《电器测试与故障诊断技术 教学课件 ppt 作者 金立军 第02章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电器测试与故障诊断技术 教学课件 ppt 作者 金立军 第02章（45页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章 电器的测量基础,2.1 电器的测试系统 2.2 传感器 2.3 故障诊断与专家系统,2.1 电器测试系统,2.1.1 测试系统的组成与分类 1 现代测试系统的基本组成单元 在线监测系统的组成参见图2-1，它由信号变送系统，数据采集系统以及处理和诊断系统构成。 信号的变送：安装在电器设备上的传感器，获取反映电器设备状态的物理量，例如电流、电压、电阻、速度、行程、温度、压力等，并将其转换为测量所需的电信号，传送到后续单元。它为测试系统提供初始数据。 信号处理：对传感器变送来的信号进行适当的预处理，对混叠的干扰进行抑制以提高信噪比。 数据采集：对经过处理的信号进行采集、A/D转换和记录。,信
2、号传输：将采集到的信号传送到后续单元，对固定型的监测系统，因数据处理单元远离现场故需配置专门的信号传输单元。对便携型监测装置只需对信号进行适当的变换和隔离。 数据处理：对所采集到的数据进行处理和分析，例如读取特征值。作时域分析、频谱分析，进行平均处理等等。为诊断提供有效的数据和信息。 诊断：对处理后的数据和历史数据、判据及其它信息进行比较、分析后，对设备的状态或故障部位作出诊断，必要时要采取进一步措施，例如安排维修计划，是否需要退出运行等。,信号变送系统 | 数据采集系统 |信号传送| 处理和诊断系统 图2-1在线监测系统框图,2测试系统的分类 监测系统按其使用场所分为： 1便携式 整个系统构
3、成较简单，便于携带可以在不同地点进行监测。常用数字仪表或示波器显示监测结果，也可配备便携式或笔记本式微机进行数据处理、显示、存贮和诊断。属于通用性装置，故其针对性较差，抗干扰水平和灵敏度不会很高。且一般不可能连续监测，它只能在线检测。 2固定式 针对某处或某种设备配置有针对性的专用的监测系统，固定装在某处某设备上，其抗干扰能力和监测灵敏度比通用性系统要高。可对设备实现连续监测，功能强成本高，适合于重要场所重大设备的监测。,按监测功能可分为： 1单参数 选择某类或某个能反映绝缘状态的物理量进行监测，例如局部放电量，介质损耗等。其监测功能比较单一，是当前广泛使用的机型。 2多参数综合性监测系统 可
4、以监测能反映设备状态的各类参数，对设备进行全面的状态监测，这是发展方向。 按诊断方式可分： 1人工诊断 目前多数监测系统的诊断还是根据运行经验由试验人员最后作出诊断。 2自动诊断 由监测系统自动地进行诊断，这也是系统发展趋势。,2.1.2 信号的变送 1电压与电流转换 电压与电流的相互转换实质上是恒压源与恒流源的相互转换4，一般说来，恒压源的内阻远小于负载电阻，恒流源内阻远大于负载电阻。因此，将电压转换为电流应采用输出阻抗高的电流负反馈电路，而将电流转换为电压则应采用输出阻抗低的电压负反馈电路。 （1）V/I转换器 随着微电子技术及加工技术的发展，在实现05V，010V与010mA，420mA
5、电流的转换时，可直接采用诸如AD693、AD694、XTRll0、ZF2B20等集成电压电流转换电路(V/I转换器)来完成。 （2）IV转换器 当变送器的输出信号由电流信号转化为电压信号时，需经I/V转换。最简单的IV转换可以利用一个500的精密电阻，将010mA的电流信号转换为05V的电压信号。 2电压与频率转换 实现电压频率（V / F）转换的方法主要有积分复原型和电荷平衡型两种。积分复原型VF转换器主要用于精度要求不高的场合；电荷平衡型精度较高，频率输出可较严格地与输入电流成比例，目前大多数的集成VF转换器均采用这种方法。VF转换器常用的集成芯片主要有VFC32和LM31系列。,2.1.
