在线故障定位（共7篇）
在线故障定位 篇1
单相接地故障是电网中出现频率最高的一种故障。由于配电网的多分支型的网络结构不同于输电网的单支模型,因此适用于输电线路的行波法、基于阻抗的单端和两端测距算法难以在配电网中实现故障点的准确定位[1,2,3]。本文提出基于分布式探测器的实时故障监测的方法,在配电网络中的主要节点分布安装一定数量的探测器,将监测信息即零序电流测量值加以汇总分析,得到故障区间位置。相比于现有测距算法[4,5,6],所提方法简单实用。
1 在线故障监测的总体方案
对中性点不接地系统进行单相接地故障分析[7],可得如下特征:
a.发生单相接地故障时,全系统都将出现零序电压;
b.在非故障分支线路上有零序电流,其数值等于本身的对地电容电流,电容性无功功率的实际方向为由母线流向线路;
c.在故障分支线路上,始端零序电流为全系统非故障线路对地电容电流的总和,数值一般较大,电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。
根据线路单相接地故障情形下的特征信息,采用分布式探测器在线监测接地故障时,可以采用如下判据判断故障[8]:采用监测零序电流的方法,当母线上出线较多、网络规模较大时,母线至故障点的区段零序电流值基本相等,而且远大于其他区段的零序电流值,这一特点可作为故障定位判据。
具体实现方案为:在各分布式监测点安装在线监测探测器,各个探测器具备零序电流测量、数据处理和GPRS通信功能;在监控中心设置计算机主机,主机系统包括GPRS通信、信息处理和地理信息管理软件。配电网正常运行时每个探测器都处于待机状态,当发生接地故障时,主机系统根据监测到的零序电压确定故障的发生,通过通信系统启动各个探测器测量零序电流,测量结果通过GPRS反馈给主机,管理软件根据网络结构和各分支的零序电流大小进行综合分析,实现故障区间的定位。分析结果以短消息的方式发送给相关负责人。总体方案示意如图1所示。
在方案实施中,在线监测探测器是技术的核心。由于配电网节点众多,且多数节点不具备室内测量条件,作为远方监测终端,除具备零序电流测量、数据处理、通信功能外,设备必须满足成本低、体积小、功耗低的要求,并能适应苛刻的户外运行条件。
2 分布式探测器
2.1 结构
零序电流的测量是分布式探测器的主要功能,传统的电流互感器体积大、成本高,不适于在变电站外的架空线路上使用,传统的零序电流测量方法是在电流互感器二次侧将三相电流信号相加,但是在变电站外的架空线路上由于高压绝缘问题,无法直接相加三相电流信号,因此设计了分布式电流互感器。分布式电流互感器采用了目前广泛应用于数据采集领域的射频(RF)通信技术。射频连接技术解决了配电网中测量电压、电流中的绝缘问题。分布式探测器分别在每一相安装电流测量单元,以无线射频的方式输出测量结果给一个中转设备,该中转设备接收并处理三相电流测量单元的测量值,得到零序电流值。分布式探测器具体结构可参见图1(b)。电流测量单元的原理框图如图2所示。
电流测量单元一直处于待机休眠状态,当射频电路接收到中转设备发送的同步测量信号时,通过中断唤醒微处理器,启动电流测量程序,采集一定周期的电流值后再通过射频电路传输给中转设备。A/D转换器选用12位Maxim1066。射频元件选用NRF24L01。NRF24L01是真正的单芯片GFSK射频收发器,只需十来个外围元件就能够实现射频收发功能。它工作在2.4～2.5 GHz的ISM波段,拥有125个工作频道,通过可达10 MHz传输频率的SPI接口与微处理器交换数据,无线数据传输频率可达2 MHz,内嵌地址匹配和CRC校验电路。
2.2 零序电流计算
在三相电路中,任意一组不对称的三相相量可以分解为正序、负序和零序分量[9]。零序电流等于三相零序电流之和,按式(1)计算可得零序电流。但是由于3个电流测量单元增益的一致性难以保证,取3个电流测量单元的瞬时测量值直接相加,所得零序电流瞬时值的计算精度并不理想。用神经网络和3个电流测量单元构造智能传感器则能够较精确地测量出零序电流。
本智能传感器选用的前向多层神经网络的反向传播(BP)学习理论采用有教师学习算法,擅长于函数逼近,有很强的计算能力和自学习自适应能力。如果3层神经网络的隐层采用Sigmoid函数,输出层采用Purelin函数,各层采用有限个神经元,就能以任意精度充分逼近任意复杂的非线性关系[10]。因此,采用神经网络结构进行反复的离线训练能建立各相电流测量值与零序电流的对应关系。然后,用训练好的神经网络对3个电流测量单元响应得到的网络输出即为零序电流值,从而实现对零序电流的在线监测。算法采用的BP网络见图3,网络结构共有3层,即输入层Xi、隐层Fj、输出层Zk,输入层为电流测量单元检测到的Ia Ib和Ic的测量值,输出层为零序电流值,隐层节点数为3[11]。
3 通信方案
目前移动通信覆盖范围广,费用低廉,GPRS的高速数据传输服务成为本方案的首选。
SIM300是支持GSM/GPRS 900/1 800/1 900MHz3种频率的低功耗模块,可以提供高质量语音通信服务和GPRS Class 10的高速数据传输服务。
当使用TCP向远端Server传输数据时,先要建立一个TCP连接。分布式探测器中的SIM300模块作为Client向远程的Server发起一个TCP连接,要成功建立连接需要Server端为连接到Internet的一台计算机,而且该计算机的IP地址是公网的IP地址(可以用拨号的方式获得,如在计算机局域网内部则无法建立连接),该计算机运行相应程序,分布式探测器中的SIM300模块就可以用AT命令与Server建立TCP连接,连接成功后会返回CONNECT OK。然后就可以用AT+CIPSEND发送数据到Server[12]。
通信协议采用一主机对多从机的点对点方式。当主机要读取某分布式探测器的数据时,与相应的分布式探测器建立TCP连接,分布式探测器收到数据串后上传数据给主机。
4 监控主机
当发生接地短路故障,主机监测到零序电压的变化时启动通信程序,各分机收到请求后,将故障后电流测量值作为结果上传给主机。配电网正常运行时的零序电流值作为参考存储在计算机中,可以消除三相负荷不平衡引起的零序电流测量值的偏差。
本系统的监控主站由计算机和通信模块组成,利用通信模块的RS-232口和计算机连接在一起,构成一个可利用标准AT命令集驱动控制的,具有无线收发功能的GPRS信息终端。主站的计算机通过通信模块接入GSM网络后,就可以用短消息业务和数据业务按照一定的规约格式给分布式探测器发送命令信息。
计算机上安装由VC编写的监控软件。该软件主要包括3部分:应用软件、工具软件、数据库管理软件。这3部分结合在一起共同实现与终端设备的通信和对原始数据的各种处理。用户可以使用工具软件在线制作配电网馈线图,在线输入和修改各终端设备的原始数据,并形成数据库;数据库管理软件对各种数据进行管理;应用软件是主体部分。正常时计算机处于主菜单状态,用户可以根据需要选择显示网络结构图或是地理信息图作为背景图。
5 结论
a.提出了在配电网加装探测器在线监测接地故障的方法,通过综合分析探测器的零序电流测量信息,可实现故障分支或故障区段的准确定位。
b.给出了分布式探测器的具体研制方案,其中分布式电流测量单元和GPRS通信环节的研制使装置满足了配电网的实际要求,实验装置的测试证明该方案是可行的。
c.提出的方案和具体的实现技术可应用于当前的配电网自动化改造项目中。
参考文献
[1]ZHU Jun,LUBKEMAN D L,GIRGIS A A.Automated fault location and diagnosis on electric power distribute on feeders[J].IEEE Trans on Power Delivery,1997,4(2):801-809.
