中元華電故障錄波校驗(yàn)規(guī)程(完整版)實(shí)用資料

中元華電故障錄波校驗(yàn)規(guī)程（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）

中元華電故障錄波校驗(yàn)規(guī)程（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）武漢中元華電科技WuhanZhongyuanHuadianScience&TechnologyCo.,Ltd.文件編號(hào):Q/ZH.QW/02ZH電力故障錄波分析裝置校驗(yàn)規(guī)程第1.0版編制：日期：審批：日期：文件發(fā)放號(hào)：

前言本規(guī)程是依據(jù)ZH系列電力故障錄波分析裝置設(shè)計(jì)輸出文件編制而成。本規(guī)程從2002年3月28日實(shí)施，2002年3月28日起我公司生產(chǎn)的ZH-2型電力故障錄波分析裝置均按本規(guī)程執(zhí)行。本規(guī)程于2002年3月首次發(fā)布。本規(guī)程歸質(zhì)量控制部負(fù)責(zé)解釋。

目錄前言……………21、范圍…………42、執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范…………43、校驗(yàn)條件和要求……………44、檢驗(yàn)項(xiàng)目……………………54.1外觀檢查4.2配線檢查4.3絕緣電阻試驗(yàn)4.4工頻耐壓/介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)4.5裝置通電檢查4.6靜態(tài)波形測(cè)試4.7精度測(cè)試4.8突變量判啟動(dòng)4.9越限判啟動(dòng)測(cè)試4.10正負(fù)序判啟動(dòng)測(cè)試4.11電壓頻率越限判啟動(dòng)測(cè)試4.12開(kāi)關(guān)量判啟動(dòng)測(cè)試4.13高頻通道信號(hào)錄波性能檢驗(yàn)4.14直流量錄波檢驗(yàn)4.15整組測(cè)試4.16長(zhǎng)期低電壓、長(zhǎng)期低頻率啟動(dòng)4.17功能測(cè)試4.18系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)檢驗(yàn)

1、范圍與校驗(yàn)周期本規(guī)程規(guī)定了ZH故障動(dòng)態(tài)記錄及分析裝置的檢驗(yàn)內(nèi)容、檢驗(yàn)要求。本規(guī)程適用于出廠時(shí)技術(shù)人員和專職檢驗(yàn)人員對(duì)該產(chǎn)品的自檢和最終檢驗(yàn)的依據(jù)，也可供現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)工作人員檢驗(yàn)、調(diào)試上述裝置時(shí)參考。本規(guī)程規(guī)定了電力故障錄波與分析裝置的檢驗(yàn)周期，按《繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置檢修及驗(yàn)收規(guī)定》的規(guī)定執(zhí)行。2.本規(guī)程執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范：GB/T7261-2000繼電器及繼電器保護(hù)裝置基本試驗(yàn)方法DL/T5136-2001火力發(fā)電廠、變電所二次接線設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程GB14285-1993 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程DL/T553-1994 220～500kV電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄裝置技術(shù)準(zhǔn)則DL478-1992 靜態(tài)繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置通用技術(shù)條件DL/T663-1999 220～500kV電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄裝置檢測(cè)要求DL/T720-2000電力系統(tǒng)繼電保護(hù)柜、屏通用技術(shù)條件DL/T587-1996《微機(jī)繼電保護(hù)運(yùn)行管理規(guī)程》?繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置運(yùn)行管理?xiàng)l列??繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)條列?3、試驗(yàn)條件和要求3.1在檢驗(yàn)前，負(fù)責(zé)人必須組織人員學(xué)習(xí)本規(guī)程，要求理解和熟悉本規(guī)程。3.2檢驗(yàn)時(shí)除具備本規(guī)程外，還應(yīng)具備防靜電腕帶、相應(yīng)的圖紙、資料、整定單及往年的試驗(yàn)報(bào)告。3.3拔插插件必須有防護(hù)措施，防止因人身靜電損壞線路板芯片，插拔插件確因工作現(xiàn)場(chǎng)不方便帶防靜電腕環(huán)時(shí)，插拔插件前用手先直接與已可靠接地的屏體或儀器外殼上接觸幾秒鐘，將靜電釋放掉。嚴(yán)格禁止觸摸插件電路部位。3.4所用測(cè)試設(shè)備、儀器（如測(cè)試儀、示波器﹑等）必須與錄波裝置可靠接地。試驗(yàn)所用測(cè)試設(shè)備、儀器應(yīng)檢驗(yàn)合格，其精度應(yīng)不低于0.5級(jí)。3.5交、直流試驗(yàn)電源的容量和接線方式嚴(yán)格按照《繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)條例》有關(guān)規(guī)定要求執(zhí)行。試驗(yàn)時(shí)如無(wú)特殊說(shuō)明，所加直流電源均為額定值。3.6為獲得比較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，對(duì)所有特性試驗(yàn)中的每一點(diǎn)均應(yīng)重復(fù)試驗(yàn)3次，其中每次試驗(yàn)的數(shù)值與整定值差應(yīng)滿足規(guī)定的要求。3.7加入裝置的試驗(yàn)電流和電壓，如無(wú)特殊說(shuō)明，均從受實(shí)驗(yàn)屏端子上加入。3.8真實(shí)填寫(xiě)所作的各種檢驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，形成<<產(chǎn)品檢驗(yàn)報(bào)告>>記錄存檔。4、檢驗(yàn)項(xiàng)目4.1外觀檢查屏體尺寸﹑顏色與訂貨要求相一致。2）裝置的標(biāo)簽完好﹑正確﹑線號(hào)打印清晰（不允許手寫(xiě)），前后門(mén)安裝牢固，開(kāi)關(guān)方便﹑靈活﹑把手安裝正確。3）表面涂層要光潔﹑無(wú)脫落、無(wú)斑跡、無(wú)劃痕﹑帖膜定好﹑字跡工整。4）液晶屏顯示清晰，無(wú)劃痕，鍵盤(pán)鼠標(biāo)靈敏。5）端子牢固整齊，標(biāo)識(shí)正確，導(dǎo)軌安裝正確，插拔到位，且插拔靈活，有鎖緊機(jī)構(gòu)。6）銘牌正確與要求相符。7）裝置的硬件配置、標(biāo)注及接線等符合圖紙要求。8）核查裝置電源插件的額定工作電壓與現(xiàn)場(chǎng)要求相符。4.2配線檢查1）機(jī)柜配線與機(jī)柜配置應(yīng)一致；包括電壓量、電流量、直流量、開(kāi)關(guān)量的配置組數(shù)。2）端子排安裝正確。其中開(kāi)關(guān)量端子排、電流、電壓端子排安裝要牢固；另外端子排上的分段標(biāo)牌安裝正確，即不同DSP要分段，同一DSP間不同量之間要分段。開(kāi)關(guān)量上DB37插座六角螺母是否擰緊。 3）各種信號(hào)線在線槽的排列整齊，緊湊。其中信號(hào)線號(hào)碼管排列正確，號(hào)碼管的號(hào)數(shù)要與端子號(hào)一致。4）電源線、地線、MODEM線、打印線、打印機(jī)、電源線要正確安裝。其中工作電源DC220V/110V正負(fù)極連接一定要正確； 5V、12V、-12V、24V電壓要進(jìn)行上電檢驗(yàn)確認(rèn)后方可安裝。 5）MODEM、開(kāi)關(guān)電源、繼電器要牢固固定。6）GPS信號(hào)線連接、安裝是否正確。7）傳感器板是否標(biāo)明編號(hào)和類(lèi)型。8）USB接口方向是否正確（白色舌頭在上）。9）左右端子排距支柱距離為80mm。10）屏上個(gè)部件均使用2.5m2的黃綠相間顏色的塑膠軟線，可靠連接到屏底銅排。4.3絕緣電阻試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)前斷開(kāi)屏端子排的所有外接線，在屏端子排處分別短接所有交流回路（包括電壓、電流、高頻量）端子，直流回路端子，電源回路，然后利用2500V（或500V）搖表輪流測(cè)量端子各組對(duì)地及各組之間的絕緣。當(dāng)每一組不合格時(shí)，則需打開(kāi)改組短接線，再分別檢驗(yàn)每一端子的絕緣，找出問(wèn)題，并予以消除。測(cè)試部位絕緣電阻交流回路對(duì)地的絕緣電阻≥10MΩ交流回路之間的絕緣電阻≥10MΩ直流回路對(duì)地的絕緣電阻≥10MΩ交直流回路之間絕緣電阻≥10MΩ電源回路對(duì)地的絕緣電阻≥10MΩ電源回路之間的絕緣電阻≥10MΩ4.3.1交流回路對(duì)地、交流回路之間、交流回路與直流回路之間的絕緣電阻：將電壓、電流、高頻量端子全部短接起來(lái)，并接到2500V搖表的“L”端。搖表的“E”端接機(jī)殼地。以120轉(zhuǎn)/分的速度搖動(dòng)搖表的手柄，施加電壓不少于5秒鐘，從刻度盤(pán)上讀出絕緣電阻值，大于10MΩ為合格。4.3.2直流回路對(duì)地的絕緣電阻：將直流回路全部短接起來(lái)，并接到500V搖表的“L”端。搖表的“E”端接機(jī)殼地。搖表方法同上，絕緣電阻大于10MΩ為合格。4.4工頻耐壓/介質(zhì)強(qiáng)度試驗(yàn)：在測(cè)試上述絕緣阻值合格后才允許進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，按4.3所列的端子短接方法接線。測(cè)試部位檢驗(yàn)電壓（施加時(shí)間）交流回路對(duì)地2000V（1min）交流回路之間2000V（1min）直流電源回路對(duì)地1500V（1min）開(kāi)關(guān)量回路對(duì)地500V（1min）在試驗(yàn)期間不發(fā)生擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象以及泄漏電流明顯增大或電壓突然下降等現(xiàn)象為合格。