长的,以致在输入变量数较大时不可能实现。适应性测试法确定测试向量序列的过程是,根据每次测试响应的结果,选择下次测试向量。其中,选择下一个测试向量的原则是,测试响应表的行中n0n1=m ax,其中n0为该行中0的个数,n1为该行中1的个数。
例如,分析电路故障特征向量表3可知,测试向量T1,T2,T3,T4,T5,T6对应的行中n0n1=8,测试向量T0,T7对应的行中n0n1=5。所以,测试向量T1,T2,T3,T4,T5,T6,均符合n0n1=ma x的要求。可取其中任意一个作为首个测试向量,当取测试向量T1时:在T1激励下若电路特征向量ki=0,可得表3.0故障特征向量子表一。在T1激励下若电路特征向量ki=1,可得表3.1故障特征向量子表二。子表一、二中已均划去了T1行[2]。
分析故障特征向量子表一,测试向量T5,T6,均符合n0n1=max的要求。当取测试向量T5时:在T5激励下若电路特征向量ki=0,可得表3.0.0故障特征向量子表三。在T5激励下若电路特征向量ki=1,可得表3.0.1故障特征向量子表四。子表三、四中又均划去了T5行。
在子表三中,只有测试向量T6,T7,均符合n0n1=max的要求。当取测试向量T6时:在T6激励下若电路特征向量ki=0时,可最后确定图1电路故障特征向量是k4。在T6激励下若电路特征向量ki=1时,可最后确定图1电路故障特征向量是k1。
同理,在子表四中,只有测试向量T0,T4,均符合n0n1=max的要求。当取测试向量T0时:在T0激励下若电路特征向量ki=0时,可最后确定图1电路故障特征向量是k0。在T0激励下若电路特征向量ki=1时,可最后确定图1电路故障特征向量是k5。
分析故障特征向量子表二,只有测试向量T4,T6,均符合n0n1=max的要求。当取测试向量T4时:在T4激励下若电路特征向量ki=0时,可最后确定图1电路故障特征向量是k3。在T4激励下若电路特征向量ki=1时,可最后确定图1电路故障特征向量是k2。
至此,图1电路的所有故障特征向量k0~k5全部得到确定。
5 电路故障检测
将适应性测试中激励向量(驱动)和特征向量(响应)的逻辑关系,按“驱动棗响应棗驱动棗响应”连接起来,可以得到适应性测试诊断树。诊断树是连接激励向量与特征向量之间关系的一种逻辑结构[2]。
例如,根据前述适应性测试法,将表3的各子表结果,按选择驱动Ti得到响应“0”子表(或响应“1”子表)……,可以得到图1电路的适应性测试诊断树如图3。
由诊断树可以非常直观地确定适应性测试的激励向量集。首先,激励向量集中第一个激励向量应涵盖所有待测特征向量(与诊断树“根节点”相连的激励向量,满足第一个激励向量的要求)。其次,由第一个激励向量的响应结果(0或1),确定第二个激励向量,……依次类推。即前次测试的响应结果来确定下一测试,直至得到一个独立的特征向量,由该特征向量的定义完成对一个故障的定位。通常,确定下一次测试激励向量的计算,可在测试过程中在线进行。在实际检测过程中可以用单步适应性测试和连续适应性测试两种检测方式。
单步适应性测试法,每输入一个激励向量,检测判别一次输出响应,选择一个新的激励向量,……。一步一步直至检测到一个确定的特征向量。例如,按图3诊断树与“根节点”(k0~k5)连接的T1满足第一个激励向量条件。在T1的激励下测试响应若为“0”到达节点(k1~k4),则下一激励向量应取T5。在T5的激励下测试响应若为“0”,进一步到达节点(k1、k4),则下一激励向量应取T6。在T6的激励下测试响应若为“0”到确定达节点k4,按定义特征向量k4=F⊕Fc 0表明图1电路发生了故障Fc 0,即电路C点发生固定为0的故障。在T6的激励下测试响应若为“1”到确定达节点k1,特征向量k1=F⊕Fa 0、d 0、e 0表明图1电路发生了等价故障Fa 0、d 0、e 0。
