CN111856137A - 基于谐波法的在线式电气故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电气设备检测技术领域，公开了基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，还包括谐波检测设备、谐波检测软件和专家数据库三部分。该基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，通过设置谐波检测设备、谐波检测软件和专家数据库，通过检测电缆外泄磁场获得电流谐波信号，通过傅里叶分析获取高次谐波成分及含有率，根据威布尔分布函数(Weibull distribution)统计得到故障诊断专家数据库，现场实测结果与专家数据库进行比对，实现电气设备的故障诊断，设备运行状态下检测，更能反映机电设备及负载部的故障情况，不仅可以对电气设备的故障做出判别，对设备的潜在故障也能掌控，可以更好的对设备提出维护意见，延长设备的使用寿命。

Description

基于谐波法的在线式电气故障诊断系统

技术领域

本发明涉及电气设备检测技术领域，具体为基于谐波法的在线式电气故障诊断系统。

背景技术

随着我国经济的高速发展，企业对电力设备运行的可靠性要求不断提高，传统检修的局限性也越来越突出，计划检修和大修容易形成过度维修造成浪费；另外停产检修不同于运行条件，有些隐患具有潜伏期和发展期，停产检修无法排除潜在的隐患，或出现漏报、误报或早报的情况。

预警式设备状态监测越来越重要，既不影响设备的正常运行又能客观反映设备的运行状态，比传统检修更为及时可靠，能判断设备的劣化部位和发展趋势，在出现异常运行之前及时维修更换零部件，避免突发安全事故和经济损失。

设备状态监测是在设备运行过程中，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测、预报设备未来的状态，设备状态监测的方法和手段有很多，如振动法、温度法、超声法和电流法等，各方法均有优点，但基本上是检测项目比较单一，线圈绝缘和发热是电气设备故障发生的重大隐患，而传统的方法依赖专家经验判别，通过简单的检测或感官判别虽然可以发现一些故障明显的机械部分故障，但对设备潜在的故障无法判断，故而提出基于谐波法的在线式电气故障诊断系统来解决上述所提出的问题。。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，具备不仅可以对电气设备的故障做出判别，对设备的潜在故障也能掌控，可以更好的对设备提出维护意见，延长设备的使用寿命的等优点，解决了现有的传统的方法依赖专家经验判别，通过简单的检测或感官判别虽然可以发现一些故障明显的机械部分故障，但对设备潜在的故障无法判断的问题。

(二)技术方案

为实现上述不仅可以对电气设备的故障做出判别，对设备的潜在故障也能掌控，可以更好的对设备提出维护意见，延长设备的使用寿命的目的，本发明提供如下技术方案：基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，用于检测电气设备的电流谐波来判断电气设备的异常，具体包括以下步骤，通过比较指示值与标准值来确定劣化，其中，通过把电流谐波每阶的相对谐波含量除以预定阶的电流谐波总谐波失真获得指示值，通过把指示值形成的每阶谐波函数乘以从每阶相对谐波含量通过计算而发现的、用于每阶的诊断的计算值获得标准值，其中所述电气设备的劣化度通过加权所述的标准值来相互区别，并且劣化部分根据所述电流谐波的特殊谐波阶数来确定。

基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，还包括谐波检测设备、谐波检测软件和专家数据库三部分。

优选的，所述谐波检测设备包括传感器和采集器两部分。

优选的，所述谐波检测软件包括利用谐波主成分分析进而推导出判断标准。

优选的，所述专家数据库包括历史检测数值和诊断标准值。

优选的，所述特殊谐波阶数是指奇数阶和偶数阶。

优选的，所述奇数阶和偶数阶是第2阶、第3阶、第4阶、第5阶、第6阶、第8阶、第9阶、第10阶、第11阶、第12阶、第13阶、第15阶、第17阶、第19阶、第21阶、第22阶、第23阶、第24阶、第25阶、第26阶、第27阶、第28阶、第29阶、第30阶、第35阶和第38阶。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明提供了基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，具备以下有益效果：

该基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，通过设置谐波检测设备、谐波检测软件和专家数据库，通过检测电缆外泄磁场获得电流谐波信号，通过傅里叶分析获取高次谐波成分及含有率，根据威布尔分布函数(Weibull distribution)统计得到故障诊断专家数据库，现场实测结果与专家数据库进行比对，实现电气设备的故障诊断，首次运用非接触式电流谐波采集智能传感器采集信号，集成信号采集模块、信号处理模块、通信模块和电路控制模块等，研制小型化、便携式、多功能和适应各种复杂及狭小电气设备故障检测环境的智能系统，设备运行状态下检测，更能反映机电设备及负载部的故障情况，基于谐波法的在线式电气故障诊断系统能同时检测电气部分和机械部分，实现对设备整体把控，检测数据不需要专业人员现场分析，检测完后直接可以出检测报告，可实现提前对设备健康状态预警和生成趋势图。该技术在不影响设备正常运行的情况下，判断设备各部件的老化情况，检测结果直接反映设备运行状况，通过观察趋势图，可了解设备劣化趋势，实现提前预警和提出维修计划，防止突发事件的发生。