4.5裝置通電檢查：4.5.1連接好錄波器正常運(yùn)行所需要各附件后,先斷開(kāi)各電源輸入回路開(kāi)關(guān)，按照端子接線圖,不帶電接上直流電源線，用萬(wàn)用表測(cè)試交流/直流電源回路正確后,按照先交流后直流的順序依次合上設(shè)備各部分電源開(kāi)關(guān)。檢查裝置各信號(hào)指示燈是否正常，正常運(yùn)行應(yīng)該“運(yùn)行”“電源”燈亮，“錄波”“告警”燈熄滅，后臺(tái)軟件運(yùn)行界面應(yīng)正常，與前臺(tái)通信應(yīng)正常，打印裝置應(yīng)正確連接，時(shí)鐘顯示應(yīng)正常顯示，軟件版本信息應(yīng)正確。4.6靜態(tài)波形測(cè)試1）使電壓通道短路，電流通道開(kāi)路。2）手動(dòng)錄波，打開(kāi)波形文件，觀察各個(gè)電壓、電流通道的零漂。電壓通道零漂不大于0.062V，電流不大于0.031A為正常。4.7精度測(cè)試4.7.1將裝置各相電壓回路同極性并聯(lián)，分別加入測(cè)試電壓，手動(dòng)啟動(dòng)錄波，用錄波分析軟件打開(kāi)錄波文件檢查各通道有效值。其數(shù)值誤差要求如下：相電壓：輸入值3V10V30V60V90V120V誤差值≤10%≤2.5%≤1%≤0.5%≤1%≤5%開(kāi)口三角電壓3U0輸入值5V20V50V100V150V180V誤差值≤10%≤2.5%≤1%≤0.5%≤2.5%≤5%4.7.2將裝置各相電流回路順極性串聯(lián)，分別通入測(cè)試電流，手動(dòng)啟動(dòng)錄波，用錄波分析軟件打開(kāi)錄波文件檢查各通道有效值。其數(shù)值誤差要求如下：輸入倍數(shù)0.1In0.2In0.5In1.0In5.0In10In20In誤差值≤10%≤2.5%≤1%≤0.5%≤1%≤2.5%≤5%相位一致性檢查在進(jìn)行4.7.1和4.7.2項(xiàng)檢查的同時(shí)，由顯示或打印的波形中可觀測(cè)各路電壓、電流極性是否一致，若某路極性接反，應(yīng)予以糾正；在輸入電壓和電流同相位時(shí)，所有回路的相位角的誤差不能超過(guò)5°連續(xù)三次錄波，如有效值誤差及角度誤差均滿足要求，則精度測(cè)試通過(guò)。此三次錄波文件要求存檔。4.7.4諧波可觀測(cè)性任選一相交流電壓回路，分別通入20%或不同比例的二次、三次、五次、七次諧波，裝置應(yīng)可靠不啟動(dòng)；手動(dòng)啟動(dòng)錄波后，應(yīng)能明顯的觀測(cè)到相應(yīng)的諧波波形。4.8突變量判啟動(dòng)1）接線方式同上4.7。2）設(shè)定該通道的突變判起動(dòng)定值，而清除所有其它定值。3）設(shè)定測(cè)試儀A相電壓為57.7V，電流為1A（或5A）。設(shè)置增量為設(shè)定定值的110％。做3次啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，3次均啟動(dòng)為合格。設(shè)定測(cè)試儀A相電壓（或電流）增量為設(shè)定定值的80％，做3次啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，3次均不啟動(dòng)為合格。4.9越限判啟動(dòng)測(cè)試接線方式同上。設(shè)定該通道的越限判起動(dòng)定值，而清除所有其它定值。3）設(shè)定測(cè)試儀A相電壓為57.7V，電流為1A（或5A）。測(cè)試電壓通道時(shí)增量設(shè)為1V，慢慢往下降，直到低越限啟動(dòng)，記錄下啟動(dòng)值。測(cè)試電流通道時(shí)增量設(shè)為0.1A，慢慢增大，直到越限啟動(dòng)，記錄下啟動(dòng)值。啟動(dòng)值與設(shè)定值間的誤差小于1％為合格。4.10正負(fù)序判啟動(dòng)測(cè)試1）接線方式為三相接線。2）按下表設(shè)定各相初始值和初始相位：初始值相位A相電壓57.7V0°B相電壓57.7V－120°C相電壓57.7V120°A相電流5A(1A)0°B相電流5A(1A)－120°C相電流5A(1A)120°3）正序過(guò)壓判起動(dòng)：只設(shè)定A相為變化量，變化步長(zhǎng)設(shè)為1V。設(shè)定正序過(guò)壓定值為63.5V，那么當(dāng)A相電壓超過(guò)57.7+3×(63.5-57.7)=75.1V時(shí)，正序過(guò)壓起動(dòng)錄波，誤差不超過(guò)5%為合格。4）正序欠壓判起動(dòng)：只設(shè)定A相為變化量，變化步長(zhǎng)設(shè)為1V。設(shè)定正序欠壓定值為51.96伏，那么當(dāng)A相電壓低于57.7-3*(57.7-51.96)=40.48V時(shí)，正序欠壓起動(dòng)錄波，誤差不超過(guò)5%為合格。5）電壓負(fù)序越限判起動(dòng)：只設(shè)定A相電壓為變化量，變化步長(zhǎng)設(shè)為1V。設(shè)定負(fù)序限定值為2伏，那么當(dāng)A相電壓低于57.7-3*2=51.7V或高于57.7+3×2=63.7V時(shí)，負(fù)序越限起動(dòng)錄波。誤差不超過(guò)5%為合格。6）電流負(fù)序越限判起動(dòng)：只設(shè)定A相電流為變化量，變化步長(zhǎng)設(shè)為0.1A(1A的為0.02A)。設(shè)定負(fù)序越限定值為0.5(1A的為0.1)A，那么當(dāng)A相電流低于5-3×0.5=3.5A(1A的為0.7A)或高于5+3*0.5=6.5A（1A的為1.3A）時(shí),負(fù)序越限起動(dòng)錄波。誤差不超過(guò)5%為合格。7）將所有啟動(dòng)波形文件存檔。4.11電壓頻率越限判啟動(dòng)測(cè)試1）接線方式單相接線和三相接線方式皆可。2）除所有其它定值，只設(shè)定待測(cè)通道頻率高越限定值為50.50HZ。3）調(diào)整測(cè)試儀進(jìn)入頻率實(shí)驗(yàn)界面，將參考相選擇為與通道號(hào)對(duì)應(yīng)的相，將變量選擇項(xiàng)選為電壓頻率。設(shè)定頻率變化步長(zhǎng)為0.01HZ，逐步增加所選相電壓頻率直至啟動(dòng)，記錄啟動(dòng)值。4）設(shè)定頻率低越限定值為49.50HZ，逐步減小所選相電壓頻率直至啟動(dòng)，記錄啟動(dòng)值。頻率啟動(dòng)誤差不超過(guò)0.1HZ為合格。5）頻率變化率啟動(dòng)：頻率變化率定值為1HZ/S，試驗(yàn)儀設(shè)定起始頻率（50HZ）和截止頻率（45HZ），df/dt整定稍大于1HZ/S，此時(shí)裝置應(yīng)可靠啟動(dòng)。4.12開(kāi)關(guān)量判啟動(dòng)測(cè)試設(shè)定定值為所有開(kāi)關(guān)量通道判啟動(dòng)。依次短接或斷開(kāi)開(kāi)關(guān)量，裝置應(yīng)啟動(dòng)錄波。打開(kāi)波形查看開(kāi)關(guān)量變位情況。將此測(cè)試項(xiàng)目的波形文件存檔。4.13高頻通道信號(hào)錄波性能檢驗(yàn)輸入占空比為10ms/10ms的方波信號(hào)，峰谷值分別為5V、0.1V，手動(dòng)啟動(dòng)錄波，觀察錄波圖，要求裝置記錄的方波波形前后沿失真不大于1ms,其幅值幅值誤差不大于10%。4.14直流量錄波檢驗(yàn)4.14.1通入直流電壓量，輸入范圍0-300v.手動(dòng)錄波，觀察錄波圖，要求波形平滑完好，且幅值有良好線性度。4.14.2直流電流，通入0-100mA范圍的直流電流信號(hào)，手動(dòng)錄波，觀察錄波圖，要求波形平滑完好，且幅值應(yīng)具有良好線性度。4.15整組測(cè)試4.15.1模擬故障錄波：錄波器啟動(dòng)運(yùn)行啟動(dòng)定值全部投入，并輸入相應(yīng)的線路參數(shù)，交流電壓交流電流端子接入保護(hù)測(cè)試儀相應(yīng)的輸出。測(cè)試儀可以采用整組實(shí)驗(yàn)或距離保護(hù)實(shí)驗(yàn)方法模擬線路故障，故障類(lèi)型為單相接地，兩相短路，兩相接地短路，三相短路，每種故障類(lèi)型設(shè)定測(cè)試儀距離或阻抗值為線路總長(zhǎng)的5%,50%,100%，每次故障模擬，裝置應(yīng)能夠可靠啟動(dòng)。并能正確判別故障類(lèi)型，能進(jìn)行自動(dòng)正確的故障測(cè)距。4.15.2波形分析：模擬故障后錄波文件均能夠用錄波分析軟件打開(kāi)分析，波形分析軟件應(yīng)能夠?qū)收暇€路和故障類(lèi)型進(jìn)行自動(dòng)判別，并能夠自動(dòng)進(jìn)行故障測(cè)距，而且能提供相應(yīng)的工具對(duì)線路的幅值、相位、頻率、諧波、阻抗、序分量、有功無(wú)功、進(jìn)行準(zhǔn)確分析。4.15.3故障報(bào)告：每次故障模擬錄波裝置應(yīng)能生成完整故障報(bào)告，并能夠正確打印報(bào)告。故障報(bào)告應(yīng)能夠打印完整的故障波形圖，而且根據(jù)不同故障類(lèi)型，故障報(bào)告內(nèi)容應(yīng)包含以下內(nèi)容或部分內(nèi)容： 故障線路名、故障絕對(duì)時(shí)間、故障相別、故障類(lèi)型、故障距離、保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、短路器動(dòng)作時(shí)間、故障前一周波電流電壓有效值、故障第一周波電流電壓有效值、故障第一周波電流電壓峰值、斷路器重合時(shí)間、再次故障時(shí)間、再次跳閘相別、再次保護(hù)動(dòng)作時(shí)間、再次跳閘時(shí)間。4.16長(zhǎng)期低電壓、長(zhǎng)期低頻率啟動(dòng)4.16.1長(zhǎng)期低電壓錄波投入低壓?jiǎn)?dòng)定值，通入90%Un的低電壓量，持續(xù)時(shí)間為30分鐘，使錄波器處于低電壓?jiǎn)?dòng)并長(zhǎng)時(shí)間錄波狀態(tài)。裝置應(yīng)能長(zhǎng)期完整記錄，其記錄的波形應(yīng)為包絡(luò)線，錄波報(bào)告應(yīng)有低電壓動(dòng)作報(bào)文。電壓值與實(shí)際通入值相一致。4.16.2長(zhǎng)期低頻率錄波投入低頻啟動(dòng)定值，通入49.5HZ的電壓量，持續(xù)時(shí)間為30分鐘，使錄波器處于低頻越限啟動(dòng)并長(zhǎng)時(shí)間錄波狀態(tài)。裝置應(yīng)能長(zhǎng)期完整記錄，其記錄的波形應(yīng)為包絡(luò)線，錄波報(bào)告應(yīng)有低頻動(dòng)作報(bào)文。頻率與實(shí)際通入頻率相一致。4.17功能測(cè)試4.17.1GPS對(duì)時(shí)測(cè)試內(nèi)部時(shí)鐘：校準(zhǔn)內(nèi)部時(shí)鐘，斷開(kāi)裝置所有電源，下次開(kāi)機(jī)可觀察前置機(jī)內(nèi)部時(shí)鐘，應(yīng)該在斷電期間正常運(yùn)行。