在适应性测试诊断树引导下,图2故障诊断系统必能在“激励、响应、选择激励”过程中,明确指向一个特征向量ki即对一个定义过的故障实现定位。这里,单步适应性测试法最少需要三步“激励、响应、选择激励”,才能完成对特征向量k4的定位。
连续适应性测试法,每次输入一组激励向量序列,检测判别一个输出响应序列,与预期值相等则检测到一个确定的特征向量,否则选择另一组激励向量序列,直至检测到一个确定的特征向量。其中,每一组激励向量序列的首个激励向量,应涵盖所有待测特征向量。例如,在图3诊断树中满足首向量条件的激励向量序列有三组:“T1→T5→T6”、“T1→T5→T4”和“T1→T0”。当选择激励向量序列为T1→T5→T6时,即编程使测试向量发生器输出001→101→110脉冲序列,同时检测异或比较器的输出序列。当输出序列为000时图3诊断树指向k4;当输出序列为001时图3诊断树指向k1。显然,连续适应性测试法可能只用一步“激励、响应”,就完成对特征向量k4的定位。
在激励向量序列T1→T5→T6作用下,当输出序列不等于000或001时,下一组激励向量序列可选择“T1→T5→T4”或“T1→T0”。选择“T1→T5→T4”,可确认对k3或k2定位;选择“T1→T0”,可确认对k0或k5定位。
6 结束语
通过对组合逻辑电路模拟得到电路测试响应集,由电路测试响应集得到电路故障特征向量。按照适应性测试原则由电路故障特征向量得到电路的适应性测试诊断树,构成了基于适应性测试的组合逻辑电路故障诊断方法。这一方法不但适用于逻辑门组合电路故障诊断,也可以用于集成电路设计阶段性能测试,还可以用于数字设备的故障诊断。
摘要：组合逻辑电路故障诊断主要包括:故障检测,故障定位,故障识别。其中,故障定位对故障排除和电路改进最为重要。在故障定位过程中确定电路定位测试集,生成电路测试码或测试序列是关键。只要得到定位测试集,按一定顺序对电路施加测试激励,根据电路响应就可以达到故障定位的目地。本文介绍一种基于适应性测试生成检测序列的方法。
关键词：组合逻辑电路,故障诊断,激励响应,适应性测试,检测序列,诊断树
参考文献
[1]高泽涵.电子电路故障诊断技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2000.
故障逻辑 篇6
1 塞拉门的结构与工作原理
城轨车辆一般有四种车门, 即客室侧门、驾驶室侧门、紧急疏散门 (逃生门) 、驾驶室隔间门。城轨车辆车门组成:车门悬挂及导向机构、车门驱动装置、左右门页、紧急解锁装置、乘务员钥匙开关 (或称为紧急入口装置) 、一套安装在车体上的密封型材 (上、左、右) 等机械部分, 以及门控单元 (或气动控制单元) 、电气连接、负责检测的各类行程开关、指示灯等电气或气动部件。
按照车门结构分类可以分为:内藏门、塞拉门、外挂门。按照车门动力分类可以分为气动门、电动门。以下主要介绍地铁车辆塞拉门。
1.1 电动门的结构
塞拉门结构:由驱动机构、机械执行机构、门叶、垂直协调杆、制动组件、紧急解锁机构、车门旁路系统以及电子控制单元等组成。
1.2 塞拉门的工作原理
1) 平移运动电动机轴转动驱动齿轮运动, 齿轮带动齿运动, 齿带的运动通过连接齿带和门叶的连接件驱动门叶作平移运动;2) 塞拉运动杆件系统连续驱动共同的伸缩导轨两端, 转动电动机体来驱动车门门叶作塞拉运动;3) 门的锁闭控制杆件塞拉运动达到驱动机构的死点, 杆件锁定获得。
1.3 门系统的组成
车门系统由驱动电机、传动装置、承载导向装置、锁闭装置、解锁操作装置、门页和门控器等组成。
2 车门的系统主要功能和逻辑电路控制原理