附图说明

图1为本发明基于谐波法的在线式电气故障诊断系统流程图；

图2为本发明基于谐波法的在线式电气故障诊断系统逻辑的流程图；

图3为本发明基于谐波法的在线式电气故障诊断系统的框架构成图；

图4为本发明基于谐波法的在线式电气故障诊断系统流程图现场布局图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，用于检测电气设备的电流谐波来判断电气设备的异常，具体包括以下步骤，通过比较指示值与标准值来确定劣化，其中，通过把电流谐波每阶的相对谐波含量除以预定阶的电流谐波总谐波失真获得指示值，通过把指示值形成的每阶谐波函数乘以从每阶相对谐波含量通过计算而发现的、用于每阶的诊断的计算值获得标准值，其中电气设备的劣化度通过加权的标准值来相互区别，并且劣化部分根据电流谐波的特殊谐波阶数来确定，特殊谐波阶数是指奇数阶和偶数阶，奇数阶和偶数阶是第2阶、第3阶、第4阶、第5阶、第6阶、第8阶、第9阶、第10阶、第11阶、第12阶、第13阶、第15阶、第17阶、第19阶、第21阶、第22阶、第23阶、第24阶、第25阶、第26阶、第27阶、第28阶、第29阶、第30阶、第35阶和第38阶。

基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，还包括谐波检测设备、谐波检测软件和专家数据库三部分，谐波检测设备包括传感器和采集器两部分，谐波检测软件包括利用谐波主成分分析进而推导出判断标准，专家数据库包括历史检测数值和诊断标准值。

本发明基于谐波法的在线式电气故障诊断系统是根据流入电气设备的电流谐波的诊断劣化以确定电气设备的异常，劣化通过比较指示值(indexvalue)与标准值来判断，指示值通过将电流谐波每阶的相对谐波含量除以电流谐波预定阶的总谐波失真而获得，通过把指示值形成的每阶谐波函数乘以从每阶相对谐波含量通过计算而发现的、用于每阶的诊断的计算值获得标准值。电气设备的劣化度通过加权标准值来相互区别，并且劣化部分通过电流谐波的具体谐波阶数来判断，通过本发明其中的职能传感器测量流入电气设备的电流谐波，通过上述的计算，再访问专家数据库进行比对，从而得出测试报告，本系统的发明对电气设备是非常实用的，并潜在的扩展到工业社会。

请参阅图1，步骤S10中，通过谐波检测设备测出总谐波失真率(THD)，至于需要测出总谐波失真率的谐波次数该设定为多少，在这里设定为2次到40次，步骤S11是进行计算，用各次数的谐波含有率除以步骤S10中求得的总谐波失真率，得出指数THk，于是就可以进入劣化判定步骤S12，在这里，CHk是K次谐波的判定基准，关于CHk的详细算法可看相关专利中，在此省略，比较CHk和步骤S11中求得的THk，其结果如果是正常的话，进入步骤S13，如果是劣化状态进入步骤S14。

请参阅图2，1为电流检测部，2为磁场检测部，通过电流检测部1进行电流测定，最好让夹紧装置为非接触状态，不过其他方式也可以，另外，磁场检测部2若使用搜索式线圈感应器或霍尔元件感应器或磁阻传感器等，进行磁通量测定的话较为合适，因为其产生的磁通量和通过电流检测部1测定的电流成比例，所以代替测定电流的磁通量，通过磁场检测部2进行测定方便省事，电流检测部1和磁场检测部2之间的转换用切换S实现，10为信号处理装置，通过位于20a的数据信号向运算处理装置20通信，24a为输入信号，表示通过操作装置30向运算处理装置20输入的条件设定数据，25a是将运算结果从显示装置31中提取的输出信号。

请参阅图3，首先按下述内容讲解信号处理装置10的构成，通过切换器S的信号，在选择性放大电路11中，与电流检测部1或者磁场检测部2所测定的信号等级相对应，然后被选择性放大，输入A/D转换器12，A/D转换器12将选择性放大电路11输出的模拟信号转换为数字信号，13为输出电路，将位于20a的数据作为信号传送给运算处理装置20，14是以移位寄存器(图中未显示)为中心构成的顺序控制电路，15为波形地址选择电路。