自帶GPS對(duì)時(shí)：錄波裝置如果自帶了GPS對(duì)時(shí)裝置，在正確安裝天線后能自行準(zhǔn)確對(duì)時(shí)，可以在對(duì)時(shí)實(shí)驗(yàn)之前先調(diào)整錄波器前置機(jī)時(shí)間為錯(cuò)誤時(shí)間，在GPS正確對(duì)時(shí)后，進(jìn)行手動(dòng)啟動(dòng)，用波形分析軟件能觀察到啟動(dòng)時(shí)間為正確已修改的時(shí)間，且通過(guò)調(diào)試軟件可以對(duì)GPS工作狀態(tài)能進(jìn)行監(jiān)視，如天線有效性、衛(wèi)星跟蹤數(shù)目、時(shí)間有效性等。外接GPS接口：錄波裝置應(yīng)能外接GPS接口，接口應(yīng)該具有硬件脈沖對(duì)時(shí)接口和軟件對(duì)時(shí)接口4.17.2告警信號(hào)測(cè)試1）裝置異常告警。端子1K-1、1K-2是從繼電器1上引出的一對(duì)常閉節(jié)點(diǎn)。用萬(wàn)用表測(cè)量該對(duì)節(jié)點(diǎn)，在下列情況下該節(jié)點(diǎn)動(dòng)作：裝置失電時(shí)；故障燈亮?xí)r；電源出錯(cuò)時(shí)；裝置自身異常時(shí)。2）裝置錄波告警：端子1K4、1K5是從繼電器2引出的一對(duì)常開(kāi)節(jié)點(diǎn)。用萬(wàn)用表測(cè)量該對(duì)結(jié)點(diǎn)，當(dāng)錄波啟動(dòng)時(shí)閉合，錄波結(jié)束后延時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)。信號(hào)保持時(shí)間可由軟件設(shè)置。4.18系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)檢驗(yàn)4.18.1錄波裝置具有以太網(wǎng)通信接口，設(shè)置正確的IP地址、網(wǎng)關(guān)后應(yīng)能夠接入局域網(wǎng)，通過(guò)相應(yīng)的通信軟件或公用軟件應(yīng)能完成網(wǎng)絡(luò)主機(jī)與錄波裝置的通信功能，主機(jī)端與錄波器的通信應(yīng)有密碼保護(hù)，且錄波器網(wǎng)絡(luò)接口均應(yīng)有防火墻保護(hù)，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)對(duì)錄波器的操作應(yīng)能完成遠(yuǎn)方啟動(dòng)、提取定值、下達(dá)定值、錄波文件調(diào)取、錄波器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視等功能。4.18.2錄波裝置應(yīng)具有通過(guò)MODEM進(jìn)行遠(yuǎn)方通信的功能，錄波器設(shè)置正確的號(hào)碼后應(yīng)能夠進(jìn)行撥號(hào)通信，通信應(yīng)具有密碼保護(hù)，且遠(yuǎn)方應(yīng)該具有遠(yuǎn)方啟動(dòng)、提取定值、下達(dá)定值、錄波文件調(diào)取、錄波器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視等功能。且數(shù)據(jù)通信應(yīng)具有數(shù)據(jù)壓縮和斷點(diǎn)續(xù)傳功能。小波變換在電力系統(tǒng)故障測(cè)距中的應(yīng)用摘要：輸電線路行波雙端故障測(cè)距具有很高的精度，但需要高速A／D采集、大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、復(fù)雜的行波波頭辨識(shí)，對(duì)近距離故障測(cè)量存在困難。本文利用小波變換的時(shí)頻分析特性，結(jié)合行波傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，對(duì)行波信號(hào)利用小波變換提取故障時(shí)行波的故障信息。利用GPS作為同步時(shí)鐘，測(cè)量波頭到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻，構(gòu)成輸電線路的行波測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)調(diào)度通信進(jìn)行故障測(cè)距，可以提高測(cè)距的可靠性和精度。關(guān)鍵詞：行波；小波變換；奇異性；故障測(cè)距1引言小波分析是當(dāng)前數(shù)學(xué)中一個(gè)迅速發(fā)展的新領(lǐng)域，它同時(shí)具有理論深刻和應(yīng)用十分廣泛的雙重意義。小波變換的概念是由法國(guó)從事石油信號(hào)處理的工程師J.Morlet在1974年首先提出的，通過(guò)物理的直觀和信號(hào)處理的實(shí)際需要經(jīng)驗(yàn)的建立了反演公式，當(dāng)時(shí)未能得到數(shù)學(xué)家的認(rèn)可。正如1807年法國(guó)的熱學(xué)工程師J.B.J.Fourier提出任一函數(shù)都能展開(kāi)成三角函數(shù)的無(wú)窮級(jí)數(shù)的創(chuàng)新概念未能得到著名數(shù)學(xué)家J.L.Lagrange，P.S.Laplace以及A.M.Legendre的認(rèn)可一樣。幸運(yùn)的是，早在七十年代，A.Calderon表示定理的發(fā)現(xiàn)、Hardy空間的原子分解和無(wú)條件基的深入研究為小波變換的誕生做了理論上的準(zhǔn)備，而且J.O.Stromberg還構(gòu)造了歷史上非常類(lèi)似于現(xiàn)在的小波基；1986年著名數(shù)學(xué)家Y.Meyer偶然構(gòu)造出一個(gè)真正的小波基，并與S.Mallat合作建立了構(gòu)造小波基的統(tǒng)一方法即多尺度分析之后，小波分析才開(kāi)始蓬勃發(fā)展起來(lái)，其中比利時(shí)女?dāng)?shù)學(xué)家I.Daubechies撰寫(xiě)的《小波十講（TenLecturesonWavelets）》對(duì)小波的普及起了重要的推動(dòng)作用。它與Fourier變換、窗口Fourier變換（Gabor變換）相比，這是一個(gè)時(shí)間和頻率的局域變換，因而能有效地從信號(hào)中提取信息，通過(guò)伸縮和平移等運(yùn)算功能對(duì)函數(shù)或信號(hào)進(jìn)行多尺度細(xì)化分析（MultiscaleAnalysis），解決了Fourier變換不能解決的許多困難問(wèn)題，從而小波變化被譽(yù)為“數(shù)學(xué)顯微鏡”，它是調(diào)和分析發(fā)展史上里程碑式的進(jìn)展。小波分析的應(yīng)用是與小波分析的理論研究緊密地結(jié)合在一起地?，F(xiàn)在，它已經(jīng)在科技信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域取得了令人矚目的成就。電子信息技術(shù)是六大高新技術(shù)中重要的一個(gè)領(lǐng)域，它的重要方面是圖像和信號(hào)處理?，F(xiàn)今，信號(hào)處理已經(jīng)成為當(dāng)代科學(xué)技術(shù)工作的重要部分，信號(hào)處理的目的就是：準(zhǔn)確的分析、診斷、編碼壓縮和量化、快速傳遞或存儲(chǔ)、精確地重構(gòu)（或恢復(fù)）。從數(shù)學(xué)地角度來(lái)看，信號(hào)與圖象處理可以統(tǒng)一看作是信號(hào)處理（圖像可以看作是二維信號(hào)），在小波分析的許多應(yīng)用中，都可以歸結(jié)為信號(hào)處理問(wèn)題。現(xiàn)在，對(duì)于其性質(zhì)隨時(shí)間是穩(wěn)定不變的信號(hào)，處理的理想工具仍然是傅立葉分析。但是在實(shí)際應(yīng)用中的絕大多數(shù)信號(hào)是非穩(wěn)定的，而特別適用于分析非穩(wěn)定信號(hào)的工具就是小波分析。事實(shí)上小波分析的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，它包括：數(shù)學(xué)領(lǐng)域的許多學(xué)科；信號(hào)分析、圖象處理；量子力學(xué)、理論物理；軍事電子對(duì)抗與武器的智能化；計(jì)算機(jī)分類(lèi)與識(shí)別；音樂(lè)與語(yǔ)言的人工合成；醫(yī)學(xué)成像與診斷；地震勘探數(shù)據(jù)處理；大型機(jī)械的故障診斷等方面；例如，在數(shù)學(xué)方面，它已用于數(shù)值分析、構(gòu)造快速數(shù)值方法、曲線曲面構(gòu)造、微分方程求解、控制論等。在信號(hào)分析方面的濾波、去噪聲、壓縮、傳遞等。在圖象處理方面的圖象壓縮、分類(lèi)、識(shí)別與診斷，去污等。在醫(yī)學(xué)成像方面的減少B超、CT、核磁共振成像的時(shí)間，提高分辨率等。其應(yīng)用范圍主要有以下幾方面：(1小波分析用于信號(hào)與圖象壓縮是小波分析應(yīng)用的一個(gè)重要方面。它的特點(diǎn)是壓縮比高，壓縮速度快，壓縮后能保持信號(hào)與圖像的特征不變，且在傳遞中可以抗干擾?；谛〔ǚ治龅膲嚎s方法很多，比較成功的有小波包最優(yōu)基方法，小波域紋理模型方法，小波變換零樹(shù)壓縮，小波變換向量壓縮等。(2小波變換在信號(hào)分析中的應(yīng)用也十分廣泛。它可以用于邊界的處理與濾波、時(shí)頻分析、信噪分離與提取弱信號(hào)、求分形指數(shù)、信號(hào)的識(shí)別與診斷以及多尺度邊緣檢測(cè)等。(3在工程技術(shù)等方面的應(yīng)用。包括電力系統(tǒng)信號(hào)檢測(cè)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、曲線設(shè)計(jì)、湍流、遠(yuǎn)程宇宙的研究與生物醫(yī)學(xué)方面。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，高壓遠(yuǎn)距離輸電線日益增多。高壓輸電線路由于分布范圍廣，穿越地形復(fù)雜，容易發(fā)生故障，尤其是瞬時(shí)性故障占90%—95%，由其造成的故障點(diǎn)通常查找比較困難。對(duì)這種電磁暫態(tài)現(xiàn)象傳統(tǒng)的分析方法是：(1通過(guò)數(shù)學(xué)變換從時(shí)域到頻域(如傅里葉分析和變換、拉普拉斯變換或Z變換。(2利用等值電路(如EMTP/ATP或通過(guò)數(shù)值分析建立微分方程的數(shù)學(xué)方法。這些方法在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方法和設(shè)備下都能實(shí)現(xiàn)，但對(duì)于短時(shí)暫態(tài)信號(hào)和在時(shí)間域不穩(wěn)定的信號(hào)就失去意義。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展，微機(jī)故障測(cè)距技術(shù)也有巨大的發(fā)展并相繼進(jìn)入實(shí)用化的進(jìn)程。