論建筑電氣系統(tǒng)故障診斷

祝培文

摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加速，人們對(duì)建筑物的安全和舒適提出了更高的要求。建筑電氣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和大規(guī)模性導(dǎo)致各個(gè)子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)錯(cuò)綜復(fù)雜，這使得建筑電氣故障發(fā)生幾率增加，一旦建筑發(fā)生故障將會(huì)直接對(duì)人構(gòu)成威脅，因此，不得不引起重視。

關(guān)鍵詞：建筑；電氣系統(tǒng)；故障；診斷；方法

1 前言

目前，我國對(duì)建筑電氣系統(tǒng)的故障診斷方面基本上還是靠人工檢測(cè)來查找故障原因，這不僅浪費(fèi)了人力、物力，而且對(duì)檢測(cè)人員的責(zé)任感意識(shí)和專業(yè)化水平也提出了高標(biāo)準(zhǔn)要求，使得建筑電氣系統(tǒng)故障檢測(cè)面臨著潛在的風(fēng)險(xiǎn)。因此，傳統(tǒng)的故障檢修與排除辦法已經(jīng)無法滿足功能日益多樣化的建筑電氣系統(tǒng)，如何在建筑電氣領(lǐng)域利用科學(xué)技術(shù)提升系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性成為智能建筑發(fā)展的迫切需要。

2 建筑電氣系統(tǒng)概念解析

建筑電氣是指在限定的環(huán)境和空間中實(shí)現(xiàn)建筑物功能的一種核心技術(shù)，那么，建筑電氣系統(tǒng)指的就是實(shí)現(xiàn)建筑物功能的技術(shù)之合力，其一般包括用電設(shè)備、供配電線路及控制和保護(hù)設(shè)備三大部分。隨著電能、電氣技術(shù)以及電氣設(shè)備的廣泛使用，建筑電氣的主要內(nèi)容已經(jīng)從傳統(tǒng)簡(jiǎn)單的供配電、防雷接地、消防、照明衍生為一門以機(jī)械工程學(xué)、理學(xué)、物理光學(xué)、無線電波學(xué)、電力電子學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)總線等理論為基礎(chǔ)的綜合學(xué)科，并逐漸結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)向智能化方向發(fā)展，使得建筑物在現(xiàn)代建筑電氣技術(shù)的應(yīng)用下更加安全，更能滿足人們對(duì)舒適工作和居住環(huán)境的需求。一般來說，建筑電氣系統(tǒng)主要有以下幾大類：①按照電能的性質(zhì)可分為“強(qiáng)電系統(tǒng)”和“弱電系統(tǒng)”兩大類。強(qiáng)電系統(tǒng)是指把電能引入建筑物，經(jīng)過用電設(shè)備轉(zhuǎn)換成光能、熱能和機(jī)械能等的系統(tǒng)，包括變配電系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和防雷接地系統(tǒng)。弱點(diǎn)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)部以及內(nèi)部與外部之間的信息交流與傳遞的系統(tǒng)，包括通信系統(tǒng)、共用天線電視系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)等；②按電能的供給、分配、傳輸和使用可分為供配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)兩大類，其中用電系統(tǒng)還可細(xì)分為建筑弱電系統(tǒng)、建筑動(dòng)力系統(tǒng)和建筑電氣照明系統(tǒng)三種。

3 建筑電氣系統(tǒng)常見故障類型

由于建筑電氣系統(tǒng)的智能化發(fā)展，建筑電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性不言而喻，一旦這類系統(tǒng)發(fā)生故障，影響范圍將會(huì)非常廣泛，嚴(yán)重影響了人們的生活、工作，甚至?xí)＜叭藗兊纳?cái)產(chǎn)安全。建筑電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致建筑電氣故障發(fā)生的類型的多樣性，目前建筑電氣故障大致可以分為電氣線路故障、防雷接地系統(tǒng)故障、電氣動(dòng)力系統(tǒng)故障、電氣照明系統(tǒng)故障等。一般的故障原因有：短路、斷路、接地、諧波、電氣設(shè)備與電氣元件損壞等。

4 建筑電氣系統(tǒng)故障診斷方法

4.1 建筑電氣系統(tǒng)常見的故障診斷方法

按照國際普遍認(rèn)同的觀點(diǎn)，故障診斷方法一般被分為三大類：基于解析模型的方法、基于信號(hào)處理的方法和基于知識(shí)的診斷方法，具體如下：