[2]吴敏，朱锡贵，徐为纲．无信道馈线故障处理技术[J]．电力系统自动化，2000，24(6)：39-41．WU Min,ZHU Xigui,XU Weigang.Technology of fault handling feeder automation without communication channel[J].Automation of Electric Power Systems,2000,24(6):39-41.
[3]林功平．配电网馈线自动化解决方案的技术策略[J]．电力系统自动化，2001，25(7)：52-55．LIN Gongping.Technique strategy of feeder automation of distribution power network[J].Automation of Electric Power Sys- tems,2001,25(7):52-55.
[4]侯自力，彭兰芳．树枝型电力网短路故障的端口比值分支定位法[J]．电子科学学刊，1990，12(6)：641-645．HOU Zili,PENG Lanfang.Port ratio branch location of short fault for tree type power networks[J],J of Electronics,1990, 12(6):641-645.
[5]束洪春，许承斌，徐贤敏，等．10 kV或6 kV自配线路单相接地故障测距的新算法[J]．中国电机工程学报，1995，15(6)：423-428．SHU Hongchu,XU Chengbin,XU Xianmin,et al.New algorithm (??)for line-to-ground fault location on 10kV or 6kV direct distribution line[J].Proceedings of the CSEE,1995,15(6):423-428.
[6]李冬辉，史临潼．非直接接地系统单相接地故障选线方法综述[J]．继电器，2004，32(18)：74-78．LI Donghui,S-HI Lintong.Survey of the methods to select single phase fault line in neutral point indirectly grounded power system [J].Relay,2004,32(18):74-78.
[7]周荣光．电力系统故障分析[M]．北京：清华大学出版社，1988．
[8]陈辉．采用零序电流互感器检测10 kV线路接地故障的探讨[J]．浙江电力，2001(4)：52-55．CHEN Hui.Investigation on detecting the grounding fault of 10 kV lines by using zero sequence current transformer[J]. Zhejiang Power,2001(4):52-55.
[9]何仰赞，温增银．电力系统分析[M]．武汉：华中理工大学出版社．1996．
[10]DEMUTH H,BEALE M.Neural network toolbox user's guide [M].Natick,MA,USA:The Math Works Inc,1998.
[11]陈祥光，裴旭东．人工神经网络技术及应用[M]．北京：中国电力出版社，2003．
[12]LIN Y B，IMRICH C．无线与移动网络结构[M]．方旭明，林楷，张雪竹，等，译．北京：人民邮电出版社，2002．
在线故障定位 篇2
由于煤矿井下空间狭小空气潮湿且常有落顶和岩石塌陷事故发生,因而供电电缆易受砸、压、碰损害以及有害物质的腐蚀而发生漏电、短路、断线等故障。电缆故障从形式上可分为串联故障与并联故障。串联故障是指电缆一根芯线或多根芯线断开;并联故障是指电缆芯线对外皮或芯线之间的绝缘下降,不能承受正常运行电压。最常见的故障形式是单芯线接地[1],该种漏电故障容易引起瓦斯和煤尘爆炸[2]其它故障一般也是由单相接地故障引起的。因此,及时准确地排除电缆故障对煤矿的安全运行十分重要。
煤矿井下供电系统采用单端供电方式,系统中性点非有效接地,属于小接地电流系统[3]。供电系统一旦发生单相接地故障,由于接地电流较小,故很难确定故障点的位置。目前国内井下电力电缆的故障测距实际使用的大多是离线测距方式,主要分为阻抗法和行波法两类。电力电缆离线故障测距技术已基本成熟,但测距精度不高。因电缆故障引起的停电事件时有发生,在一定程度上影响了原煤的生产效率。所以,如何提高井下电缆故障测距的精度以及实现在线故障定位已成为井下供电系统迫切需要解决的问题之一。
由于故障线路零序特征量的暂态信号中含有丰富的故障特征信息,利用暂态零序无功功率在选线频带内的极性可选出故障线路,从而克服利用稳态分量及其它暂态选线方法的局限性。本文在采用暂态选线方法的基础上,利用有些频带的暂态高频信号与故障距离成一定映射关系的特点,运用小波分析与神经网络的紧密结合(即小波神经网络)来实现故障定位。仿真结果表明,该方法可以快速准确地实现井下电缆的在线故障选线和定位功能。
1 井下电缆单相接地故障特征分析
利用Simulink软件[4]可建立井下电缆供电系统的仿真模型,并得到各种故障情况下的零序电压、零序电流波形,从而分析总结它们的波形特征。系统仿真模型如图1所示,简化模拟矿井供电系统中井下中央变电所对2个采区和1个一般负荷供电。其中进线电缆(InLine)用YJV42,其正序电阻为0.08Ψ/km;500 m配电电缆(Line)为YJV32,其正序电阻为0.08Ψ/km,采区电缆(Mine Line)用UPQ,其正序电抗为0.732Ψ/km,正序电阻为0.07Ψ/km,长为100～150 m。采区电压为660～1 140 V,变压器(Ground Transformer)型号为KSJ2-100/6 6/0.69 kV 9.6/84 A Y/Y-12,其短路电压为4.5 V,短路电压有功分量为2.4 V,短路电压无功分量为3.82 V,空载损耗为600 W,短路损耗为2 400 W,电阻为0.113,电抗为0.182。隔爆移动变电站(Mine T)选用KSGZY-500/6 6/1.2 kV,其空载损耗为1 900 W,短路损耗为3 000 W,其短路电压百分比为4,空载电流百分比为2。Continuous为用户界面分析模块;Multimeter为万用表模块;Fault Scope为示波器模块。
仿真得到单相接地故障时的零序电压和零序电流波形如图2所示。从图2可看出,在发生单相接地故障的暂态过程中,零序电压和零序电流的变化很明显富含了故障特征量
2 暂态量小波分析选线