行波法和故障分析法是常用的兩種方法。輸電線路行波雙端故障測(cè)距由于不存在原理誤差，不受線路參數(shù)和結(jié)構(gòu)的影響，只要能夠精確的捕捉到行波的第一波頭到達(dá)兩個(gè)測(cè)量端的時(shí)間就可以實(shí)現(xiàn)精確故障測(cè)距，行波法測(cè)距的可靠性和精度在理論上不受線路類(lèi)型、故障電阻及兩側(cè)系統(tǒng)的影響，一直是研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)代數(shù)字式行波保護(hù)和故障測(cè)距裝置在測(cè)量點(diǎn)感受到的故障暫態(tài)行波電壓和電流信號(hào)實(shí)質(zhì)上是一種非平穩(wěn)信號(hào)，其持續(xù)時(shí)間很短(幾個(gè)毫秒，故障信息則主要蘊(yùn)涵于各行波到來(lái)時(shí)所產(chǎn)生的信號(hào)奇異點(diǎn)中，為了準(zhǔn)確的提取出信號(hào)奇異點(diǎn)中的信息，必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行局部化分析。傳統(tǒng)的Fourier分析方法實(shí)質(zhì)上是一種純頻域的全局分析方法，它無(wú)法考察信號(hào)在時(shí)域的局部特性。而具有“數(shù)學(xué)顯微鏡”之稱的小波分析法則是一種時(shí)頻分析方法，它能夠“聚焦”到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)奇異性的完美描述，以達(dá)到精確測(cè)距的目的。同時(shí)由于全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS的出現(xiàn)，利用GPS作為同步時(shí)鐘的雙端故障測(cè)距可以大大提高測(cè)距的精度(可達(dá)±150m。本文利用小波變換的時(shí)頻分析特性提取行波的第一波頭和GPS同步時(shí)鐘構(gòu)成故障測(cè)距網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種故障的準(zhǔn)確記錄。2小波變換的奇異性檢測(cè)理論信號(hào)的奇異性可以用Lipischitz指數(shù)α來(lái)描述。設(shè)，在點(diǎn)若存在唯一常數(shù)C，對(duì)的領(lǐng)域使得下式成立：（1）把所有Lipischizα上的上界看作是的一致Lipischitz規(guī)律，則在是一致Lipischitz。顯然時(shí)，函數(shù)(信號(hào)在是連續(xù)可導(dǎo)的；時(shí)，函數(shù)(信號(hào)在間斷；α越小，在的奇異性程度越高。信號(hào)通過(guò)小波變換后，模極大值(突變點(diǎn)的值在α非負(fù)時(shí)，隨變換尺度的增大逐漸增大，α為負(fù)時(shí)，模極大值隨尺度的增大很快衰減。由于現(xiàn)代行波測(cè)距裝置一般是數(shù)字式，而且實(shí)際得到的信號(hào)往往以離散序列的形式出現(xiàn)，因此常對(duì)信號(hào)進(jìn)行離散二進(jìn)小波變換。對(duì)一個(gè)給定信號(hào)進(jìn)行小波變換，就是將該信號(hào)按某一小波函數(shù)族展開(kāi)，即將信號(hào)表示為一系列不同尺度和不同時(shí)移的小波函數(shù)的線性組合，其中每一項(xiàng)的系數(shù)稱為小波系數(shù)(可以通過(guò)對(duì)信號(hào)實(shí)施小波變換求得，而同一尺度下所有不同時(shí)移的小波函數(shù)的線性組合稱為信號(hào)在該尺度下的小波分量。由于小波分析同時(shí)描述信號(hào)的時(shí)域和頻域特征，因而是一種時(shí)頻分析方法。此外，小波分析還具有可調(diào)的時(shí)頻分辨率特性，這種特性對(duì)分析非平穩(wěn)信號(hào)(如電力系統(tǒng)中的各種暫態(tài)信號(hào)極為有用。例如，為了考察信號(hào)中的緩變暫態(tài)特性，可提取信號(hào)在較高尺度下的小波分量；而為了考察信號(hào)中的劇變暫態(tài)特性，則可提取信號(hào)在較低尺度下的小波分量。如果進(jìn)一步利用小波分析的多分辨分析，就可以從信號(hào)的大致輪廓“聚焦”到信號(hào)的任意細(xì)節(jié)，從而得到信號(hào)中的奇異點(diǎn)和模極大值點(diǎn)，利用這一特性和精確的定位時(shí)間就可以測(cè)得故障距離。下面舉例說(shuō)明小波變換如何檢測(cè)信號(hào)的奇異點(diǎn)，圖1中的波形由MATLAB生成，假定原始信號(hào)為電流行波信號(hào)，d1、d2、d3分別是用Daubechies(dbN小波系中的db3小波對(duì)信號(hào)進(jìn)行多尺度小波分解的波形，分解層次為3層。從分解的圖形可以看出，在t=1000時(shí)，信號(hào)出現(xiàn)第一個(gè)奇異點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的該點(diǎn)出現(xiàn)明顯的極大值，測(cè)出該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻就能應(yīng)用(2式進(jìn)行故障測(cè)距。在t=3000附近時(shí)又出現(xiàn)一個(gè)極大值點(diǎn)，但我們只使用第一個(gè)行波波頭即可，并不會(huì)影響測(cè)量的結(jié)果?？梢钥闯鲂盘?hào)經(jīng)小波變換后，對(duì)信號(hào)模極大值點(diǎn)的檢測(cè)變得容易和精確了。圖1小波變換檢測(cè)信號(hào)奇異點(diǎn)原理3行波測(cè)距的原理行波測(cè)距分為單端測(cè)距和雙端測(cè)距。雙端測(cè)距是利用行波第一波頭到達(dá)線路兩端的時(shí)刻進(jìn)行計(jì)算，只須捕捉行波第一波頭，不用考慮行波的反射和折射，行波波頭的幅值點(diǎn)也就是信號(hào)的奇異點(diǎn)，易于通過(guò)小波變換獲取該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，因此雙端測(cè)距比單端測(cè)距精度高。下面說(shuō)明雙端測(cè)距的原理，如圖2所示：圖2雙端測(cè)距原理圖在一段傳輸線路MN中，如在F點(diǎn)發(fā)生短路，則在線路中故障點(diǎn)相當(dāng)于突然施加了一組與故障前電壓大小相等方向相反的電壓源，在F點(diǎn)表現(xiàn)為該點(diǎn)的電壓突變減小(或零和電流突變?yōu)橐粋€(gè)極大的值，因此從波形的角度看，F(xiàn)點(diǎn)即為信號(hào)的拐點(diǎn)(奇異點(diǎn)。在這個(gè)電壓源的作用下線路上將出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的暫態(tài)電壓和電流行波(暫態(tài)行波信號(hào)不是周期信號(hào)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延時(shí)和后行波第一波頭分別到達(dá)測(cè)量端M和N，此時(shí)故障點(diǎn)距M端的距離即：（2）其中L為線路的總長(zhǎng)度，v為行波傳播速度，接近光速。由上式可知，只要能正確的記錄行波第一波頭分別到達(dá)測(cè)量端M和N的時(shí)間就能夠準(zhǔn)確測(cè)量故障距離，這里沒(méi)有考慮行波傳輸速度的變化。和的時(shí)間定位由高精度GPS來(lái)提供，GPS可以把時(shí)間的測(cè)量精度提高到納秒級(jí)，因此如何確定行波第一波頭就決定了故障測(cè)距的精度。在電壓行波和電流行波中，理論上電壓行波比電流行波變化幅值大容易測(cè)量，但是由于普通的電容分壓式電壓互感器沒(méi)有行波傳變的能力，故測(cè)距行波由電流行波構(gòu)成，同時(shí)電流行波還可以通過(guò)模式變換理論進(jìn)行變換以達(dá)到減少(或消除電磁干擾，以便于正確提取信號(hào)波形。4測(cè)距原理的實(shí)現(xiàn)4.1總體方案的設(shè)計(jì)圖3行波測(cè)距總框圖在上面的框圖中GPS接收機(jī)作為行波波頭到達(dá)時(shí)刻的同步時(shí)鐘。電流互感器輸出的行波信號(hào)經(jīng)過(guò)高速數(shù)據(jù)采集、記錄和處理，傳送給CPU后，經(jīng)CPU中的軟件進(jìn)行小波變換處理后找出極大值點(diǎn)，GPS記錄下該信號(hào)到達(dá)的時(shí)刻，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)送給調(diào)度中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而得出故障距離。根據(jù)上述原理如果在同一電壓等級(jí)電網(wǎng)的每一個(gè)變電站安裝一套測(cè)量行波的裝置，電網(wǎng)中任一點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)每一個(gè)測(cè)量裝置中都會(huì)有行波啟動(dòng)記錄。對(duì)某一測(cè)量端的近距離故障可以通過(guò)其它測(cè)量端的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。如把所有的行波測(cè)量裝置通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接在調(diào)度中心計(jì)算機(jī)上，即使有一臺(tái)裝置發(fā)生故障，也可以通過(guò)其它記錄裝置進(jìn)行故障測(cè)距，從而提高整個(gè)電網(wǎng)測(cè)距的可靠性。4.2行波測(cè)量裝置的硬件和軟件設(shè)計(jì)圖4基于GPS的同步采集原理圖圖5小波變換模極大值點(diǎn)算法流程圖圖4中GPS輸出兩種時(shí)間信號(hào)：一是秒脈沖信號(hào)，二是經(jīng)串口輸出的與每個(gè)秒脈沖前沿對(duì)應(yīng)的日期和時(shí)間代碼，即秒脈沖信號(hào)的時(shí)間標(biāo)記。高精度、高穩(wěn)定度的鎖相環(huán)每隔1s被秒脈沖鎖相一次，并按采樣頻率fs要求作為采樣脈沖，fs/N=1Hz.因此采用這種方法能保證異地?cái)?shù)據(jù)的同步采樣，并給每一個(gè)采樣值貼上時(shí)間標(biāo)記。經(jīng)CPU中的小波變換分析軟件，找出模極大值點(diǎn)(奇異點(diǎn)后，啟動(dòng)通信傳遞該極大值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間代碼，通過(guò)中心計(jì)算機(jī)得出故障距離。