（1）基于解析模型的方法。所謂解析模型，就是要求相關(guān)的技術(shù)人員在進(jìn)行故障診斷前，要事先根據(jù)建筑電氣系統(tǒng)的運(yùn)行情況構(gòu)建相應(yīng)的解析模型，這就需要一定的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)，然后分析解析模型，總結(jié)故障結(jié)果。實(shí)踐證明，這種方法能夠檢測(cè)出一些未知故障，但是其容易會(huì)受到被診斷系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的限制，這在一定程度上限制了其推廣應(yīng)用。

（2）基于信號(hào)處理的方法。這種方法適用于對(duì)故障的粗略判斷中，其是利用檢測(cè)到的信號(hào)，并通過不同的渠道獲得系統(tǒng)時(shí)域或頻域中的特征（例如幅值、頻率、方差等特征值），然后利用其與故障之間的關(guān)系進(jìn)行故障分析。這種方法要求建筑行業(yè)在進(jìn)行故障診斷工作的過程中應(yīng)對(duì)其診斷需求進(jìn)行了解，從而選擇適宜的診斷方式，滿足故障診斷需求。實(shí)踐證明，這種方法方便簡(jiǎn)捷，適宜做前期初步粗略判斷，但是其精確度不高，這就要求相關(guān)技術(shù)人員在對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用的過程中一定要充分考慮到外界因素對(duì)故障診斷的影響，以便提高診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（3）基于知識(shí)的診斷方法。與前兩者相比，這種方法呈現(xiàn)出明顯的智能性特點(diǎn)，它要求相關(guān)的技術(shù)人員具有很高的專業(yè)化水平，并且在對(duì)被診斷設(shè)備進(jìn)行故障診斷前，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的具體情況選擇適宜的判斷方式以合理推斷出電氣系統(tǒng)的故障及故障原因，然后利用系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)智能化的故障診斷和檢測(cè)。實(shí)踐證明，該種方法不僅可以對(duì)故障進(jìn)行離線診斷，還能夠適用于故障的在線檢測(cè)與處理，目前比較流行的是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法，這種方法不需要構(gòu)造具體的數(shù)學(xué)模型，但它最大的約束條件是需要大量的訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)才能保證故障診斷精確度，這限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。

4.2 基于支持向量機(jī)理論的故障診斷算法

支持向量機(jī)（簡(jiǎn)稱SVM），與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法不同，它可以很好地解決小樣本情況下的分類問題，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。它是以統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，建立在VC維理論和結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)最小原則基礎(chǔ)上的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。SVM的本質(zhì)是針對(duì)兩個(gè)分類問題而構(gòu)建的，在解決多種類型故障分類的問題時(shí)，目前最主要的方法有“一對(duì)一”、“一對(duì)多”、K類SVM法、決策導(dǎo)向無環(huán)圖等。與其他學(xué)習(xí)算法一樣，支持向量機(jī)也需要把預(yù)處理后的樣本數(shù)據(jù)分為訓(xùn)練集和測(cè)試集兩部分，然后優(yōu)化模型關(guān)鍵參數(shù)，采用訓(xùn)練集訓(xùn)練SVM，再用得到的模型來對(duì)測(cè)試集進(jìn)行分類判斷，最后得出診斷結(jié)果。實(shí)踐表明，SVM算法的識(shí)別率為100%，它能夠有效地診斷出建筑電氣系統(tǒng)故障及故障原因所在，這對(duì)于建筑電氣系統(tǒng)只能獲取小樣本的情況有很強(qiáng)的適應(yīng)性和針對(duì)性。

4.3 基于壓縮感知理論的故障診斷算法

壓縮感知（簡(jiǎn)稱CS）該理論基于線性模型，其核心假設(shè)是信號(hào)的稀疏性，如果信號(hào)稀疏或能被壓縮，高維原始信號(hào)就能很好的從低維觀測(cè)信號(hào)中恢復(fù)出來。故障診斷的過程實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)分類的過程，CS利用故障時(shí)的異常信號(hào)，提取故障特征，通過算法判別各種故障類型。

5 結(jié)束語

建筑電氣系統(tǒng)故障診斷方面尤其是對(duì)故障診斷技術(shù)逐漸引起了人們的關(guān)注，目前，雖然我國部分地區(qū)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)MAT-LAB軟件的應(yīng)用，但是在現(xiàn)今無比復(fù)雜的建筑電氣系統(tǒng)情況下，相關(guān)技術(shù)人員還是要根據(jù)故障診斷現(xiàn)狀構(gòu)建相應(yīng)的模擬平臺(tái)，從而不斷完善建筑行業(yè)電氣系統(tǒng)故障診斷方法，提高故障診斷結(jié)果的精準(zhǔn)度。

參考文獻(xiàn)：

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