張建勛

摘 要：電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是提高電氣系統(tǒng)運(yùn)行安全高效的關(guān)鍵。結(jié)合煙草行業(yè)從意大利G.D公司進(jìn)口的GDX2型包裝機(jī)組為例，對卷煙包裝機(jī)的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究，結(jié)合具體設(shè)備的電控組成，客觀認(rèn)識未來電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展，目的在于保證煙草行業(yè)包裝設(shè)備運(yùn)行的安全性和性能有效性。

關(guān)鍵詞：電氣設(shè)備;狀態(tài)監(jiān)測;故障診斷;人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

中圖分類號：TM507 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0094-02

0 引言

電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測以及故障診斷是保證電氣設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵。電氣設(shè)備主要包括變壓器、斷路器、電控柜、電力線路、檢測元件以及執(zhí)行元件等多種設(shè)備。電力設(shè)備系統(tǒng)作為設(shè)備整體運(yùn)行的重要支撐，一旦出現(xiàn)問題，將會導(dǎo)致整機(jī)設(shè)備性能運(yùn)行異常，對設(shè)備效能的發(fā)揮造成嚴(yán)重影響。及時(shí)對電氣設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并且做好故障診斷和預(yù)判，精準(zhǔn)掌握電氣控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，有利于整機(jī)設(shè)備運(yùn)行效能的提升。當(dāng)前電氣設(shè)備狀態(tài)檢修與故障診斷技術(shù)，集電子技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫、信號處理技術(shù)、傳感技術(shù)以及干擾抑制技術(shù)于一體，通過對線路電流電壓數(shù)據(jù)監(jiān)測和電氣控制器件的物理狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行異常，并實(shí)時(shí)采取有效的維修措施，從而提高生產(chǎn)設(shè)備故障檢修的及時(shí)性與準(zhǔn)確性。

1 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀剖析

電氣控制系統(tǒng)作為生產(chǎn)設(shè)備的重要組成，電氣設(shè)備故障監(jiān)測以及診斷一直是電氣控制系統(tǒng)關(guān)注的重點(diǎn)。電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷技術(shù)通過近年來不斷優(yōu)化和創(chuàng)新，當(dāng)前電氣設(shè)備監(jiān)測以及故障診斷技術(shù)水平和應(yīng)用已取得顯著成果。

電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測是對故障問題的形成原因和故障發(fā)生的點(diǎn)位，提供指示和判別，指導(dǎo)及時(shí)維修和做好防范性維修。設(shè)備運(yùn)行期間，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，生產(chǎn)設(shè)備性能下降，會導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行效率降低;如果不能及時(shí)進(jìn)行監(jiān)測以及故障診斷，設(shè)備安全性也無法保障，設(shè)備生產(chǎn)價(jià)值無法正常體現(xiàn)。結(jié)合電氣設(shè)備運(yùn)行情況制定實(shí)時(shí)的檢修計(jì)劃，按計(jì)劃對電氣控制系統(tǒng)給予定期試驗(yàn)和維修等，有效預(yù)防故障問題[1]。但是傳統(tǒng)監(jiān)測方式不能在電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下完成，停電操作勢必會對電氣系統(tǒng)運(yùn)行造成影響，導(dǎo)致不必要的間接損失。針對這種情況，電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷技術(shù)加大研究力度，優(yōu)化傳統(tǒng)監(jiān)測模式，保證電氣設(shè)備正常運(yùn)行的情況下完成設(shè)備監(jiān)測。在不影響電氣系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，做好監(jiān)測工作，及時(shí)掌握電氣設(shè)備運(yùn)行情況，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失。在線監(jiān)測電氣設(shè)備基礎(chǔ)上，及時(shí)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并且比對設(shè)備運(yùn)行的正常值，繪制設(shè)備性能變化趨勢圖。針對趨勢圖對設(shè)備性能的問題展開研究，并且準(zhǔn)確評估設(shè)備運(yùn)行壽命變化，及時(shí)發(fā)出故障預(yù)警，排除設(shè)備安全隱患。

針對電氣設(shè)備不同的應(yīng)用特征和范圍，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)劃分出不同的研究方向。其中，傳感器檢測以及特征值提取方面研究尤其深入，傳感器在狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中將其中的物理量進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，成為設(shè)備狀態(tài)相匹配的電信號，對應(yīng)出具體檢測單元進(jìn)行故障判別。檢測單元及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析，記錄檢測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對比變化，隨后進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，為電氣設(shè)備監(jiān)測干擾因素剖析提供準(zhǔn)確參考。特別是其中的特征值，準(zhǔn)確診斷電氣設(shè)備問題，隨后制定有效處理措施[2]。