圖5中需要說(shuō)明的是行波信號(hào)的小波變換模極大值，對(duì)應(yīng)于不同的尺度，同一電流行波具有不同的極大值，究竟選擇哪個(gè)模極大值與行波信號(hào)的頻率有關(guān)。但是行波信號(hào)奇異點(diǎn)的模極大值具有沿尺度傳遞的性質(zhì)，也就是說(shuō)，在各個(gè)不同尺度上該奇異點(diǎn)附近都具有模極大值點(diǎn)，而且這些極大值點(diǎn)的符號(hào)保持不變。因此通過(guò)比較相鄰尺度的模極大值點(diǎn)就可以確定信號(hào)中的奇異點(diǎn)。保留奇異點(diǎn)的模極大值就可以確定該奇異點(diǎn)到達(dá)測(cè)量端的時(shí)刻，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)就可以確定故障的距離。5結(jié)語(yǔ)行波法測(cè)距的可靠性和精度在理論上不受線路類(lèi)型、故障電阻及兩側(cè)系統(tǒng)的影響，一直是研究的熱點(diǎn)。特別是小波理論和全球定位系統(tǒng)(GPS的出現(xiàn)和在工程中的應(yīng)用大大提高了暫態(tài)行波信號(hào)的提取效率，簡(jiǎn)化了兩端數(shù)據(jù)的同步過(guò)程，提高了時(shí)間同步的精度，為行波測(cè)距帶來(lái)了新的研究前景。利用小波變換的行波故障測(cè)距通過(guò)提取行波信號(hào)的奇異點(diǎn)(極大值點(diǎn)來(lái)定位，數(shù)學(xué)概念比較清楚，不受系統(tǒng)運(yùn)行方式和過(guò)渡電阻的影響。同時(shí)應(yīng)該看到該方法值得注意的問(wèn)題，一是對(duì)行波進(jìn)行小波變換，計(jì)算量大，需要存儲(chǔ)的行波信息量大，需要研究特殊的處理電路，采用專門(mén)的硬件處理器芯片。此外，本文是在假定行波的傳輸速度是在光速的條件下進(jìn)行的，而實(shí)際的波速是受氣候、地質(zhì)條件等許多復(fù)雜因素的影響，因此波速的不確定性會(huì)影響測(cè)距的可靠性，尚需加以解決。

參考文獻(xiàn)：［1］粟曉華.利用單端實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸電線準(zhǔn)確故障測(cè)距的研究［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，1993.［2］冉啟文.小波變換與分?jǐn)?shù)傅里葉變換理論與應(yīng)用［M］.哈爾濱.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2003.1［3］呂虎，鐘岷秀，王利平，等.基于GPS授時(shí)同步采樣的輸電系統(tǒng)故障定位［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1998，22(8：26-29.［4］陳平，徐丙垠，葛耀中，等.離散小波變換用于輸電線路故障暫態(tài)行波信息壓縮［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2000，24(4：31-36.［5］金玉生，楊敏中，王曉蓉，等.高壓架空線路的故障測(cè)距方法［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2000，24(4：27-33.［6］程正興.小波分析算法與應(yīng)用［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，1999.［7］胡昌華，張軍波，夏軍，等.基于MATLAB的系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)--小波分析［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999.PE電力電子2007年第1期30小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在三相橋式全控整流裝置故障診斷中的應(yīng)用李玉超高沁翔馮楠(北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,北京100044摘要本文在自行研制的三相橋式全控整流裝置的基礎(chǔ)上,引入小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的手段對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行特征向量的提取和故障模式的識(shí)別,為實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)一個(gè)故障智能診斷系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)對(duì)裝置故障的快速、準(zhǔn)確診斷。關(guān)鍵詞:整流裝置;小波分析;BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);故障診斷TheApplicationofWaveletNeuralNetworkinTheFaultDiagnosisofThree-PhaseBridgeFull-ControlRectificationDeviceLiYuchaoGaoXingxiangFeiNan(SchoolofElectricalEng.,BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,ChinaAbstractBasedonthedevelopedthree-phasefull-controlrectificationdevice,thispaperintroducesmeasuresofwaveletanalysisandneuralnetworktoacquirethefaultcharacteristicsandidentifythefaultmodesofthedevice.Then,anintelligentdiagnosissystemisbuilttodiagnosefaultsofthedevicequicklyandexactly.KeyWords:RectificationDevice;WaveletAnalysis;BPNeuralNetwork;FaultDiagnosis1引言設(shè)備診斷技術(shù)(MachineConditionDiagnosisTechnique是一門(mén)包含很多新科技內(nèi)容的綜合技術(shù)。其基本原理是根據(jù)機(jī)械、電氣等各類(lèi)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種信息,判斷設(shè)備運(yùn)行是否發(fā)生了異常。它能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備在帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)或基本上在不拆卸的情況下,通過(guò)對(duì)其狀態(tài)參數(shù)的檢測(cè)和分析,判斷是否存在異常和故障以及故障的位置和原因,并對(duì)設(shè)備未來(lái)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)。它具體包括檢查和發(fā)現(xiàn)異常、診斷故障狀態(tài)和部位、分析故障類(lèi)型三個(gè)基本環(huán)節(jié)。三相全控整流電路的整流負(fù)載容量較大,輸出直流電壓脈動(dòng)較小,是目前應(yīng)用最為廣泛的整流電路。本文的研究對(duì)象是自行研制的全工況仿真發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制的三相橋式全控電路,通過(guò)該裝置的仿真實(shí)驗(yàn),可以使相關(guān)專業(yè)人員、在校學(xué)生很好地掌握發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置及電力電子電路、器件的工作特性。在此基礎(chǔ)上,采用故障診斷領(lǐng)域的新興技術(shù)——小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)整流裝置進(jìn)行故障診斷,以便快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并定位故障,縮短維修時(shí)間,提高實(shí)驗(yàn)效率。2整流實(shí)驗(yàn)裝置的簡(jiǎn)介圖1三相橋式全控整流裝置的總體設(shè)計(jì)原理框圖如圖1,裝置分為三大部分:整流主電路、觸發(fā)移相控制電路、光電耦合隔離電路。整流電路主要是對(duì)三相交流輸入進(jìn)行整流;移相觸發(fā)電路主要是用來(lái)控制晶閘管的觸發(fā)角,獲取可控的雙脈沖;光電耦合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)光電隔離,并對(duì)脈沖功率放大。電網(wǎng)的三相交流電,經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)和保險(xiǎn)盒之后,一端電氣技術(shù)PE電力電子2007年第1期31輸入到三相變壓器進(jìn)行降壓,另一端輸入到同步變壓器進(jìn)行采樣。降壓之后的三相電(36V作為整流電路的輸入端,經(jīng)同步變壓器采樣的電壓作為觸發(fā)電路的輸入端,觸發(fā)電路外接一個(gè)直流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)觸發(fā)電路內(nèi)部的芯片;光電耦合電路加在整流電路和觸發(fā)電路之間進(jìn)行光電隔離和功率放大;在觸發(fā)電路和整流電路的各個(gè)輸出端都接有測(cè)試孔,方便檢測(cè)裝置內(nèi)部各個(gè)工作點(diǎn)的波形。3整流實(shí)驗(yàn)裝置的故障故障可以理解為系統(tǒng)中至少有一個(gè)重要變量或特性偏離了正常范圍,使得系統(tǒng)表現(xiàn)出所不期望的任何異常現(xiàn)象。顯而易見(jiàn),三相橋式全控整流實(shí)驗(yàn)裝置的故障主要包括以下四種:①整流電路故障;②觸發(fā)電路故障(主芯片KC04、KC41發(fā)生故障;③隔離電路故障(光耦4N26發(fā)生故障;④三相交流給電故障、線路故障及其他。限于篇幅,本文僅對(duì)整流裝置的核心電路——整流電路部分進(jìn)行故障智能診斷研究。整流電路故障診斷的方法較多,有特征函數(shù)法、沃爾什分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、參數(shù)估計(jì)法和頻譜分析法等。