对于中性点不接地系统和经消弧线圈接地的配电网均能得到一个特征频带在该频带上故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流方向相反。假设第一条馈电线路发生单相接地故障,这时系统模型的零序网络如图3所示。
下面分别针对中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统进行分析。
(1)中性点不接地系统
从线路k的测量端看进去,输入零序等效阻抗为
式中:Zλ为零序特征阻抗,,其中γ0k、Z0k、y0k、L0k、C0k分别为单位长度的电阻、阻抗、导纳、电感、电容;γ为线路的零序传播常数,;Lk为线路长度;Zlk为末端负荷的零序等值阻抗。
若Zlk=∞,则有
由式(2)可导出Z0k的相频特性:
则线路k将交替发生串联谐振和并联谐振,阻抗在串联谐振时呈容性,在并联谐振时呈感性,且随着频率的升高交替呈现容性和感性。
非故障线路首次发生串联谐振(Z0k的相频特性φ=0)的临界频率为
在0<ω<ω0频带内,零序等效阻抗呈容性。设ωmin为所有非故障线路自身首次发生串联谐振频率的最小值,则在0<ω<ωmin配电线路的特征频带内,所有线路零序等效阻抗均呈容性。健全线路可等效成一个集中电容参数,而故障线路的零序等效阻抗为所有健全线路零序等效阻抗的总和。所以在选定的特征频带内,零序容性电流可理解为由故障点虚拟电源U0放电产生,经故障线路分配给其余非故障线路,即故障线路的容性电流幅值大于任何一条非故障线路,且故障线路的容性电流从线路流向母线,而非故障线路的电流从母线流向线路,二者的零序容性电流方向相反。
(2)中性点经消弧线圈接地系统
设消弧线圈在频率ωr下可以完全补偿系统的电容电流,则有
式中:C0为整个中性点不接地系统的零序网络对地等效零序电容。
那么在任意频率ω下,故障线路i检测的容性电流为
式中:分别为整个网络、出线k、消弧线圈的零序电流;U0为零序电压;C0h为故障线路等效参数电容;C0(ω)、C0(ωr)分别为任意频率ω下、临界频率ωr下的电容值。
若,则故障线路中仍有容性电流且其方向从线路流向母线,与非故障线路的容性电流流向相反。故障线路含有电容电流的临界条件为
式中:ωL为故障线路容性电流为零时的频率。
则在ωL<ωmin频带内,故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流方向相反,消除了消弧线圈的影响。
所以对于中性点不接地系统和经消弧线圈接地系统的配电网,均有一个特定的频带,在该频带内故障线路的零序电流与非故障线路的流向相反。这样在选定的特征频带内,根据零序无功功率的传输方向就可以判断出故障线路,即零序无功功率为正时,线路为非故障线路,相反则为故障线路。暂态零序无功功率的计算流程如图4所示。
零序无功功率计算公式为
式中:和分别为i0(t)、u0(t-900)在小波j0和定位k上的尺度系数;dj,k和d′j,k分别为i0(t)、u0(t-900)在小波j和定位k上的尺度系数。
3 基于小波神经网络的井下电缆故障定位
小波神经网络是小波分析理论与人工神经网络结合的产物,具有小波变换良好的时频局部化特性和神经网络强大的学习能力[5]。其结合途径大致可分为松散型结合与紧密型结合,这里采用紧密型结合。
小波神经网络的结构如图5所示,其中学习样本经输入层投影压缩后作用于小波神经网络[6]。图5中,输入端有2M个节点,隐层有k个节点,给定P组输入输出样本。隐层选取的小波为Morlet小波,对网络的输出也并不是进行简单的加权求和,而是先对网络隐层小波节点的输出加权求和经Sigmoid函数变换后得到最终的网络输出。这样有利于处理分类问题,同时减少训练过程中发散的可能性[7,8]。
训练样本时,在权值和阈值的修正算法中加入动量项,引进前一步的修正值来平滑学习路径,避免引入局部极小,加速学习速率。为了避免在逐个样本训练时对权值和阈值修正可能出现的振荡,采用成批训练方法,将一批样本所产生的修正值累计后统一进行一次处理。
选取的代价函数为
式中:Yp为输出层的期望输出;yp为网络输出。
隐层输出和输出层输出分别为
式中:ψ为小波变换函数;wkm为连接权值;imp、U mp分别为神经网络输入的电流值和电压值。
小波神经网络训练算法逐步更新神经元间的连接权值wkm、wk及小波的伸缩因子ak和平移因子bk,其表达式为
式中:wknew、wkmnew、aknew、bknew为更新值;wkold、wkmold、akold、bkold为更新前的值;Δwkold、Δwkmold、Δakold、Δbkold为更新值与原值的差值;δk、δkm、δak、δbk分别为Ep对wk、wkm、ak、bk的梯度,;xpm为输入样本。
学习算法的具体实现步骤[9]:
(1)网络参数的初始化:将小波的伸缩因子ak、平移因子bk、网络连接权值wkm和wk、学习率η(η>0)以及动量因子λ(0<λ<1)赋予初始值,并令其输入样本计数器m=1。
(2)输入学习样本及相应的期望输出Yp。
(3)计算隐层及输出层的输出。
(4)计算误差和梯度向量。
(5)进行递增运算,即m=m+1,如果m
(6)当E<ε,即代价函数E小于预先设定的某个值ε(ε>0)时,停止网络的学习,否则将m重置为1,并转步骤(2)。
假设线路L1的A相发生故障,将不同条件下发生故障时得到的系统母线零序电压和线路零序电流作为输入样本对小波神经网络进行故障测距训练,然后通过训练好的网络来验证小波神经网络的实际测距能力。取表1中的故障情况,训练结果如图6所示。
从图6可看出,所选故障情况在测试中能够达到预期的结果,前提是该网络有足够的训练样本。
4 结语
提出的基于小波变换的井下电缆单相接地故障在线选线和定位方法具有精度高、抗干扰能力强、实时性好的特点。利用该方法,仅需测量井下变电站出口单端信息就能实现供电线路的选线和电缆故障定位功能,对井下供电电缆的快速、准确故障定位以及矿井的快速恢复生产和安全可靠供电具有重大意义
参考文献
[1]于金霞,李长青,贾宗璞,等.专家系统在煤矿井下供电电缆实时故障诊断中的应用[J].焦作工学院学报:自然科学版,2002(1):50-53.
[2]董爱华,王福忠.煤矿井下动力电缆故障点检测的研究[J].煤炭科学技术,2001(8):31-33.
[3]赖昌干.矿山电工学[M].北京:煤炭工业出版社.2006.
[4]黄永安,马路,刘慧敏.MATLAB 7.0/Si mulink 6.0建模仿真开发与高级工程应用[M].北京:清华大学出版社,2005.
[5]ZHANG Q,BENVENISTE A.Wavelet Network[J].IEEE Transactions on Neural Network,1992,3(6):889-898.
[6]肖胜中.小波神经网络理论与应用[M].沈阳:东北大学出版社,2006.
[7]王凯,张永祥,李军.小波神经网络在齿轮故障诊断中的应用[J].煤矿机械,2004(7):128-130.
[8]成礼智,王红霞,罗永.小波的理论与应用[M].北京:科学出版社,2004.