2.1 车门系统的主要功能
开/关门功能:包括开、关门状态显示;未关闭好车门的再开闭功能:已关好的车门不再打开;开关车门的二次缓冲功能;防夹人/物功能 (障碍物探测再开门功能) ;车门故障切除功能;车门内部紧急解锁功能 (每辆车每侧两个车门) ;车门旁路功能;乘务员钥匙开关功能 (每辆车每侧一个车门) ;故障指示和诊断记录功能并可通过读出器读出;自诊断功能;零速保护。
2.2 城轨车辆塞拉门电气逻辑控制原理
列车车门的开关由电子门控器来控制, 开门列车线、关门列车线、零速列车线驱动门电机, 从而实现左/右侧车门的开关功能。关门带延时功能, 即门控得到关门命令后, 车门指示灯闪烁后门再动作, 延时时间为3.0s, 可调整。
如下图所示列车开关门逻辑图, 开关门信号采用大于500ms的脉冲信号实现, 在司机室左侧侧墙侧墙设置一个左侧开门带灯按钮DOPB_L, 关门带灯按钮DCPB_L;在司机室右侧侧墙设置一个右侧开门带灯按钮DOPB_R, 关门带灯按钮DCPB_R。在有零速信号和门释放信号时, 具体开关门操作如下:
左侧开门带灯按钮DOPB_L、右侧开门带灯按钮DOPB_R在有零速信号和门释放信号时保持常亮。
当无关门命令时, 司机按下开门按钮并大于500ms时, 车门内侧指示灯闪烁, 车门执行开门指令, 车门外侧指示灯逻辑同车门内侧指示灯。
司机按下关门按钮并大于500ms时, 车门内侧指示灯和车门外侧指示灯闪烁, 延时3秒后, 车门执行关门指令, 门关闭后车门内外侧指示灯熄灭。
3 城轨车辆塞拉门主要故障分析及处理对策
3.1 电气故障
1) EDCU故障
故障现象:包括电子门控单元EDCU硬件故障、突然死机等。
查找处理:检查EDCU中软件是否为最新版本, 若不是, 则更换新软件后重新开关车门试验, 检查是否正常;检查EDCU的接线端子等是否异常, 若不正常, 则重新安装接线端子, 若为EDCU本身故障, 则更换该EDCU单元。
2) 关门位置检测开关故障
故障现象:车门打开按下关门按钮后, 单个车门无法关闭, 车辆显示屏显示该车门故障。该故障的主要原因是开门行程开关DCS在车门打开过程中出现故障或误动作, 在关门过程中, EDCU收不到“门关好”信息, EDCU将向列车诊断系统发出“车门故障”信息。
查找处理:检查该行程开关是否有故障, 若有故障, 将其更换;检查该行程开关的安装是否过紧, 并检查其调整是否满足要求, 不符合要求则重新调整。
3) 车门电机故障
故障现象:车门不动作、车门动作一段距离后停止运动等。
查找处理:检查车门电动机各接线是否有松动或断裂的情况;若松动, 则重新紧固或更换断裂的部件;检查车门电动机的连接件包括电动机皮带、联轴器是否异常;若皮带出现断裂则更换;以上故障都排除后仍然不能解决该故障, 则可能是车门电动机本身的故障, 可考虑更换车门电机。
3.2 机械故障
1) 机械尺寸变化引起的故障
在客流量大而且集中时, 由于车体挠度等因素影响, 造成车门相关部件与车体等部位干涉, 从而引起车门故障。
查找处理:此类故障应检查车门的尺寸调整是否在规定的范围内, 如V型尺寸、车门对中尺寸等;同时还应该检查车门的各部件是否存在相互干涉等情况。
2) 零部件损坏
零部件损坏通常可以通过更换新零件解决, 如果同一类零部件损坏率较大, 则应该检查是否存在系统设计问题或调整上的失误。
摘要：本论文简述了城轨车辆车门相关的结构、工作原理, 逻辑控制电路原理等进行重点讲述并指出其常见的故障现象, 并说明了排除故障的方法。
关键词：城轨车辆,车门,故障处理
参考文献
[1]徐丽娟, 张莹.电力电子技术.北京:高等教育出版社, 2006.
[2]黄俊, 王兆安.电力电子变流技术.北京:机械工业出版社, 1999.