其次，对运算处理装置20进行讲解，21为中央处理装置(以下记为CPU)，22为主记忆电路，波形记忆电路28的内容通过CPU21的控制作为运算数据被存储，23为辅助记忆电路，24及25为输入端口和输出端口，辅助记忆电路23，存储后述电气设备的运行数据，例如设备定数和电压系数、高次波措施系数等，并进行电气设备的额定值和运行值的条件设定，此时设定值的输入通过输入端口24实现，在这里，输入信号24a由按钮、开关和触摸按钮等操作装置30生成，另外，输出端口25将CPU21的运算结果向外部输出，并拥有通过输出信号25，驱使LCD(液晶面板)和打印机等工作的显示装置31，29为总线。

另外，运算处理装置20设有地址产生计数器26、程序记忆电路27以及波形记忆电路28，接下来对这些操作进行说明，地址产生计数器26，例如使用2种8位的升降计数器，由于高8位低8位，所以可以制出合计16位的地址，该地址产生计数器26有着①输入测定波形、②输出测定波形、③程序传送(FFT方式)的功能，其次，通过程序记忆电路27，系统启动时FFT程序全部被传送至CPU21，并将开始指令传达给信号处理装置10的串行通信电路(图中未显示)，该顺序控制电路接受到开始指令后，便重复以下操作步骤：将波形数据传送至波形记忆电路28、重启地址产生计数器26、将波形记忆电路28内的波形数据传输给CPU21。另外，波形地址选择电路15根据地址产生计数器26的操作选择波形地址区域。

表1

表2

表1为基于谐波法的在线式电气故障诊断系统检测项目；

表2为基于谐波法的在线式电气故障诊断系统和当前传统诊断方法的比较。

本发明的有益效果是：该基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，通过设置谐波检测设备、谐波检测软件和专家数据库，通过检测电缆外泄磁场获得电流谐波信号，通过傅里叶分析获取高次谐波成分及含有率，根据威布尔分布函数(Weibull distribution)统计得到故障诊断专家数据库，现场实测结果与专家数据库进行比对，实现电气设备的故障诊断，首次运用非接触式电流谐波采集智能传感器采集信号，集成信号采集模块、信号处理模块、通信模块和电路控制模块等，研制小型化、便携式、多功能和适应各种复杂及狭小电气设备故障检测环境的智能系统，设备运行状态下检测，更能反映机电设备及负载部的故障情况，基于谐波法的在线式电气故障诊断系统能同时检测电气部分和机械部分，实现对设备整体把控，检测数据不需要专业人员现场分析，检测完后直接可以出检测报告，可实现提前对设备健康状态预警和生成趋势图。该技术在不影响设备正常运行的情况下，判断设备各部件的老化情况，检测结果直接反映设备运行状况，通过观察趋势图，可了解设备劣化趋势，实现提前预警和提出维修计划，防止突发事件的发生，解决了现有的传统的方法依赖专家经验判别，通过简单的检测或感官判别虽然可以发现一些故障明显的机械部分故障，但对设备潜在的故障无法判断的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，用于检测电气设备的电流谐波来判断电气设备的异常，具体包括以下步骤，其特征在于，通过比较指示值与标准值来确定劣化，其中，通过把电流谐波每阶的相对谐波含量除以预定阶的电流谐波总谐波失真获得指示值，通过把指示值形成的每阶谐波函数乘以从每阶相对谐波含量通过计算而发现的、用于每阶的诊断的计算值获得标准值，其中所述电气设备的劣化度通过加权所述的标准值来相互区别，并且劣化部分根据所述电流谐波的特殊谐波阶数来确定。

2.基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，还包括谐波检测设备、谐波检测软件和专家数据库三部分。

3.根据权利要求2所述的基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，其特征在于，所述谐波检测设备包括传感器和采集器两部分。

4.根据权利要求1所述的基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，其特征在于，所述谐波检测软件包括利用谐波主成分分析进而推导出判断标准。

5.根据权利要求2所述的基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，其特征在于，所述专家数据库包括历史检测数值和诊断标准值。

6.根据权利要求1所述的基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，所述特殊谐波阶数是指奇数阶和偶数阶。

7.根据权利要求6所述的基于谐波法的在线式电气故障诊断系统，所述奇数阶和偶数阶是第2阶、第3阶、第4阶、第5阶、第6阶、第8阶、第9阶、第10阶、第11阶、第12阶、第13阶、第15阶、第17阶、第19阶、第21阶、第22阶、第23阶、第24阶、第25阶、第26阶、第27阶、第28阶、第29阶、第30阶、第35阶和第38阶。

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