6、3 数据采集系统,数据的采集 数据采集系统通常以计算机为中心，由前向输入通道(模拟或数字输入通道)、后向输出通道(模拟或数字控制通道)、人机交互设备及输出设备等组成。人机交互设备主要有键盘、显示器等。输出设备主要有打印机、绘图仪等。下面主要介绍前向输入通道和后向输出通道。 1前向输入通道 前向输入通道由滤波电路、多路模拟开关、放大器、采样保持器(SH)和A/D转换器等组成，其中AD转换器是模数转换的主要器件。当前向输入通道的输入信号为较高电平(如输入信号来自温度、压力等参数的变送器)时，就不 用放大器；如果输入信号的变化速度比AD转换速率慢得多，则可以省去SH。 2后向输出通道 后向输出通道一
7、般由DA转换器、多路模拟开关、保持器等组成，其中DA转换器是完成数模转换的主要器件。后向输出通道也有单通道和多通道之分。多通道的结构又分为每个通道有独自的DA转换器和多路通道共享DA转换器。前者结构如图2-8a所示，通常用于各个模拟量可分别刷新的快速输出通道：后者结构如图2-8b所示，通常用于输出通道不太多，对速度要求不太高的场合。在图2-8b中，多路开关轮流接通各个保持器，予以刷新，而且每个通道要有足够的接通时间，以保证有稳定的模拟量输出。,2.1.4 信号传输中的干扰 在线监测系统的信号不仅包括从传感器来的待测信号。而且还有来自微机的控制信号(一般是数字信号)。这些信号需在各个系统间、单元
8、间、甚至部件间进行传送，问题是如何保证在传送过程中不受其它信号(包括外界干扰信号)所干扰，以避免信号的畸变或误动作。干扰的来源来自二个方面：,1系统内部的相互干扰，一般宜采取以下措施来抑制。 (1)各个通道间尽可能拉开一定的距离特别要避免通过高阻相连。例如多路信号传送时本可共用一个集成片子（例如共用个模拟开关或共用一个运算放大器)，为避免不同通道间干扰最好分别选用几个片子。 (2)保证一点接地多点接地时容易在地线回路上有环流引起共模干扰。各个部件、单元均自成回路，不要共用地线，特别是数字电路和模拟电路的地线更需分开，以防止相互间的共模干扰。同时地线尽可能粗一些、地回路也尽量短些以降低地回路的阻
9、抗。 (3)隔离.信号通过一定的隔离措施再传送到另一单元，以避免各单元间的相互干扰。常采用隔离变压器 、光电耦合器、光电光纤信号传输等方法。,2系统外的电磁干扰 ，此类干扰主要通过三个途径进入监测系统：电源进入；在信号传送过程中，干扰通过电磁耦合进入系统；通过传感器和信号混叠后一起进入监测系统。这些外部干扰信号按其波形特征可分为周期性干扰信号和脉冲型干扰信号两种。 属于周期性干扰信号的有： (1)连续的周期性干扰信号如广播，电力系统中的载波通信、高频保护信号，谐波，工频干扰等，其波形一般是正弦形。 (2)脉冲型周期性干扰信号如晶闸管整流设备在晶闸管开闭时产生的脉冲干扰信号，旋转电动机电刷和滑环
10、间的电弧等，其特点是该脉冲干扰周期性地出现在工频的某相位上。 属于脉冲型干扰信号的有：高压输电线的电晕放电，相邻电气设备内部放电，以及雷电，开关继电器的断、合，电焊操作等无规律的随机性干扰等均属此类。,3 常用的抗干扰措施有： (1) 平均技术 此为用软件（数据处理）的方法来抑制干扰（主要是随机性干扰）。随机性噪声一般遵从正态分布，故将数据样本多次代数和相加并取其平均值，即可减弱随机性干扰影响而提高信噪比。若样本数为N，则信噪比的改善为 (因为样本均值的标准偏差为)。采用平均技术需确定采样率、每次采样样本的容量以及样本数，而这些采样值的采样周期必须是严格相同的。 (2) 逻辑判断及开窗 从逻辑
11、推理上设定一些判据去判断测得的是真实信号还是干扰信号。例如监测过程中仅测得一次幅值很高的信号，那么该信号很可能为一随机干扰信号，可在数据处理时舍弃。,(3) 滤波技术 各种带通滤波器能有效地消除或抑制连续的周期性干扰。带宽和中心频率选择视干扰信号的频带而定。窄带抗干扰性能好，能抑制通频带以外干扰信号，但也易造成信号某些频率成分过分丧失；宽带虽可测得信号的频率成分比较丰富，但又不利于抑制干扰。图2-10是通频带可变的组合式滤波器，它由一系列平行低通和高通滤波单元组成，当它们以不同的组合开关进行不同的级联时，即得不同通频带的带通滤波器。若将低、高通滤波单元共同输入，而其输出通过加法器合成，即得组合