在线故障定位 篇3
配电系统故障频繁,尤其是单相接地故障发生概率最大[1],因此研究配电系统单相接地故障定位问题很有必要。
目前,配电系统离线定位已经取得重大进展,其中“直流定位法”能够克服配电系统故障定位存在的难题,具有良好的故障路径辨识性能,但是离线定位需要先停止故障线路的供电再进行定位操作,降低了供电可靠性,与电网发展方向相悖。国外配电自动化系统的一个重要内容就是故障区域的自动指示,即在配电系统中装设电流互感器,故障时根据各互感器的输出信息判断故障区域,但该系统只能将故障锁定在一定区域,具体故障点也需要人工巡线查找,且该系统投资大,国内较少采用。
本文通过分析中性点不接地系统零序电流、电压,利用零序功率角度判断故障路径,解决了零序电压、电流相角同步检测以及数据通信问题,从而实现了故障定位。
1 基于零序功角检测在线故障定位的可行性分析
1.1 零序功角分析
首先定义从变电站指向线路末端的方向为电流参考正方向,如图1中的方向。三相电源电动势分别为,中性点电压为,故障接地电阻为R。在故障点前后分别任取一点观测其三相电流相量。
设线路单相对地电容C=C10+C11+C20+C21,C1=C11+C20+C21。因为
而由基尔霍夫电流定律有:
结合式(1)、式(2)得:
故障点前观测点的三相电流为:
零序电流为:
将式(4)带入式(5)得:
同理可得故障点后观测点的零序电流为:
由式(6)和式(7)知,故障点前零序电流滞后零序电压90°而故障点后超前90°,两者相角相差180°;零序电流大小取决于零序电压以及检测点距离线路首端或者末端的距离(距离决定电容大小)。由此可知,利用零序功角对单线进行故障定位是可行的。下面对采用该方法辨识故障分支与非故障分支的可行性进行分析。
定义故障路径为从变电站故障线路出口到故障点的最短路径,如图2中o—a—b—故障点。
采用与单线配电系统相同的分析方法,并且取与之相同的电流正方向,对故障线路第一个分支点a下游两分支的零序功率方向进行分析。设B相接地电阻为R,a点左侧系统单相电容为C1,观测点1右侧系统单相电容为C2,观测点2右侧系统单相电容C3。系统零序电压为:
观测点1三相电流为:
零序电流为:
同理得观测点2零序电流为:
对比式(8)、式(9)可知,故障分支零序电流滞后零序电压90°,非故障分支超前90°,并且由于正常线路的存在,电容电流较大(C1远大于(C2和C3),因此理论上故障路径上的零序电流远大于非故障路径的。
1.2 负荷对零序功角的影响
图3是带负荷配电系统,其中C代表各相对地电容,Z为负荷集中等效参数,R为故障接地电阻,负荷中性点电压为。
对负荷中性点应用基尔霍夫电流定律有:
整理式(10)可得:
对变压器中性点应用基尔霍夫电流定律有:
整理式(11)得:
对比式(3)和式(12)知,无论有无负荷都不影响零序电压大小。又因为有负荷和无负荷情况下的零序网络完全相同,所以负荷不影响零序电流相角。
以上分析表明,对于中性点不接地配电系统,通过检测零序功角可以辨识故障路径。
2 零序功率方向检测
虽然已经证明基于零序功角检测进行故障定位的可行性,但是如何实时得到检测点的零序功角却是个难题,因为在检测点只能够检测零序电流,而无法通过在检测点安装零序电压互感器来检测零序电压(零序电压只能够在变电站内部进行检测)。零序电流、零序电压异地检测存在两个问题:一是同步检测问题,只有同步检测的数据才能进行相角比较;二是通信问题,需要将一端检测到的数据传送到另一端进行相角比较从而得知零序功角。
2.1 基于GPS的同步相角检测
对于同步相角检测问题,本文采用基于GPS秒脉冲的同步方法。目前,GPS卫星接收模块的授时精度已经到达微秒级,相对于电力系统50Hz的频率,角度误差大约是0.018°,完全满足定位要求。
如图4所示,两个采样点分别装设同样的GPS接收模块,给异地采样单片机提供同步信号。当GPS秒脉冲到来时,记录下此时的UTC时间(即通用协调时,同一时刻全球各地的UTC时间相同)并启动两地单片机采样,采样完成后分别求出相对于UTC时刻的绝对角度,即零序电压绝对角和零序电流绝对角。
2.2 数据通信
由于配电系统结构复杂,零序电压和零序电流检测点相差可能几千米甚至几十千米,因此将一端的检测数据传送到另一端从而求取零序功角就显得比较困难。
基于有线网络和自组无线网络的方法需要增加设备,成本高,为此本文采用基于GPRS的无线数据通信平台进行数据传输。首先将测得的绝对相角打上UTC时标,而该时标就是其采样时刻,其数据格式为:起始字符angle_u0(i0)UTC结束字符。
然后将该数据送到GPRS发送模块,通过GPRS网络传送到另一端GPRS接收模块并解码,最后与本地同一UTC时刻的绝对角度进行比较即可得到该时刻零序功角。
3 配电系统模型实验
现场进行在线定位研究非常困难,为此搭建了配电系统模型,如图5所示。模拟线路不带负荷,线路按π型参数等值,单相接地电阻为3kΩl,变压器中性点采集零序电压,线路分支点装有3个零序电流互感器输出零序电流信号。
因为只有电压信号才能被采样,所以零序电流互感器出口接电流电压转换器。图6为采样波形图(为了能够将零序电压和零序电流波形进行直观的比较,已将零序电压采样数据除以2 000)。
由图6可知,#5、#6互感器都在故障路径上,波形图上其零序电流滞后零序电压约90°;#7互感器在非故障路径上,其零序电流超前零序电压约90°;另外#5、#6互感器采集的零序电流大小基本相等,且大于#7互感器。由此可知实验结果与理论分析一致。
4 结束语
理论分析和模拟实验证明:对于中性点不接地配电系统,利用零序功角的差异可以有效实现故障路径辨识,而解决了异地同步采样和数据传输问题后可以很容易得到零序功角。
虽然理论推导以及配电系统物理模型实验都证实该方法的可行性和有效性,但还需要通过现场实验进行改进。另外,在线路上装设零序电流互感器以及采样单元将增加现场的维护工作量,因此还应解决如何在不改变配电系统现状的条件下实现在线定位的问题。
基于零序功角检测进行在线定位的方法仅适用于中性点不接地配电系统,而目前国内配电系统中性点多接有消弧线圈,消弧线圈会补偿线路的容性电流,使得该方法失效。对于含有消弧线圈的配电系统如何有效进行在线定位将是以后研究的方向。
参考文献
[1]Seppo Hanninen,Marti Lehtonen.Characteristics of earth faults in electrical distribution networks with high impedance earthing[J].Electric Power Systems Research,1998,44: 155-161
[2]严凤,杨奇逊,齐郑,等.基于行波理论的配电系统故障定位方法的研究[J].中国电机工程学报,2004,24(9):37-43
[3]桑在中,潘贞存,丁磊,等.“S注入法”选线定位原理及应用[J].中国电力,1997,30(6):44,45,62