故障逻辑 篇7
空气压缩机是机车压缩空气源头, 直接关系到机车的正常操作及行车安全, 是机车的重要组成部分。特别是HXD2机车, 作为担当大秦线2.1万t重载货物列车牵引的主型机车, 存在列车编组车辆数多, 列车长的特点, 一旦压缩机发生故障, 直接影响列出的正常运行, 尤其是在长大下坡道区段, 更会导致列车制动失控, 甚至是放飏事故的发生, 由此对压缩机提出了更高的要求。
1压缩机及其工作逻辑
1) HXD2型机车使用的是GAR22螺杆式空气压缩机组, 采用空气冷却、单级、喷油螺旋式结构。压缩空气由使用三相交流380 V和50 Hz电机驱动的螺杆式压缩机生成。
压缩机主要参数如下:频率为50 Hz;压缩等级数量为1;最高压力为10 bar;压缩机出口工作压力为9 bar;最低工作压力为4 bar;进气最高温度为+40℃;最低的环境温度为-40℃;额定工作压力时, 空气出口的温度为27℃;电机转速为2 930 r/min;压缩机轴功率为17.5 k W;油量大约9L;质量660 kg。
2) HXD2型机车压缩机控制原理图如下:
从原理图中可以看到压缩机控制由4部分组成:机车逻辑控制部分:由机车主处理单元MPU、输入输出模块RIOM及FIP网络构成, 其主要作用是RIOM负责采集相关信息, 并将采集到的信息通过FIP网络传输到MPU, MPU处理相应的数据并依据逻辑运算结果发送相应控制指令。
信息采集部分:总风压力传感器、零压开关、-29℃加热温控开关、20℃保护开关。负责采集压缩机启动所需要的各项信息。
DC110V指令电路部分:负责为接触器提供工作信号及反馈信号。
AC380V动力电路部分:为压缩提供交流380 V动力电。
3) HXD2型机车压缩机控制逻辑关系式
压缩机工作逻辑关系式为:压缩机工作-29℃加热温控开关处于断开状态∧零压开关处于闭合状态∧120℃保护开关处于闭合状态∧总风缸压力低于800KPa∧压缩机热保护继电器处于闭合状态[1]。
2故障原因分析及处理方案
当机车正常启动工作时, 机车输入输出模块RIOM采集机车有关压缩机工作的各项信息, 通过FIP网络传输到主处理单元MPU, MPU将接收到的信息经逻辑判断后决定压缩机是否需要工作, 同时将相应操作命令通过FIP网络传输到RIOM, RIOM根据MPU的指令控制压缩机工作继电器是否动作。
1) 从压缩机工作逻辑关系式可以知道, 压缩机正常启动工作在控制逻辑上必须满足上诉5个条件, 即上述条件中的任一要素发生故障均会导致压缩机启动故障, 具体故障分析如下:
零压开关故障:零压开关是压缩机的内部压力指示部件, 以输出的高、低电平分别指示压缩机是否处于工作状态, 主要作用是保证压缩机在低负载下启动。当零压开关故障时机车认为压缩机处于运行状态, 故压缩机不会启动, 同时显示屏压缩机强泵风按钮也不可操纵。
总风压力传感器故障时, 其反馈的压力信息不准确, 机车主处单元MPU无法采集到真实的总风缸压力信息。当总风压力传感器反馈值大于真实水平时, 即使机车总风缸压力降到800 k Pa以下压缩机也不会启动, 直到总风压力传感器反馈值低于800 k Pa时, MPU才会通过RIOM控制压缩机工作接触器闭合, 压缩机启动工作。而当总风压力传感器反馈值小于真实水平时, 机车总风缸压力还未降到800 k Pa以下压缩机已经启动, 造成压缩机频发启动, 压缩机得不到冷却, 直至压缩机120℃保护开关动作, 强制压缩机停止工作。
-29℃加热温控开关故障:-29℃加热温控开关主要作用是防止压缩机在过低的温度下启动, 当压缩机温度低于零下29℃时该开关自动闭合, 此时压缩机处于预热状态, 此时及时逻辑关系中的6个条件全部满足, MPU仍会限制压缩机启动, 直至压缩机预热完毕。当-29℃加热温控开关故障时会通过RIOM向MPU发生预热工作信号, 由于系统设定, 此时压缩机将无法正常启动。