本文采用小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方法對(duì)裝置故障進(jìn)行診斷,使用該方法有兩個(gè)前提條件:(1整流電路中,晶閘管開(kāi)路、串接熔斷器熔斷、觸發(fā)脈沖丟失等造成整流橋臂不導(dǎo)通的故障,統(tǒng)稱為晶閘管故障;(2考慮到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的識(shí)別能力及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化,最多同時(shí)有兩個(gè)晶閘管發(fā)生故障。據(jù)統(tǒng)計(jì),80%的控制系統(tǒng)失效都是源于元器件的故障,元器件的故障大都表現(xiàn)為短路與斷路,而短路造成電流增大必然導(dǎo)致斷路,所以本文主要研究整流裝置中晶閘管的斷路故障。4故障模式的編碼圖2三相橋式全控整流電路裝置的整流電路部分原理示意圖如圖2,其故障類(lèi)型大致可以分為以下五大類(lèi):Ⅰ類(lèi)(001正常;Ⅱ類(lèi)(010單管斷路,具體包括6種情況(010001-010110;Ⅲ類(lèi)(011同相二管斷路,具體包括3種情況(011001-011011;Ⅳ類(lèi)(100同臂二管斷路,具體包括6種情況(100001-100110;Ⅴ類(lèi)(101交叉二管斷路,具體包括6種情況(101001-101110。具體的詳細(xì)描述見(jiàn)表1:表1故障模式編碼表故障類(lèi)別信號(hào)標(biāo)名故障編碼故障描述Ⅰ類(lèi)(001正常Ⅰ工作正常ⅡT1斷ⅡT2斷ⅡT3斷ⅡT4斷ⅡT5斷Ⅱ類(lèi)(010單管斷路ⅡT6斷ⅢT1、T4斷ⅢT3、T6斷Ⅲ類(lèi)(011同相二管斷路ⅢT5、T2斷ⅣT1、T3斷ⅣT1、T5斷ⅣT3、T5斷ⅣT4、T6斷ⅣT2、T4斷Ⅳ類(lèi)(100同臂二管斷路ⅣT2、T6斷ⅤT1、T6斷ⅤT1、T2斷ⅤT3、T4斷ⅤT3、T2斷ⅤT5、T4斷Ⅴ類(lèi)(101交叉二管斷路ⅤT5、T6斷5故障特征向量的提取與處理裝置中整流電路晶閘管的斷路故障必然表現(xiàn)為輸出電壓信號(hào)的間斷,即輸出信號(hào)是兩種不同頻率信號(hào)的組合。對(duì)于間斷檢測(cè)的原理,我們可以理解為:間斷點(diǎn)是高頻信息,比普通信號(hào)的頻率要高出很多。此外,整流裝置多帶感性負(fù)載,輸出電流波形變化平緩,而電壓信號(hào)更便于識(shí)別。鑒于此,本文首先利用MATLAB/Simulink工具建立三相全控整流電路的仿真模型(如圖4所示,為方便起見(jiàn),觸發(fā)電路用PWM六脈沖發(fā)生器代替,而Demux與Mux模塊是為了便于模擬各個(gè)晶閘管的斷路故障。然后利用小波工具箱的GUI軟件平臺(tái),選取db3小波對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行6層分解。故障特征向量的提取方法不一,本文以各尺度分解系數(shù)的最大值為特征數(shù)據(jù)加以研究。具體來(lái)講,在小波分解尺度圖中,利用GUI平臺(tái)的統(tǒng)計(jì)功能(Statistics按鈕得出近似系數(shù)a6,細(xì)節(jié)系數(shù)d1、d2、d3、電氣技術(shù)2007年第1期32d4、d5、d6的最大值。為了提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算速度,將數(shù)據(jù)作歸一化處理,令PS=6221/21((6(iadi=+∑,則得出故障特征向量P=[a6/PSd1/PSd2/PSd3/PSd4/PSd5/PSd6/PS],作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入量。圖4裝置中整流電路仿真模型圖6BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立、訓(xùn)練與測(cè)試神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量的處理單元(神經(jīng)元互相連接而成的網(wǎng)絡(luò)。其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Back-PropagationNeuralNetwork是一種單向傳播的多層前向網(wǎng)絡(luò),包括輸入層、中間層(隱層與輸出層,上下層之間實(shí)現(xiàn)全連接,而每層神經(jīng)元之間無(wú)連接。當(dāng)一組學(xué)習(xí)樣本提供給網(wǎng)絡(luò)后,神經(jīng)元的激活值從輸入層經(jīng)各中間層向輸出層傳播,在輸出層的各神經(jīng)元處獲得網(wǎng)絡(luò)的輸入響應(yīng)。接著按照減少目標(biāo)輸出與實(shí)際誤差的方向,從輸出層經(jīng)過(guò)各中間層逐層修正各連接權(quán)值,最后回到輸入層,這就是所謂的“誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ā?即BP算法的原理。網(wǎng)絡(luò)的輸入層神經(jīng)元個(gè)數(shù)n1為7個(gè),輸出層神經(jīng)元個(gè)數(shù)6個(gè),隱含層神經(jīng)元個(gè)數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式為n2=2n1+1=15個(gè)。網(wǎng)絡(luò)的輸入向量范圍為[0,1],隱含層的傳遞函數(shù)采用S型正切函數(shù)tansig,輸出層傳遞函數(shù)采用S型對(duì)數(shù)函數(shù)logsig,剛好滿足網(wǎng)絡(luò)輸出模式為0-1的輸出要求。輸入向量P=[0.99990.01430.00610.00430.00260.00120.0008;0.99970.01940.00810.00650.00410.00.0014;············0.99970.01900.00940.00810.00520.00270.0018;0.99970.01790.00830.00780.00490.00240.0016]為22x7矩陣。目標(biāo)向量T=[001001;010001;010010……;101110]為22x6矩陣。注意:利用MATLAB編寫(xiě)m文件時(shí),為了使P陣與T陣維數(shù)匹配,需要對(duì)二者進(jìn)行轉(zhuǎn)置處理。網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過(guò)程是一個(gè)不斷修正權(quán)值和閾值的過(guò)程,通過(guò)調(diào)整,使得網(wǎng)絡(luò)的輸出誤差達(dá)到最小,滿足實(shí)際應(yīng)用的要求。訓(xùn)練函數(shù)trainlm是利用Levenberg-Marquardt算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練的,采用該函數(shù)并設(shè)置適當(dāng)?shù)挠?xùn)練次數(shù)與性能誤差,對(duì)已建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,結(jié)果如圖5:圖5BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果示意圖(下轉(zhuǎn)第36頁(yè)電氣技術(shù)多狀態(tài)指示燈3:讀Y5多狀態(tài)指示燈4:讀Y4多狀態(tài)指示燈5:讀S22多狀態(tài)指示燈6:讀S23多狀態(tài)指示燈7:讀Y7數(shù)值顯示1:讀D456結(jié)論P(yáng)LC對(duì)電子秤的數(shù)據(jù)采集具有簡(jiǎn)單、實(shí)用以及可靠的特點(diǎn),而觸摸屏可以有效的減少所需的PLC點(diǎn)數(shù)且能實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)控,提高控制效率,從而在成本較低的條件下實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子秤數(shù)據(jù)的采集和對(duì)機(jī)構(gòu)的控制。此方案成功應(yīng)用于汽車(chē)平衡塊整形分揀系統(tǒng)中,通過(guò)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,系統(tǒng)工作可靠穩(wěn)定,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)平衡塊的整形與分揀。參考文獻(xiàn)[1]董淑冷.PLC在自動(dòng)分揀系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)床與液壓.2005(5[2]張桂香,張志軍.PLC的選型與系統(tǒng)配置[J].微計(jì)算機(jī)信息(測(cè)控自動(dòng)化.2005,21(7[3]周青等.基于PLC和觸摸屏同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器[J].大眾用電.2005(6[4]邱公偉,趙立.PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其通信機(jī)制分析研究[J].化工自動(dòng)化及儀表.1997(6[5]顧敏.PLC上位機(jī)通信功能的二次開(kāi)發(fā)[J].電子與自動(dòng)化.1993(5[6]張崇智.PC與三菱FX2N型PLC串口通信的實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)床電器.2005(3[7]隋靜嬋,劉就女,段念.基于圖模型的高爐氣采樣仿真系統(tǒng)[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào).2005(47結(jié)論本文介紹了一種對(duì)三相橋式全控整流實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行智能診斷的方法,它利用小波分析的手段提取故障信息,使得故障類(lèi)型與模式編碼建立一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,并存儲(chǔ)在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中。與傳統(tǒng)的對(duì)晶閘管逐一檢測(cè)方法相比,它能夠快速、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)并定位故障,大大提高了裝置在實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行效率。