12、式带阻滤波器。 数字滤波技术,实质上是一种计算程序，它是在数据采集之后对一个数字信号按一定要求进行运算、处理，而后以数字形式输出的一种抑制干扰的方法。可用于局部放电脉冲信号的监测中。和模拟滤波器相比，它具有可任意改变其数目、中心频率和带宽等优点，它有多种算法，如理想滤波器、自适应数字滤波系统等。,图2-10 组合式带通滤波器结构框图,图2-11 组合式滤波器输出波形,图2-1l为组合式滤波器用于110kV变压器在线监测局部放电的实例，比较图中二输出信号的波形可知，当选用了合适带通(2250kHz)后，周期性干扰信号被抑制，局部放电信号可清晰地辨识出来。,(4) 差动平衡系统 主要用以抑制共模干
13、扰，当来自线路的共模干扰进入电气设备Cx1，Cx2（图2-12）时，其电流方向是相同的，在电流传感CT1，CT2上输出同方向信号，故进入差动放大器A后这两个相当于共模信号的干扰信号就被抑制。若Cx1或Cx2内部有放电故障，则在Cx1，Cx2上流过的电流方向相反，进入差动放大器后这二个信号相当于差模信号而被放大，从而提高了监测的信噪比。图2-12中实线箭头为干扰信号；虚线箭头为放电故障信号。 差动系统是否有效的关键是要求二路共模信号的相位、波形完全一致，才可获得高的抑制比。这就不仅要求电流传感器CTl、CT2以及两个监测通道的特性基本一致，更主要的是Cx1，Cx2的结构、组成基本相同。否则抑制作
14、用会降低甚至消失，为此当具体使用于在线监测时需采取相应的技术措施，例如信号的幅度和相位可调节等。,图2-12 差动平衡系统原理图,(5) 电子鉴别系统 用脉冲极性鉴别系统来监测局部放电是根据干扰信号和待测信号某些特征的差异进行抑制的典型例子（图2-13）。和差动平衡系统类似，若设备内部Cx2放电，则电流传感器CTl、CT2将输出两个极性相反的脉冲，经放大器A放大并分别经整形和反相整形后，加于与门1和2上，于是与门2开启，电子门G打开，放电信号将通过时延单元D和电子门G送至监测系统。同理，若Cx1放电，则与门1开启而送出放电信号。由于鉴别系统的动作总需要一定的时间，故需监测的信号也需经D延迟一定
15、时间后由G送出。若为外界(例如线路上电晕放电)干扰信号，则将在CTl、CT2上输出同极性的脉冲，于是与门关闭，干扰信号将被阻止而不会送到监测系统。,图2-13 脉冲极性鉴别系统原理框图 + 脉冲正向整形 脉冲负向整形 实线箭头 干扰信号 虚线箭头 放电故障信号,图2-14 极性鉴别系统对电容性试品的抑制效果 a)抑制前 b)抑制后 图2-14是上述脉冲极性鉴别系统在电容性试品上鉴别的结果。此时，Cx1，Cx2是两个电容值相同的电容器，Cx1并联-油间隙产生一模拟的局部放电，线路上同时并有尖板空气间隙以产生电晕放电。传感器选用清华研制的JFY1型窄带谐振型传感器，中心频率为250kHz，采样率为
16、1MHz由图可知，电晕干扰信号被抑制而与之相隔仅20s的局部放电信号通过电子门进入监测系统，抑制比为20dB。,2.1.5 数据处理 将收集到的信号进行分析的数据处理系统，有两个作用： 1）抑制干扰信号，提高信噪比，以防止对故障作出“误报”或“漏报”。其关键是要如上节所述，视具体情况完善抗干扰措施，某些抗干扰措施需安排在数据处理时实施。 2）将采集到的数据进行分析处理，使之成为在线诊断设备故障的可靠判据。由此可见，抗干扰技术实则上也是一种数据处理技术，而数据处理技术本身也常具有抗干扰的效果，两者是不可能严格划分的。,1时阈分析 时阈分析是根据显示或记录信号的波形，来分析幅值和时间或相位的关系、出现的次数等。为此，需按波形的采集要求确定其所需的采样率和采集的数据长度。 2频域(频谱)分析 频域(频谱)分析是分析信号的某些特征在频域上的变化，如幅度谱，相位谱，能量谱，功率谱等。现今的