[4]张慧芬,潘贞存,桑在中.基于注入法的小电流接地系统故障定位新方法[J].电力系统自动化,2004,28(3):64-66
在线故障定位 篇4
目前国内学者在研究扰动源定位的方法研究上取得了一些成果。当电网发生低频振荡时,传播到电网中不同位置的特殊形状扰动行波具有相似性,文献[6]提出一种比较多点测量数据波形相似度以确定低频振荡扰动源位置的定位方法。尽管系统强迫振荡的表现形式与弱阻尼振荡相似,但是两者在能量转换方面却大不一样,根据这些特点从能量函数的角度出发进行识别强迫振荡扰动源的位置[7,8,9]。在能量函数分析法的基础上,文献[10]构建了不同层次的割集,根据割集流出的振荡能量正负来判断扰动源是否位于割集内部,实现扰动源大致方位的识别。近年来,电力系统机电波理论[11]的提出为强迫振荡扰动源定位方法的研究提供了新思路。文献[12]采用滑动数据窗法计算机电波到达时间来确定扰动源的位置,提高了定位的快速性。
文中通过力学中的能量共振特点构建出系统振荡能量的表达形式,根据其能量转换与电路中的能量表现形式相类似的特点,结合电路理论分析振荡能量,提出一种比较发电机频率波动以及电气有功功率波动这2个电气量稳态阶段的相位差关系,判断强迫振荡扰动源是否位于机组原动机上的扰动源定位方法。利用TLS_ESPRIT算法提取出主导频率下相应电气量的相位参数,滤去了采集的电气量中非扰动源决定的分量。该方法基于广域测量系统(WAMS)实测的数据,能够直接识别频率和有功功率这两个电气量的相位参数并进行判断,为扰动源的在线监测定位提供了研究参考方向。
1 强迫振荡系统的能量共振
1.1 经典弹簧系统能量共振
在经典力学中,对于受迫振动的系统,一般从位移共振和速度共振这两方面进行分析。首先讨论经典的弹簧系统,在其受迫振荡过程中从系统的动能以及势能的变化来分析能量共振特点[13]。
设某一振动系统由质量为m的物体,弹力系数为k的弹簧组成,其中阻力系数为β,在外力F=F0cosωt作用下发生强迫振动,其运动微分方程为:
式中:x为物体偏离平衡位置的位移。其中,系统在强迫振荡过程中,动能为Ek(t)=mv2/2,势能为Ep(t)=kx2/2,总能量E(t)=Ek(t)+Ep(t)。振荡系统的平均能量为:
式中:T为外力的振动周期。
当系统开始受迫振荡过渡到稳态时,系统的平均能量E軒(t)不断增加直到不变,且当外力的频率ω与系统的固有频率ω0相等时,系统发生共频振荡,平均能量最大。此时外力F对系统做的功等于系统克服阻力-βv做功消耗的能量,而系统的动能和势能互相发生转化。
1.2 单机无穷大系统的振荡能量构建
根据经典力学中的弹簧系统受迫振荡的原理,首先以单机无穷大系统为例,对电力系统发生强迫振荡时振荡能量特点进行分析。
在平衡点附近线性化之后的发电机运动方程为:
式中:M为发电机的惯性常量;D为发电机阻尼系数;Ks为发电机同步系数;Δδ为发电机功角相对于平衡点的偏移量。
不难看出,式(3)和式(1)存在着对偶关系。在电力系统发生强迫振荡过程中,对电力系统构建适当的振荡能量变量:
式中:Δω=dΔω/dt。
式中:ΔPe=KsΔδ。
当电力系统发生强迫共振且处于稳态阶段时:
式中:保持不变,且可得:
2 强迫振荡能量转换特性
在电力系统发生强迫振荡且达到稳态时,功角偏差量、功率偏差量、频率偏差量等都能够用正弦函数来表示。对式(6)和式(7)两边同时进行求导,可得:
式(8)体现了振荡过程中非耗能的储能特性,而式(9)体现了发电机振荡能量的产生和消耗。
根据能量守恒定律可知,与节点相连的n条支路上流入节点的有功功率波动量ΔPl的代数和为零,线性化后可表示为∑nl=1ΔPl=0,等效于基尔霍夫电流定律(KCL)。相邻2个节点的频率波动量Δωi和Δωj之差Δωij=Δωi-Δωj,则某一回路的代数和Δω=(Δω1-Δω2)+(Δω2-Δω3)+…+(Δωn-Δω1)=0,等效于基尔霍夫电压定律(KVL)。强迫振荡过程中,发电机组的振荡能量转换可以用电路理论进行分析。
3 强迫振荡源的定位判据
根据以上分析,强迫振荡的扰动源相当于一个电源,向系统注入振荡能量,可以根据这一特性来判断扰动源所在的机组。
在系统发生强迫振荡过程中,发电机的机械功率偏差量由两部分组成,外施的机械功率扰动ΔPm0以及调速系统调节产生的机械功率扰动:
式中:K(jΩ)为调速器的传递函数;Ω为系统振荡的角频率。
(1)当扰动源位于发电机上时,ΔPm=ΔPm0+K(jΩ)Δω=K'(jΩ)Δω。根据式(3)可得:
根据式(9)可知,在单机无穷大系统中,机械扰动功率注入的振荡都在发电机阻尼上所消耗,没有传播到系统中。在实际多机系统中,发电机上扰动源注入的振荡能量除了被阻尼消耗,还有部分输出到系统,被网络和其他发电机阻尼所消耗。
因此K'(jΩ)的实部大于D,式(11)中,分母的实部为正,该式实部为正。此时Δω和ΔPe之间的初始相位差小于90°,发电机扰动源等效的电压源向外输出能量为正,即扰动源位于发电机上。
(2)当扰动源不在发电机时,ΔPm=K(jΩ)Δω。
由于K(jΩ)具有负实部[14],分母具有负实部,故式(12)具有负实部。此时Δω和ΔPe之间的初始相位差大于90°,发电机扰动源等效的电压源向外输出能量为负,即吸收振荡能量,扰动源不在发电机上。
根据以上分析,可以根据发电机的角频率偏差Δω以及输出电气功率偏差ΔPe之间的相角差的绝对值是否小于90°来判断发电机原动机是否为强迫扰动源。
4 强迫振荡的在线监测定位
4.1 基于TLS-ESPRIT获取波动相位
以上强迫振荡源的定位是对振荡的稳态阶段的波动相位关系进行分析的,而电力系统在发生强迫振荡的初始阶段,除了含有由扰动引起的稳态分量,还包含由初始条件引起的瞬态分量。在电力系统实际振荡过程中,判断振荡进入稳态阶段的时间点比较困难,而且如果系统的固有频率较低或阻尼较弱,振荡的过渡时间会比较长。因此需要尽快获取电气波动的稳态量。
TLS-ESPRIT算法是旋转不变技术的信号参数估计(ESPRIT)算法的扩展,是一种基于子空间的高分辨率信号分析方法。利用同步相量测量装置(PMU)监测获取的实时数据,TLS-ESPRIT算法能够计算出信号中各分量的频率大小、衰减系数以及阻尼比,通过最小二乘法求取信号幅值和初始相位。因此,可以提取出强迫振荡的主导频率,即共振频率,获取相应的波动相位。而且如果实测的数据中含有异常数据,经过预处理剔除之后,TLS-ESPRIT算法仍能够准确地进行模态分析。
4.2 振荡源定位步骤
Δf和Δω同相,因此可以通过PMU实测的机组频率进行分析。基于WAMS获得的实测数据,根据模态的辨识结果,得到扰动源的在线监测定位方法,步骤如下:(1)对实测的发电机电气功率Pe和频率f数据进行分析,判断机组是否正处于强迫振荡;(2)实测数据预处理,剔除异常数据;(3)利用TLS-ESPRIT算法确定振荡模态并获取波动相位;(4)判断发电机频率偏差的相位(φf)以及输出电气功率偏差的相位(φp)之差的绝对值是否小于90°,若成立,则扰动源位于发电机上,否则扰动源不在发电机上。
