節(jié)點(diǎn)電壓向量法在計(jì)量檢定工作中的應(yīng)用

韓越

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種電學(xué)設(shè)備日新月異，其計(jì)量檢定工作也越來越復(fù)雜。計(jì)量檢定的精準(zhǔn)度直接關(guān)系著電學(xué)設(shè)備的后期使用，本文提出了一種基于節(jié)點(diǎn)電壓向量的故障診斷方式，從而實(shí)現(xiàn)故障的快速定位。

Abstract： With the development of science and technology， a variety of electrical equipment changes every day. The measurement verification work is becoming more and more complex. The accuracy of measurement verification is directly related to the later use of electrical equipment. In this paper， a fault diagnosis method based on node-voltage vector is proposed to realize fault location rapidly.

關(guān)鍵詞：故障診斷；節(jié)點(diǎn)電壓向量 ；數(shù)據(jù)處理；計(jì)量檢定

Key words： fault diagnosis；node-voltage vector；data processing；metrological verification

中圖分類號(hào)：TH71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）35-0207-03

0 引言

目前，我國企業(yè)對(duì)電學(xué)設(shè)備的需求越來越大，各種電學(xué)設(shè)備在人們生產(chǎn)生活中的影響也逐漸增強(qiáng)，為了確保電學(xué)設(shè)備的正常運(yùn)行和使用，就要定期對(duì)其進(jìn)行計(jì)量檢定。在計(jì)量檢定工作中，必然會(huì)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的一些故障，在影響檢測結(jié)果精確性的同時(shí)，也會(huì)使設(shè)備的后期使用出現(xiàn)相關(guān)問題。所以，在計(jì)量檢定工作中發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障后，能快速地實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的診斷和定位，顯得非常重要。

1 電學(xué)設(shè)備的故障分類

電學(xué)設(shè)備的核心部件是各種電路元件，電路故障類別繁多。按照某一時(shí)段故障是否只有一種分為多故障和單故障，單故障的診斷比多故障診斷要簡單很多，但實(shí)際上多故障也是由多種單故障組成的，因此很多時(shí)候是可以用單故障的診斷方法來處理多故障問題的。依據(jù)故障和損壞的嚴(yán)重程度可以分為軟故障和硬故障，硬故障通常是元件數(shù)值發(fā)生偏差情況非常嚴(yán)重，結(jié)果將造成災(zāi)難性的的電路系統(tǒng)故障，軟故障則是當(dāng)電路元件出現(xiàn)老化變質(zhì)等原因時(shí)，其參數(shù)數(shù)值就會(huì)超過容差允許的范圍，從而造成故障的出現(xiàn)。硬故障可以看作是軟故障的某種極限形式，元件出現(xiàn)開路的情況可以看作是軟故障的極大值，出現(xiàn)短路的情況可以看作是極小值[1]。因此，大多數(shù)針對(duì)系統(tǒng)軟故障的處理方法在硬故障領(lǐng)域也都是適用的。圖1是發(fā)生故障時(shí)電路性能參數(shù)變化圖。

從圖1可以看出，元件參數(shù)在標(biāo)稱值上下浮動(dòng)10%是正常范圍，大于10倍或小于0.1倍的標(biāo)稱值時(shí)可以認(rèn)定電路發(fā)生硬故障，其余情況可以認(rèn)為是軟故障。

2 直流激勵(lì)下的故障定位

本文主要是研究電路的單、軟故障，為了方便對(duì)節(jié)點(diǎn)電壓向量提取法的研究，本文以該方法在電路的單、硬故障中的應(yīng)用為例來說明，如圖2所示為某電學(xué)設(shè)備內(nèi)二階RC低通濾波電路[2]。

選取N0和N1為測試的電壓節(jié)點(diǎn)，表1所示為各節(jié)點(diǎn)在各種故障狀態(tài)下的電壓值，F(xiàn)0-F8表示電路的8種故障狀態(tài)，F(xiàn)1、F3、F5和F7分別表示R1、R2、C1和C2的短路故障狀態(tài)，F(xiàn)2、F4、F6和F8分別表示R1、R2、C1和C2的斷路故障狀態(tài)，F(xiàn)0表示電路處于無故障狀態(tài)。

我們可以把N0點(diǎn)各故障狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)電壓值分成兩個(gè)集合，N1點(diǎn)各故障狀態(tài)下的節(jié)點(diǎn)電壓值劃則分成三個(gè)集合，這五個(gè)故障集都對(duì)應(yīng)著不同的故障狀態(tài)，如表2所示。

從表3中我們可以很明顯的區(qū)分出F4故障（R2斷路）和F7故障（C2短路），但是其他的故障就無法通過這種簡單的方法來確定，因此，故障診斷率僅僅是25%。

3 交流激勵(lì)下的故障定位

雖然使用直流激勵(lì)來尋找故障集交集的方法簡單易行，但是不能適用于其他多數(shù)電路，特別是那些含電容元件的模擬電路[3]。進(jìn)一步研究，如圖3所示，RC低通濾波電路的激勵(lì)源是正弦激勵(lì)。

表5中，除了F2和F5故障，其他故障都可以明顯的被診斷出來，可以看出，對(duì)電路施加了正弦激勵(lì)后，節(jié)點(diǎn)電壓值和施加直流激勵(lì)時(shí)的區(qū)別很大。通過對(duì)多節(jié)點(diǎn)電壓幅值和相角的提取，就可以準(zhǔn)確診斷出75%的故障。

4 結(jié)束語

節(jié)點(diǎn)電壓向量法是直流節(jié)點(diǎn)電壓法故障診斷方法的擴(kuò)展和延伸。在電學(xué)計(jì)量檢定工作中，如果發(fā)現(xiàn)所測數(shù)據(jù)誤差較大，可以采用此方法進(jìn)行快速故障定位，方便易行。但是，本方法也存在一定的局限性，在數(shù)字電路元件比較多的電學(xué)設(shè)備中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。

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