作者簡(jiǎn)介李玉超(1982-:北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,在讀碩士研究生,電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)高沁翔:北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院副教授,研究生導(dǎo)師馮楠:北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院,在讀碩士研究生,電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)電氣技術(shù)2007年第1期36收稿日期:1999-10-25基金項(xiàng)目:教育部博士點(diǎn)基金資助項(xiàng)目(98069821作者簡(jiǎn)介:孫曉云(1971-,女,河北籍,河北科技大學(xué)講師,現(xiàn)于西安交通大學(xué)攻讀博士學(xué)位。小波變換在渦流無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用孫曉云1,陳德智2,劉東輝1,盛劍霓1(1.西安交通大學(xué),西安710049;2.華中理工大學(xué),武漢430074摘要:本文利用信號(hào)與噪聲在小波分析中不同尺度上的傳播特性,研究了小波技術(shù)在渦流無(wú)損檢測(cè)信號(hào)除噪中的應(yīng)用。作者通過(guò)對(duì)不同支撐板干擾信號(hào)的分析,找出了它的規(guī)律,提出了用小波多尺度邊緣檢測(cè)方法去除支撐板信號(hào)的新方法。結(jié)果表明,此方法與傳統(tǒng)的去除支撐板干擾信號(hào)方法相比,能極大地節(jié)省硬件資源,降低成本。關(guān)鍵詞:小波多尺度邊緣檢測(cè);渦流無(wú)損檢測(cè);支撐板信號(hào)中圖分類(lèi)號(hào):TM151文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-3076(200003-0060-05引言測(cè)量獲得的信號(hào)總是不可避免地含有噪聲和干擾。一般地,噪聲是指自然發(fā)生的,干擾是指由人為因素造成的[1],通?；\統(tǒng)地稱之為噪聲。要達(dá)到去噪的目的,必須要求信號(hào)和噪聲能按某種方法進(jìn)行分離。傳統(tǒng)的Fourier分析只能區(qū)分信號(hào)在頻域內(nèi)的差別,不能很有效地分析非平穩(wěn)信號(hào)。小波分析能同時(shí)利用信號(hào)與噪聲在時(shí)域和頻域內(nèi)的差別,可實(shí)現(xiàn)更為有效的信噪分離,從而獲得較為理想的除噪效果。本文應(yīng)用小波多尺度分析進(jìn)行去噪。在渦流無(wú)損檢測(cè)中,噪聲主要來(lái)源于以下幾部分:(1測(cè)量噪聲;(2探頭抖動(dòng)造成提離變化產(chǎn)生的干擾信號(hào);(3被測(cè)對(duì)象表面沉積物、支撐架等非缺陷因素產(chǎn)生的干擾信號(hào)。一般說(shuō)來(lái),測(cè)量噪聲主要是高頻成份,對(duì)應(yīng)著小的尺度;提離噪聲和表面沉積物、支撐架產(chǎn)生的信號(hào)主要是低頻成份,對(duì)應(yīng)著大的尺度;缺陷產(chǎn)生的信號(hào)介于二者之間,并有所交疊。這些先驗(yàn)的區(qū)別是我們把噪聲同信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)并加以濾除的基礎(chǔ)。1小波多尺度邊緣檢測(cè)的基本原理在信號(hào)處理中,曲線變化最快的點(diǎn)稱為信號(hào)的邊緣點(diǎn),它們往往刻畫(huà)了曲線最重要的特征。信號(hào)邊緣點(diǎn)對(duì)應(yīng)于信號(hào)一階導(dǎo)數(shù)的局部模極大值點(diǎn)或二階導(dǎo)數(shù)的過(guò)零點(diǎn)。由于直接求信號(hào)的一階或二階導(dǎo)數(shù)受噪聲的影響較大,通常是先對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑(即用一個(gè)所謂的“光滑函數(shù)”對(duì)信號(hào)進(jìn)行卷積,然后再進(jìn)行求導(dǎo)運(yùn)算。多尺度邊緣檢測(cè)是在不同尺度上對(duì)信號(hào)進(jìn)行平滑并求導(dǎo),然后由一階導(dǎo)數(shù)的局部模極大值點(diǎn)或二階導(dǎo)數(shù)的過(guò)零點(diǎn)確定信號(hào)的邊緣點(diǎn)。本文討論一階導(dǎo)數(shù)局部模極大值方法(即Canny算法。光滑函數(shù)是指積分為1而在無(wú)限遠(yuǎn)處衰減為0的任意函數(shù)(x。假定它是一階可導(dǎo)的,記其導(dǎo)函數(shù)為(x=d(xdx(1根據(jù)定義,∫∞-∞(xdx=0,因而可以視為一個(gè)小波。函數(shù)f(x在尺度s上對(duì)(x的小波變換為Wsf(x=f*s(x(2等價(jià)于Wsf(x=f*sdsdx(x=sddx(f*s(x(3可見(jiàn),小波變換Wsf(x就是信號(hào)在相應(yīng)尺度上被s(x光滑后的一階導(dǎo)數(shù),Wsf(x的局部模極大值對(duì)應(yīng)了信號(hào)在各個(gè)尺度上的邊緣點(diǎn)。取(x為4階中心B-樣條函數(shù),可以證明[2],其一階導(dǎo)數(shù)(x是一個(gè)二進(jìn)小波。在這種情況下可以對(duì)尺度s進(jìn)行二進(jìn)離散,即可以只用尺度s=2j,j=0,1,2,…上的小波變換W2jf(x完全恢復(fù)信號(hào)。以下為了方便,用Wjf(x代替W2jf(x表示函數(shù)f(x在尺度2j上的小波變換,用Sjf(x表示f(x在尺度2j上的光滑,即Wjf(x=f*2j(x(4Sjf(x=f*2j(x(5關(guān)于Wjf(x和Sjf(x有以下的快速分解算法[2]:Wdj+1f=Sdj*GjSdj+1f=Sdj*Hj(6式中,Wdjf(x和Sdjf(x分別表示對(duì)Wjf(x和Sjf(x的離散。G(k和H(k為濾波器系數(shù)。2測(cè)量噪聲小波變換下的特點(diǎn)及濾出方法2.1測(cè)量噪聲和信號(hào)在小波變換下的表現(xiàn)如下[3,4]:1測(cè)量噪聲幾乎是處處奇異的。在小波變換下,噪聲的平均幅值與尺度因子2j成反比,平均模極大值個(gè)數(shù)與2j成反比。即,噪聲的能量隨尺度的增大迅速減小。信號(hào)多數(shù)情況下光滑性要好一些,在較小的若干個(gè)尺度上,信號(hào)的小波變換隨尺度的增大幅值不會(huì)減小。2測(cè)量噪聲在不同尺度上的小波變換是高度不相關(guān)的。信號(hào)的小波變換則一般具有很強(qiáng)的相關(guān)性,相鄰尺度上的局部模極大值幾乎出現(xiàn)在相同的位置上,并且有相同的符號(hào)。圖1(a為實(shí)測(cè)渦流檢測(cè)電抗信號(hào),圖中,Y軸單位為。X軸表示采樣點(diǎn),無(wú)單位。它在小波變換下的行為如圖1(b所示。我們可以看到測(cè)量噪聲的能量主要集中于開(kāi)始的1~3個(gè)尺度上。信號(hào)的能量則存在于各個(gè)尺度上,但圖1(a管材的渦流檢測(cè)電抗信號(hào)圖1(b原始信號(hào)的小波分解曲線圖1(c去除測(cè)量噪聲的信號(hào)主要分布在第3個(gè)以后的尺度上。在不同的尺度之間,信號(hào)表現(xiàn)出很強(qiáng)的相關(guān)性,可以利用這一點(diǎn)判斷小尺度上哪些成分屬于有用的信號(hào),應(yīng)予以保留;哪些成分屬于噪聲,應(yīng)予以濾除。由于小波基函數(shù)的局部支撐性,能夠改變信號(hào)在某些點(diǎn)或某些段的值而不影響到其它部分,這是小波除噪比Fourier除噪更加靈活有效的原因。2.2測(cè)量噪聲的除噪方法小波除噪的原理是把帶有噪聲的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行小波分解,由于信號(hào)與測(cè)量噪聲在小波變換下的行為各不相同,二者可以被分離出來(lái);把那些屬于測(cè)量噪聲的小波系數(shù)置為0,剩余的部分進(jìn)行小波重構(gòu)得到?jīng)]有噪聲的信號(hào)。傳統(tǒng)的除噪技術(shù)大都是基于Fourier分析的。通常采用用于邊緣檢測(cè)的二進(jìn)小波,通過(guò)分析小波變換的模極大值進(jìn)行除噪[3,4]:1對(duì)帶有噪聲的信號(hào)進(jìn)行小波變換,提取所有的模極大值;2從某個(gè)較大的、被認(rèn)為是由信號(hào)控制的尺度開(kāi)始,沿尺度減小的順序,對(duì)模極大值進(jìn)行甄別:在相鄰尺度上,模極大值出現(xiàn)在相同或幾乎相同的位置上,符號(hào)相同且幅值不隨尺度增大而減小,就認(rèn)為是信號(hào),予以保留,否則就認(rèn)為是噪聲,予以濾除。3使用保留下來(lái)的模極大值進(jìn)行信號(hào)重構(gòu),得到除噪后的信號(hào)。圖1(c為除噪后的小波分解曲線。比較圖1(a和圖1(c可以看出,利用上述方法,可有效地去除測(cè)量噪聲。3支撐板干擾的特點(diǎn)及去除方法傳統(tǒng)的去除支撐板信號(hào)的方法是利用缺損信號(hào)和支撐板的干擾信號(hào)對(duì)探頭的反應(yīng)相互獨(dú)立,二者共同作用時(shí)的反應(yīng)為單獨(dú)作用時(shí)反應(yīng)的矢量相加的原理?，F(xiàn)在較多采用的方法為多頻渦流檢測(cè)。它的方法為通過(guò)改變檢測(cè)頻率,來(lái)改變渦流在被檢測(cè)材料中的大小和分布,使同一缺陷和干擾在不同頻率下對(duì)渦流產(chǎn)生不同的反應(yīng),通過(guò)矢量運(yùn)算,濾去干擾的影響,僅保留缺損信號(hào)。從上述方法中可看出,利用多頻檢測(cè)方法去除支撐板干擾,硬件會(huì)增加到原來(lái)的幾倍,造成成本增加,軟件復(fù)雜,調(diào)試?yán)щy等缺點(diǎn)。所以我們研究了在單頻檢測(cè)的情況下,支撐板信號(hào)在小波變換下的規(guī)律及去除方法。3.1支撐板信號(hào)的特點(diǎn)圖2(b為圖2(a支撐板信號(hào)小波分解下的前4個(gè)尺度上的信號(hào),圖中,gj是各級(jí)小波變換,橫坐標(biāo)n是采樣點(diǎn)序號(hào)。從圖中可以看出,支撐板信號(hào)與測(cè)量噪聲不同之處在于它是一低頻信號(hào),始終在各個(gè)尺度上存在,即圖中虛線所指位置。另外,隨尺度增大幅值幾乎不減小。也就是說(shuō),如果檢測(cè)信號(hào)與支撐板干擾并存,那么,用檢測(cè)測(cè)量噪聲的分析方法是分離不了有用信號(hào)和支撐板干擾的。這就需要先驗(yàn)知識(shí)。一般地,對(duì)于管材來(lái)說(shuō),支撐板可處于兩種位置,即支撐板存在于缺損的兩端,或者支撐板位于缺損的一側(cè)。所以我們?nèi)绻孪戎乐伟逅幬恢?在用小波分析含有支撐板干擾的信號(hào)時(shí),就可以去除各個(gè)圖2(a支撐板信號(hào)圖2(b支撐板信號(hào)的小波分解曲線尺度上的屬于支撐板模極大值位置處的值,即有效地去除支撐板信號(hào)。