5 算例分析
在四机两区系统验证文中提出方法的可行性及有效性。四机两区的系统结构如图1所示。根据小干扰分析可知,该系统包含1个区间振荡模式,频率为0.64Hz。从0 s开始对该模式的强相关机组G1额外施加持续性的原动机功率扰动,扰动频率为0.64 Hz,扰动幅值为0.01 p.u.,仿真时间为20 s。此时,系统区域间发生强迫振荡。
TLS-ESPRIT获取主导振荡频率下的波动相位并进行扰动源定位判断,其结果如表1所示。机组G1上频率波动相位与输出电气有功波动相位差的绝对值为32.8°,小于90°,满足扰动源定位判据,可以确定强迫扰动源位于该机组;同理,机组G2、G3、G4上频率波动相位与输出电气有功波动相位差的绝对值分别为254.3°,104.8°,109.5°,均大于90°,故可以判断这3台机组不是强迫振荡源,与实际情况一致。
6 结束语
在线故障定位 篇5
本文结合套管典型缺陷类型进行了仿真计算和实体放电模型的验证, 获得了不同模型下的局放特高频信号, 提出了适合套管局放的时延分析方法, 通过天线阵列采集局放信号, 对套管产生的特高频信号进行检测及定位, 并在现场进行了实际测试和应用, 为保证变电站和电网的安全可靠运行提供了保障。
1 套管局部放电UHF信号传播特征
1.1 自由空间电磁波传播理论
局部放电通道由时间宽度为纳秒级别的脉冲电流产生, 并向外辐射电磁波。局部放电通道的直径和长度极小, 通常是毫米级别, 远小于UHF电磁波的波长 (λ) 。因此, 局部放电的电磁辐射可以用短电偶极子电磁辐射理论来解释。
短电偶极子是一根长度 (l) 极小的短线天线, 有l ≫λ, 如图1所示。
在图1球坐标系下, 假定流经短电偶极子的电流I=I0ejωt, 根据麦克斯韦方程可得出短电偶极子的电磁场共有3个分量Er、Eθ、HΦ, 而分量Er、Eθ、HΦ处处为零。3个分量的表达式为
可见, 电场强度和磁场强度均随着离开场源的距离r的增加而减小, 但是各项的减小程度不同。当kr ≫1时, 场点P组成的区域称为远区。在远区内, Er≈0, 只有2个有效的场分量Eθ和HΦ, 其表达式可简化为
变压器油单一介质中距离与频率的关系如表1所示。
对于特高频 (300~3000 MHz) 电磁信号的检测范围而言, 只要试品距传感器1.6 m之外均可认为试品处于电磁波传播的远场范围, 其传播规律遵循信号幅值随距离成反比的衰减规律。
1.2 套管末屏接触不良放电电磁波传播仿真
采用有限时域差分法 (FDTD) 计算电磁波在套管本体中的传播路径和规律。不同缺陷情况电磁波传播路径不同, 最终都会被特高频天线检测到。以套管末屏接触不良典型缺陷为例, 得到的局部放电电磁波传播仿真结果如图2所示。
从图2仿真过程可以看出, 不同时刻末屏处的放电无法通过防护罩直接传播到外部空间, 而是通过末屏接线柱小套管进入套管油道, 进而向两端传播;末屏处的电磁波信号沿油道向上传播时, 会从末屏上方的瓷套处泄漏出去, 进而向周围空间传播;电磁波传播至电容芯子两端时, 分别会绕射进入电容芯子内部继续传播。总之, 油箱中电磁波的传播速度较慢, 传播距离会落后于外部空间。
1.3 典型缺陷位置的传播试验
以套管末屏接触不良电磁波传播过程试验验证为例, 通过考察到不同位置传感器的时延来判别信号辐射位置。将3个传感器以套管为中心水平等间距放置, 测得仿真结果如图3所示。
从图3可以看到, 中间传感器 (2号传感器) 分别领先两侧传感器 (1、3号传感器) 1.5 ns和2.0 ns左右, 说明信号辐射位置在3个传感器中垂线略偏1号传感器上, 即套管中垂线偏末屏位置。同理, 调整传感器高度位置, 可以在垂直方向上确定放电位置。
2 套管典型缺陷局部放电特高频信号分析
不同缺陷类型的放电特征不同, 因此为识别放电类型及部位提供了依据。现以套管顶部接触不良缺陷为例, 进行局部放电特高频信号时域分析、频域分析和相位谱图分析, 其波形如图4所示。
通过图4可以发现:在时域方面, 波形等效时长16 ns, 首波上升时间0.1 ns, 波形上升时间0.6 ns, 波形下降时间0.2 ns, 峰值0.04 V;频域方面, 套管顶部接触不良的频谱比较平均, 主要集中在0.6~1.8 GHz左右, 平均等效频宽为1.53 GHz, 信号频域比较丰富, 高频成分较多;相位谱图分析方面, 局部放电量约为800 p C, 主要分布在90°和270°附近, 一、三象限, 谱图基本符合空气中悬浮放电的特征。
对套管典型的局部放电缺陷模型进行检测、分析, 根据计算得到的等效时长和等效频宽信息, 绘制出顶部悬浮放电、末屛放电、油中悬浮放电和下瓷套沿面放电4个典型放电模型的TF谱图, 如图5所示。
从图5可以看到, 4种放电信号具有不同的时频特征, 在TF谱图中有着显著的区别, 因此可以作为信号聚类和分离的依据。
3 现场测试结果
以庆北变电站现场实测为例验证实际定位效果。为屏蔽现场通信的干扰, 检测频带选择1~1.5 GHz。
现场实测时, 在变压器附近架设多通道特高频测量设备, 反复调整示波器触发阈值, 寻找疑似局部放电阵列信号。在确定局放信号基本特征后, 根据特高频信号到达时间先后进行特高频信号源测向, 确定主变附近特高频信号的来源方向及进行定位。
在2号主变正前方定位天线阵列接收到的一组特高频信号波形, 如图6所示, 疑似放电信号, 而天线阵列的中垂线正对2号主变110 k V中性点接地刀闸。
将四通道定位阵列布置在接地刀闸附近, 定位结果如表2所示。
由表2可知, 放电位置位于接地刀闸支柱顶部。
cm
4 结论
1) 针对套管典型缺陷开展了特高频信号传播过程仿真, 验证了与理论衰减特性的一致性。
2) 分析研究了套管不同部位局部放电特高频信号的传播特征, 套管不同部位的局放, 特高频信号因传播路径不同, 其波形有不同的形态特征。
3) 通过变电站的现场实测, 发现了多处不同程度不同设备的局放信号, 并进行了精确地定位, 不仅验证方法有效性还累积了大量现场实测定位经验。
4) 采用特高频方法对套管局部放电现象进行检测与定位, 解决了高压套管在线监测面临的安全可靠性低、抗干扰能力差等问题, 实现了对放电源进行简单、快速、准确的定位。
摘要：为解决依靠例行和诊断性试验来评估变压器套管的绝缘状态, 难以及时发现运行中套管的潜在故障和现有的套管局部放电测量通过末屏引出信号安全性差, 且易受干扰的问题, 提出了基于特高频信号的套管局部放电带电检测与时间差定位方法。阐明了特高频定位方法的基本原理, 并进行了仿真计算及套管实体缺陷模型局放特性比对与定位, 且通过现场对在运变压器套管进行测试, 结果表明, 该方法可以辨识出套管局部放电缺陷类型及放电部位。
在线状态检测与故障诊断技术 篇6