120℃保护开关故障:120℃保护开关是压缩机自带保护功能, 不受机车控制系统限制。负责采集压缩机内部油温, 当压缩机工作温度超过120℃时, 120℃保护开关断开, 压缩机启动高温保护, 断开DC110V控制回路, 压缩机工作接触器失电, 切断AC380V工作电路, 压缩机停止工作。当120℃保护开关故障时会强行切断压缩机工作接触器的工作电源, 导致压缩机无法启动。
压缩机工作接触器故障:压缩机工作接触器负责执行RIOM发出的工作指令, 为压缩机提供AC380V工作电源, 同时向RIOM反馈其工作状态。压缩机工作接触器故障时系统将逻辑关系记录为控制命令与反馈信息不一致, 即有压缩机控制命令无反馈信号, 或无压缩机控制命令有反馈信号, 不一致状态保持2秒以上, 系统判断压缩机故障, 从而切除压缩机。在这两种故障状态中, 前者可能是压缩机工作接触器工作线圈故障或动触头卡滞导致压缩机工作接触器无法正常闭合, 也有可能是压缩机热保护继电器动作切断接触器的控制电路。后者则可能是由于压缩机工作接触器触头焊接后动触头卡滞导致接触器无法正常释放。
压缩机热保护继电器故障:压缩机热保护继电器是串联在AC380V电源中的保护设备, 不受机车控制系统限制。当压缩机电机工作电流一项或多项异常升高时, 通过发热元件加热双金属片使其变形而使常闭触点断开切断压缩机工作接触器工作电源, 同时常开触点闭合向RIOM发送故障信息。压缩机热保护继电器故障时, 继电器无法恢复到正常位, 导致压缩机无法正常启动。
2) 通过分析压缩机不启动故障发生的原因, 在日常检修中结合不同的修程提出不同检修方案。
1) 针在总风压力传感器故障制定了在各级修程中使用E-train软件监控传感器反馈状态, 同时使用风压表实时比对误差, 并通过单通道试验检查传感器线路的方案, 彻底清除了总风压力传感器反馈引起的压缩机不启动故障, 并可以排查DC110V回路状态。
2) 针对-29℃加热温控开关故障制定了加装压缩机-29℃切除开关的措施。在确认压缩机温度在-29℃以上时, 将-29℃切除开关置于切除位, 可以消除由于-29℃加热温控开关引起的压缩机不启动故障, 而当压缩机温度低于-29℃时, 将-29℃切除开关置于正常位, 则压缩机加热系统正常工作。
3) 针对120℃保护开关故障制定了在C1-C3级修程中检查该开关整定值, 压缩机打风试验时监视油温上升速率。C4及以上修程进行油浴检测, 检查整定值范围不超 (120±4) ℃。
4) 针对零压开关故障, 制定了在C4及以上修程中清洁压缩机油路内杂质, 增加零压开关动作试验的措施, 从根本上防止零压开关故障。
5) 针对压缩机工作接触器故障及压缩机热保护继电器故障, 制定了在各级修程中检查测量接触器工作线圈及主、辅触头阻值, 并对接触器进行空载动作试验, 在C4及以上修程中更换热保护继电器的方案, 有效地减少了供电回路引起的压缩机不启动工作。
6) 在各级修程中重点检查DC110V控制回路、AC380V供电回路各节点线路状态。编写《压缩机控制回路原理及故障处理手册》, 以图片形式讲解各部件作用及相应故障现象, 提高工作检修效率。
3结语
本文通过对HXD2型机车压缩机控制工作原理进行分析, 针对HXD2型机压缩机不启动故障提出了相应的检修方案。我段在加强日常检修的同时, 结合C4、C5级修对HXD2型机车压缩机进行了全面检修, 已经大幅降低了压缩机不启动故障率, 提高了机车检修效率, 确保了机车质量的稳定, 受到司乘人员及检修人员的一致好评。
参考文献