2 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷的具體組成分析

電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷主要包括五方面[3]：（1）信息檢出單元。該單元主要監(jiān)測對象為設(shè)備狀態(tài)情況，尤其是特征量，通過轉(zhuǎn)換器進(jìn)行檢測，結(jié)合檢測情況進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，由此保證設(shè)備的電信號穩(wěn)定。（2）數(shù)據(jù)采集單元。數(shù)據(jù)采集單元主要是將接收到的傳感器信號進(jìn)行科學(xué)處理，避免電氣設(shè)備受到不必要的干擾，營造更理想的運(yùn)行環(huán)境。不僅如此，及時(shí)將A/D轉(zhuǎn)換，做好實(shí)時(shí)記錄。（3）信息傳輸單元。該單元的主要功能是將采集到的電氣設(shè)備信息及時(shí)傳送，觀察后續(xù)單元信息處理。尤其是固定式裝置，數(shù)據(jù)單元并非在設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場，對此必須針對固定式裝置設(shè)置具體的信息傳輸單元，有針對性地進(jìn)行信息傳輸。便攜式裝置信息傳輸比較靈活，并且能夠?qū)崟r(shí)對相關(guān)信息進(jìn)行隔離或者變換。（4）數(shù)據(jù)處理單元。所有信息采集與分析，均在數(shù)據(jù)處理單元完成。尤其是特征值的提取以及抑制干擾相關(guān)信息，在數(shù)據(jù)處理單元經(jīng)過特殊處理后，為電氣設(shè)備的診斷提供準(zhǔn)確參考數(shù)據(jù)。（5）診斷單元。針對處理后的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，同時(shí)還需要對歷史數(shù)據(jù)以及電氣設(shè)備診斷過程中的判據(jù)以及規(guī)程等對比分析，由此準(zhǔn)確判斷出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、存在的故障位置與信息等，為設(shè)備維修養(yǎng)護(hù)提供有效參考。

對卷煙包裝機(jī)的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析研究，結(jié)合煙草行業(yè)的GDX2型包裝機(jī)組電控組成，客觀認(rèn)識未來電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展，目的在于保證煙草行業(yè)包裝設(shè)備運(yùn)行的安全性和性能有效性，檢出急停開關(guān)、防護(hù)門開關(guān)異常信息，感知在電柜、主機(jī)、輔機(jī)上由各個(gè)直流24V支回路的控制器件、設(shè)備狀態(tài)檢測元件和執(zhí)行元件位置狀態(tài)，也可以通過感知直流24V支回路電流量;再通過連接線路和信息通信等形式由中心處理器進(jìn)行處理;數(shù)據(jù)依照一定規(guī)則判別是否存在狀態(tài)錯(cuò)誤，或者判別元器件性能是否良好，結(jié)合設(shè)備圖形建模技術(shù)，及時(shí)顯示出異常信息;通過數(shù)據(jù)深度挖掘使隱形故障向顯性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，統(tǒng)計(jì)分析機(jī)器狀態(tài)數(shù)據(jù)提升故障預(yù)測能力，做好預(yù)防性維修，促進(jìn)精細(xì)化設(shè)備管理，提升GD包裝機(jī)故障診斷的自動化水平。

3 電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)發(fā)展趨勢

當(dāng)前電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷作為保證電氣系統(tǒng)運(yùn)行、包裝機(jī)正常工作的基礎(chǔ)，未來發(fā)展逐漸朝著智能化方向前進(jìn)。尤其是科學(xué)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有效結(jié)合，信號加強(qiáng)處理技術(shù)更成熟，對故障情況技術(shù)識別與診斷，人工智能系統(tǒng)的加入等，這些均提高了電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷效率。加上電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的綜合性發(fā)展與分布式優(yōu)化，加大對電力設(shè)備虛擬醫(yī)院以及遠(yuǎn)程監(jiān)測的科學(xué)診斷研究，電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用更加可靠，維修技術(shù)推廣范圍擴(kuò)大。未來電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷發(fā)展重點(diǎn)集中在如下幾方面[4]：

3.1 信號處理技術(shù)與識別診斷技術(shù)

電氣設(shè)備信號處理技術(shù)與識別診斷技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)化，主要從兩方面著手：首先是抑制干擾，將電氣設(shè)備信號適當(dāng)增強(qiáng)或者保留電氣設(shè)備的強(qiáng)信號等，其次是及時(shí)將信號特征進(jìn)行提取。通過時(shí)域分析的手段，配合時(shí)頻與頻域等分析，對信號進(jìn)行有效處理。設(shè)置時(shí)間函數(shù)，轉(zhuǎn)變信號處理形式，準(zhǔn)確劃分時(shí)間域。利用傅里葉變換的方式，設(shè)置信號頻率單元，以函數(shù)計(jì)算的方式完成信號的頻域分析。其中隱藏的不能反應(yīng)或者異常的信號，則需要設(shè)定局部時(shí)間范圍，隨后結(jié)合頻率特征進(jìn)行時(shí)頻分析。這其中涉及到時(shí)域圖形顯示以及檢測量，加上數(shù)據(jù)時(shí)域開窗等變化趨勢。信號處理技術(shù)中的時(shí)域平均法以及信號回歸模型建設(shè)、干擾抑制的自適應(yīng)、數(shù)據(jù)信號的相關(guān)分析、短時(shí)傅里葉變換、數(shù)字圖像特征有效提取以及頻譜分析等，均是未來識別診斷技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。