从设备的设计、制造到安装、运行、维修等诸多环节, 如果其中的任何环节出现了偏差, 都有可能会导致设备性能的恶化或是引发故障。在设备运行过程中, 其内部往往会受到力热、摩擦等多种物理及化学作用, 使其性能出现变化, 从而引发设备故障, 带来巨大的损失, 所以对设备在线状态监测和故障诊断技术相关内容进行详细的、深入的分析研究具有十分重要的意义。
2 状态检测与故障诊断技术概述
①状态检测:在设备运行过程中, 对特定的特征信号进行检测、变换、记录与分析处理, 并显示记录情况, 这是设备故障诊断工作顺利开展的基础条件。②诊断分析:一般情况下, 诊断分析主要涉及信号分析处理与故障诊断两方面内容。其中, 信号分析处理是指对所获得的信息以一定的方式进行变换处理, 并且以不同的角度提取最直观的、最敏感、最有用的特征信息。故障诊断是在状态检测与信号分析处理基础上进行的一项工作, 主要是对故障性质、危险程度、产生的原因或者是发生的部位进行诊断, 然后以此为基础, 对设备性能与故障进一步发展情况进行相应的预测。③治理预防:治理预防主要是指对已经诊断出设备异常情况发生的原因、部位及危险程度进行相应的研究, 并且采取相关治理措施与预防的方法。
3 状态检测与故障诊断技术系统结构特点
3.1 离线检测与诊断系统
所谓离线检测与诊断, 即为对设备运行情况进行定期的检测与诊断, 一般先在实验室或者是计算机房中以计算机对数据采集器设置巡检路径组态, 之后再单独将数据采集器带至项目现场进行数据的采集与存储工作。当完成了数据的采集操作之后, 将数据采集器带回实验室与计算机联机, 然后将采集器中的数据上载至计算机中, 最后将其存入计算机数据库中进行集中的管理与相应的分析处理。离线检测与诊断系统较为简单, 一般由传感器、动态数据采集器与卫星计算机构成, 也可称其为T-C-PC机械故障巡检系统。其中, 微型计算机主要涉及检测、通讯、分析与诊断软件。此外, 对于动态数据采集器与微型计算机的连接, 主要采用RS-232C接口或其他专用接口进行, 以形成可分离的联机系统。
3.2 在线检测与诊断系统
在线检测与诊断系统即为在测点上永久性的安装传感器, 并且以处理设备与传输设备或者是Internet网络将传感器所采集到的信号直接传输至计算机或是专用分析与诊断仪器中, 能够实时显示所测设备的技术状态, 同时还能够对其进行相应的分析诊断的技术。此外, 其还能够将分析诊断结果接入设备电器控制部分, 在此过程中, 一旦发现故障或者是所测得的参数超过了报警范围, 计算机就会发出指令, 使得电器控制部分作出停机操作, 以此来对设备进行良好的保护。在线检测与诊断系统基本构成如图1所示。
4 在线设备状态检测与故障诊断技术
4.1 在线设备状态检测技术
4.1.1 在线检测技术
从目前的在线检测技术来看, GPS检测技术是一种新型的设备状态安全检测技术, 通过GPS检测技术可以对故障进行自动检测。GPS检测技术主要包括有监视控制系统和SCADA系统。GPS检测技术主要是根据电磁暂态的记录, 对故障进行合理的分析, 以此实现对的运行状态进行有效的监督控制。GPS检测技术与其他故障录波仪器相比, 在检测过程中不会出现数据沉冗问题, 因此在很大程度上提高了数据的有效性。同时, 将GPS检测技术与通信技术进行有效的融合, 可实现数据的同步传输, 进而确保检修质量和效率。在数据传输以后, 还能够自动产生检测记录, 为故障发生原因的分析提供参考依据。GPS检测技术的运用能够提高的可靠性, 保障电力系统的稳定运行。GPS检测技术同步方法是通过钳形传感器触发外同步, 获得同步信号。在软件方面, 可以通过四个特征对的放电情况进行有效的判断, 为故障判断提供了参考资料。
4.1.2 红外检测技术
热与有着十分紧密的联系, 一旦出现故障, 都会提高设备的温度, 导致设备发热, 从而容易损坏。红外检测技术是一种新型的在线检测技术之一, 具有较高的安全性, 检测效率好, 甚至可以检测出设备温度的些微变化, 以此确定故障的情况。红外检测技术是一种理想的在线检测技术, 将其运用在发热故障中的检测中, 可以充分发挥极大的作用。将红外检测技术运用于设备的状态监测, 可以检测出冷却装置控制键元件、各个部位接头的温度, 并且还能检测出变压器的潜伏性故障。
4.2 故障诊断技术
4.2.1 简易诊断法
简易诊断法是指采用便携式的简易诊断仪器, 例如测振仪、声级计、工业内窥镜、红外点温仪对设备进行人工巡回监测, 其能够依据设定的标准或人的经验进行相应的分析, 以了解设备是否处于正常状态, 如果发现异常, 可通过对监测数据分析进一步了解其发展的趋势。由此可知, 简易诊断法可解决状态监测和一般的趋势预报问题。
4.2.2 精密诊断法
精密诊断法指对已产生异常状态的原因采用精密诊断仪器和各种分析手段 (包括计算机辅助分析方法、诊断专家系统等) 进行综合分析, 以期了解故障的类型、程度、部位和产生的原因及故障发展的趋势等问题。精密诊断法主要解决的问题是分析故障部位、程度、原因和较准确地确定发展趋势。
4.2.3 振动噪声测定法
机械设备在运动状态下 (包括正常和异常状态) 都会产生振动和噪声。通过相关研究可知, 振动和噪声的强弱及其包含的主要频率成分和故障的类型、程度、部位和原因等有着密切的联系。大多数设备是定速运转设备, 各零部件的运动规律决定了它的振动频率。由于是定速运转, 其振动频率即为该零件的特征频率, 观测特征频率的振动幅值变化, 可以了解该零部件的运动状态和劣化程度。因此利用这种信息进行故障诊断是比较有效的方法, 也是目前发展比较成熟的方法。尤其是振动法, 由于不受背景噪声干扰的影响, 使信号处理比较容易, 因此应用更加普遍。
4.2.4 无损检验
无损检验是一种从材料和产品的无损检验技术中发展起来的方法, 其是在不破坏材料表面及内部结构的情况下检验机械零部件缺陷的方法。其使用的手段包括超声、红外、x射线、γ射线、声发射、掺透染色等。这一套方法目前已发展成一个独立的分支, 在检验由裂纹、砂眼、缩孔等缺陷造成的设备故障时比较有效。其局限性主要是其某些方法如超声、射线检测等不便于在动态下进行。
5 结语
综上所述, 相比于离线检测, 在线检测与诊断系统的成功相对较高, 但在设备运行过程中, 通过在线状态检测与故障诊断技术的合理应用, 能够对设备故障发生原因的分析与诊断等工作的顺利进行提供先进的技术支持, 从而及时解决设备运行过程中存在的问题, 提升企业的经济效益与社会效益。
摘要：通过在线状态检测与故障诊断技术的合理运用, 能够有效了解并掌握设备运行过程中的实际状态, 从而对设备的可靠性进行相应的评价与预测, 更好地识别设备故障原因与危险程度等情况, 预测发展趋势, 及时处理。此背景下, 本文首先分析了状态检测与故障诊断技术, 其次对状态检测与故障诊断技术系统结构特点进行了一定的研究, 最后探讨了在线设备状态检测与故障诊断技术的应用, 以供参考。
关键词：设备,在线状态检测,故障诊断技术
参考文献
[1]姚家松.高压电动机在线状态监测与故障诊断技术探讨[J].煤矿机电, 2012 (03) :52~55.
[2]邰世福.浅析在线监测及故障诊断技术在继电保护状态检修的运用[J].中国新技术新产品, 2010 (20) :17~18.
数字电路在线故障检测技术研究 篇7
目前, 数字电路已渗透到社会的各个行业中, 与人们的生产生活息息相关, 科技的发展、社会的进步都需要使用到数字电路。但数字设备由于各方面原因使得故障事件频频高发, 因此要求数字电路故障检测技术的效率高、迅速处理好事故原因, 尽快回复电路正常运转。所以应该提高数字电路检测技术并找到迅速检测的方法, 解决传统数字电路检测技术中检测时间长、难度大、效率低下的难题, 使数字电路的故障检测工作更快捷, 在最短的时间内处理好数字电路故障检修。
1 数字电路故障特点
数字信号是量化的离散信号, 数字电路主要针对这些离散的数字信号实施有效处理的电路。数字电路的功能主要有两种, 一种是时序型, 另一种是组合型。在数字电路的输送界限中不存在反馈路线, 只有一种简单的组合型电路, 在数据输送中都是依靠输入进的信号, 与前期的电路输送没有任何的关联, 所以数据记录是完全空白的。组合型同时序型的最大的区别就是是否有集成数据, 触发器具备的储蓄功能是时序型电路的重要组成部分, 数字电路的思维和状况表现是依靠时序型电路来完成。数字电路信号的输出与收入都是在储蓄电路的尾端进行的, 因此在检测故障的过程中, 需要进行检测的数据高达上千条之多。并且电路中的元件通常都设置在软芯片中, 二软芯片中有非常多的物理曲线, 导致检测工作非常繁杂, 且不容易展开, 严重影响了数字电路检测工作的速度。
2 数字电路故障原因
(1) 没有重视集成参数的变化。在设计时对元件中集成参数变化的重视程度不够, 考虑不周全, 因此在电子元件使用过程中会发生许多元件老化、参数性能低下或者不平稳等故障, 都讲导致数字电路无法正常使用。
(2) 工作环境差, 不符合要求。大多数数字电路对运作环境都有一定的标准和要求, 比如:温度、湿度, 运转时间长短、电路控制是否合理还有高强度电磁搅扰都可能引起数字电路的不良反应, 影响数字电路的正常使用。
(3) 使用超量、超过使用期限。如果超负荷使用数字电路, 会导致数字电路元件的老化速度加快, 使数字电路的性能大大降低, 数字电路的故障频率因此而上升。
(4) 线路安排不合理, 故障频发。在按装电路的过程中, 因安装不当导致的故障数不胜数, 任何一点问题都将会影响到数字电路的使用, 所以在按装时要特别注意。
3 在线电路检测技术
(1) 持续观测。电路检测的最基本的方法是坚持不间断的观察。连接电源后, 随时观察整个的电路运作情况有无异常, 这是在线电路检测的第一步。
(2) 分割检测。将完整的数字电路分割成若干部分, 再对这些部分进行单独检测, 连接电源后, 进行部分排查寻找, 最后由逻辑笔判断出故障的具体位置。也可以连接数据显示器, 检查电路运行情况。分割检测可以更快速的找到故障位置。
(3) 电阻测试。电阻测试主要是针对通电后的电路检测。在电路通电后, 出现发烫、冒烟的情况, 必须迅速切断电源, 避免故障部位发生扩大, 然后采用电阻测试法对使用的设备一段一段的进行认真的检查, 内部的输送端口有无异常、电源设备等。电阻测试非常适合用于接触不好、电路短路的故障检测。
(4) 替换零件。如果数字电线发生故障的位置非常隐密, 不容易查找, 到不妨使用替换法。将疑似有故障的零件卸下, 按装上同一型号且质量合格性能好的零件, 再进行检测故障有没有解除, 通常情况下, 替换法是快速处理此类隐密故障最有效的手段。但有一点要谨记, 在替换零件时, 要记得关掉电源。
4 检测注意事项
(1) 在检测过程中应按照前后顺序依次进行, 切不可盲目实施。一利用万用表检测集成设备和电源。通过询问客户大致了解一下发生故障的原因和位置, 再直接观察故障的位置, 检测设备元件是否损坏, 将电源连接后, 查看一下设备有无异常情况, 若发生冒烟、发烫等情况必须赶快切断电源, 若没有异常, 再开始检测电路信号, 寻找故障发生的具体原因。二、对组合电路的检测通常使用故障排除法。使用故障排除法是在在电路运转过程中, 用逻辑笔检测输入的电平, 按照得出的数值, 一一进行排查最后确定故障的位置实施检修。
(2) 因为数字电路设备和型号类型多样化, 检测人员不肯全都掌握, 所以在检测时, 如果接触到不常见或不了解的型号, 就必须先借助检测手册, 了解该数字电路的型号、运转功率和引脚名称等, 再根据该电路的检测手册进行全面细致的检测, 对与检测手册中的注意事项要特别注意, 对故障的排查工作非常有利。
5 结语
归纳上述, 数字电路应用的迅速普及, 使得数字电路发生故障的次数频频高升, 因而数字电路故障检测就显得尤为重要。所以, 作为检测人员必须通过累积丰富的检测经验, 提高故障检测技术水平, 并及时的了解故障发生的真正原因, 通过检测找到对应的处理方法, 迅速处理好故障, 及早恢复数字电路的正常使用。
参考文献
[1]王继业.数字电路在线故障检测方法研究[J].哈尔滨工业大学, 2012 (25) :129-132