其中小波變換中，集時(shí)、頻二域?yàn)橐惑w，準(zhǔn)確對信號進(jìn)行局部特征分析。小波變換期間，結(jié)合信號情況設(shè)置奇異點(diǎn)，由此合理規(guī)劃尺度范圍，隨即觀察電氣設(shè)備狀態(tài)的綜合變化情況，從中發(fā)現(xiàn)表征信號變化情況。如果信號出現(xiàn)白噪情況，則代表電氣設(shè)備的信號受到極大值影響，出現(xiàn)減小變化。針對這種情況采取有效措施對信號狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，以此有效消除白噪，保證信號的穩(wěn)定[5]。

3.2 電氣設(shè)備診斷方法優(yōu)化創(chuàng)新

電氣設(shè)備診斷方法在未來的發(fā)展中，結(jié)合電氣設(shè)備特征量具體情況，及時(shí)對診斷方法進(jìn)行優(yōu)化，具體包括閾值診斷、指紋診斷以及頻率特性與時(shí)域波形診斷等。根據(jù)電氣設(shè)備特征量具體情況，以閾值作為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好的判斷標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)完成設(shè)備診斷，這種方法是當(dāng)前應(yīng)用比較多的閾值診斷。因?yàn)榘b機(jī)中包括多種電氣設(shè)備，部分電氣設(shè)備特征值特殊，對此還需要進(jìn)一步完善。如果對電氣設(shè)備中的特定物理量進(jìn)行診斷，則需要及時(shí)繪制時(shí)間變化相關(guān)曲線，并且制定成樣板，如此進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)診斷，這種診斷方法是時(shí)域波形診斷的主要形式，未來在斷路器、電氣設(shè)備的各個(gè)分閘線圈等均能夠使用。結(jié)合頻率特性展開頻譜分析，及時(shí)進(jìn)行樣板對照，由此檢查電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，這種方法是頻率特性診斷的主要形式，多應(yīng)用在變壓器繞組方面，準(zhǔn)確診斷是否存在變形。指紋診斷則結(jié)合電氣設(shè)備測得數(shù)據(jù)展開分析，對照電氣設(shè)備特殊圖形，指紋診斷未來應(yīng)用范圍擴(kuò)展，將會為電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷帶來更多方便，當(dāng)前應(yīng)用主要集中在電氣設(shè)備絕緣部位，準(zhǔn)確識別電譜圖。

3.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在電氣設(shè)備中的應(yīng)用

在電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)未來的發(fā)展中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會得到更有效的應(yīng)用。準(zhǔn)確對電氣設(shè)備故障模式進(jìn)行識別，尤其是局部放電指紋方面，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，及時(shí)對放電的具體類型以及嚴(yán)重程度進(jìn)行判斷。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用，主要劃分為三個(gè)層次，輸入層、輸出層與隱含層。通過神經(jīng)元組成狀態(tài)判斷的連接線，在相互作用與聯(lián)系下，及時(shí)將信息進(jìn)行分散傳輸，隨后計(jì)算神經(jīng)元權(quán)系數(shù)與閾值。其中輸入層的向量設(shè)定為I，隱含層作為輸入層信號加權(quán)和，是輸入層信號結(jié)點(diǎn)數(shù)值統(tǒng)計(jì)的關(guān)鍵，隨即在加權(quán)信號的基礎(chǔ)上及時(shí)將閾值輸出，隨后進(jìn)入到輸出層。這期間涉及到激勵(lì)函數(shù)，屬于非線性函數(shù)類型。隱含層設(shè)為H，輸出層設(shè)為O。針對具體樣板模式，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需提前進(jìn)行期望輸出設(shè)定（T），通過對實(shí)際輸出的計(jì)算，對比設(shè)定值，采用反向輸出算法確定最終閾值向量，及時(shí)對權(quán)矩陣進(jìn)行調(diào)整。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際應(yīng)用中不斷完善，為電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷準(zhǔn)確性提高提供了有利條件。

4 結(jié)語

綜上所述，電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)是保證電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。當(dāng)前電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷發(fā)展逐漸完善，尤其是電氣系統(tǒng)維護(hù)重視的提高，更多新技術(shù)應(yīng)用其中。未來故障診斷技術(shù)與狀態(tài)監(jiān)測發(fā)展空間擴(kuò)展，尤其是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及信號處理技術(shù)、故障診斷技術(shù)等的優(yōu)化升級，電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測更準(zhǔn)確、及時(shí)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)以及故障的有效診斷，有助于實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)安全、有效的運(yùn)行。

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