3.2支撐板信號(hào)的去除用小波方法去除支撐板信號(hào)的過(guò)程如下:在圖3(a所示信號(hào)中,我們知道支撐板信號(hào)位于缺損的兩端,如圖3(a中a,b所示。所以應(yīng)用小波邊緣檢測(cè)方法時(shí),我們?cè)谛〔ǚ纸獾妮^大的一個(gè)尺度上(本文中為第三個(gè)尺度,找出它的所有的局部模極大值,并且記下第一個(gè)和最后一個(gè)局部模極大值的位置,然后去除所有尺度上對(duì)應(yīng)于這兩個(gè)位置處的值,用剩余后的值再重構(gòu)即可。圖3(a含有支撐板干擾的信號(hào)圖3(b去除支撐板后的信號(hào)圖3(b為依此方法去除支撐板后的信號(hào)。注意,測(cè)量噪聲和支撐板干擾的最大不同之處在于,測(cè)量噪聲主要分布于前三個(gè)尺度上,所以在去除過(guò)程中只去除前三個(gè)尺度上的屬于測(cè)量噪聲的局部模極大值即可。而對(duì)于后者來(lái)說(shuō),因?yàn)橹伟逍盘?hào)存在于各個(gè)尺度上,所以我們應(yīng)去除所有尺度上屬于支撐板信號(hào)的局部模極大值。4結(jié)論本文研究了渦流無(wú)損檢測(cè)中用小波去除噪聲的方法。由于信號(hào)和噪聲干擾的豐富性與多樣性,所以作者在有效去除測(cè)量噪聲的基礎(chǔ)上,又研究了支撐板信號(hào)的特點(diǎn),結(jié)合先驗(yàn)知識(shí),提出了去除支撐板信號(hào)的新方法,對(duì)大量含有支撐板干擾的信號(hào)的分析結(jié)果表明,在降低硬件成本,簡(jiǎn)化調(diào)試,方便維護(hù)等方面,此方法均優(yōu)于傳統(tǒng)的去除支撐板干擾的方法。參考文獻(xiàn):[1]AB卡爾遜.通信系統(tǒng)—電子通信中信號(hào)與噪聲引論[M].卞卡中,朱世華譯.西安:西安交通大學(xué)出版社,1992.[2]MallatS,ZhongS.Characterizationofsig-nalsfrommultiscaleedges[J].IEEETrans.onPatternandMachineIntelligence,1992,14(7:710-732.[3]MallatS,HuangW.Singularitydetectionandprocessingwithwavelets[J].IEEETrans.onInformationTheory,1992,38(2:617-643.[4]王俊,陳逢時(shí),張守宏.一種利用子波變換多尺度分辨特性的信號(hào)除噪技術(shù)[J].信號(hào)處理,1996,12(2:105-109.UseofwavelettransformoneddycurrentnondestructivedetectionSUNXiao-yun1,CHENDe-zhi2,LIUDong-hui1,SHENGJian-ni1(1.Xi'anJiaotongUniversity,Xi'an710049,China;2.HuazhongScienceandTechnologyUniversity,Wuhan430074,ChinaAbstract:Basedonthecharacteristicsbetweensingularsignalandnoise,thispaperstudiedwaveletdenoisemethodforECTsignals.Afteranalyzingthesupportsignal,authorsfounditsregularity,andintroducedthenewmethodofremovingthesupportdisturbanceusingwaveletmulti-scaleedgedetectingtechnology.Theresultshowsthatthemethodisbetterthanthecurrentoneintherespectofhardwarecost.Keywords:waveletmulti-scaleedgedetecting;eddycurrentnondestructivedetecting;sup-portsignal下期目錄(部分參數(shù)在線跟蹤的直流傳動(dòng)雙神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考自適應(yīng)控制汪鐳,周?chē)?guó)興,…………吳啟迪一種可實(shí)現(xiàn)PFM和PWM及其自動(dòng)切換的數(shù)字控制電路鄭耀林,……洪健勵(lì)磁方式對(duì)多相勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性影響徐錦才,………陸億紅正弦波逆變電源抗偏磁電路的研究高軍,楊旭,……………………王兆安高壓SF6自能膨脹式斷路器無(wú)載開(kāi)斷過(guò)程中滅弧室內(nèi)氣流場(chǎng)的數(shù)值分析張俊民,榮命哲,……………王其平25Hz電源系統(tǒng)的研制謝力華,盧家林,蘇彥民,…………………等有源濾波器電流控制新方法曾江,倪以信,陳壽孫,…………等大容量PWM逆變器對(duì)交流電機(jī)的軸電壓和軸承電流的影響黃立培,…………………浦志勇氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備中局部放電的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)王建生,…………………邱毓昌一種三維網(wǎng)格全自動(dòng)生成的新方法欒茹,白保東,……………………刁芬雷電流自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)林云志,王新新,羅承沐,等………小波分析與傅里葉分析的比較及其在故障診斷中的應(yīng)用楊梅,張振文,孫宏強(qiáng),張永弟(河北科技大學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院,河北石家莊050054摘要:小波分析是傅里葉分析的發(fā)展與延拓。本文首先對(duì)小波分析與傅里葉分析的概念及特征進(jìn)行比較,然后簡(jiǎn)要論述了這兩種分析方法在故障診斷中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:小波分析;傅里葉分析;故障診斷中圖分類(lèi)號(hào):TP20613文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):167224984(2005022*******ThecomparisonofwaveletandfourieranalysisandtheirapplicationtofaultdiagnosisYANGMei,ZHANGZhen2wen,SUNHong2qiang,ZHANGYong2di(CollegeofMechanicalElectronicEngineering,HebeiUniversityofScienceandTechnology,Shijiazhuang050054,ChinaAbstract:Waveletanalysisdevelopsfromfourieranalysis1Thisarticlefirstcomparestheconceptionandthecharacterofwaveletanalysisandfourieranalysis,andthensimplydiscussthetwoanalysismeansintheuseoffaultdiagnosis1Keywords:Waveletanalysis;Fourieranalysis;Faultdiagnosis收稿日期:2004206208;收到修改稿日期:20042082241引言在故障診斷技術(shù)領(lǐng)域中,目前最為普遍的是利用快速傅里葉變換(FFT的頻域分析方法,這種方法雖然能夠分辨振動(dòng)信號(hào)在頻域中的位置與大小,但在對(duì)故障信號(hào)的非線性問(wèn)題及時(shí)-頻變化規(guī)律等方面的分析就顯得力不從心。小波分析是近幾年迅速發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科,是傅里葉分析思想方法的發(fā)展與延拓,是對(duì)一百多年來(lái)調(diào)合分析研究工具和方法的重大突破,應(yīng)用小波分析能將不同頻率組成的混合信號(hào)分解成不同頻率成份的塊信號(hào),可有效地進(jìn)行信噪分離、特征提取、故障診斷等。2小波分析與傅里葉(Fourier分析小波(Wavelet,即小區(qū)域的波,是一種特殊的長(zhǎng)度有限、平均值為零的波形[1]。任意能量有限函數(shù)f(t(即f(t∈L2(R的小波分析定義為以函數(shù)族Ψa,b=1aΨ(t-ba為積分核的積分變換:Wf(a,b=(WΨf(a,b=∫∞-∞f(tΨa,b(tdt=∫∞-∞f(t1aΨ(t-badt其中a是尺度因子,b是定位參數(shù),函數(shù)Ψa,b(t稱為小波,改變a值,對(duì)函數(shù)Ψ(t具有伸展(a>1或收縮(a<1的作用[2]。傅里葉分析的思想在于將一般的函數(shù)f(t表示為具有不同頻率的諧波函數(shù){eiωt|ω∈R}的線性疊加,從而將對(duì)原來(lái)的函數(shù)的研究轉(zhuǎn)化為對(duì)這個(gè)疊加的權(quán)系數(shù),即傅里葉變換^f(ω的研究。從實(shí)用的角度出發(fā),我們考慮傅里葉分析時(shí),通常是指傅里葉變換和傅里葉級(jí)數(shù)[3]。函數(shù)f(t∈L2(R的連續(xù)傅里葉變換定義為:^f(ω=∫+∞-∞e-iωtf(tdt^f(ω的傅利葉逆變換定義為:f(t=12π∫+∞-∞eiωt^f(ωdω3小波分析與傅里葉分析的比較小波分析源于信號(hào)分析中函數(shù)的伸縮和平移。它是傅里葉分析、Gabor分析、短時(shí)傅里葉分析發(fā)展的直接結(jié)果,是傅里葉分析思想方法的發(fā)展與延拓。它自產(chǎn)生以來(lái),就一直與傅里葉分析密切相關(guān),但不能代替傅利葉分析,二者是相輔相成的。兩者相比較主要有以下不同[4]:(1傅里葉變換的實(shí)質(zhì)是把能量有限信號(hào)f(t分解到以{eiωt}為正交基的空間上去;小波變換的實(shí)質(zhì)是把能量有限信號(hào)f(t分解到W-j(j=1,2,…,J和V-所構(gòu)成的空間上去。(2傅里葉分析的權(quán)系數(shù)只是頻率的函數(shù),而小第31卷第2期2005年3月中國(guó)測(cè)試技術(shù)CHINAMEASUREMENTTECHNOLOGYVol131No12Mar,2005波變換的權(quán)系數(shù)是頻率和時(shí)間的二元函數(shù)。(3小波變換將信號(hào)分解為對(duì)數(shù)中具有相同大小頻帶的集合,與加窗傅里葉變換相比:加窗傅里葉變換對(duì)不同的頻率分量,在時(shí)域中都取相同的窗寬,而小波變換的窗寬則是可調(diào)的,它在高頻時(shí)使用短窗口,而在低頻時(shí)則使用寬窗口,這充分體現(xiàn)了常相對(duì)帶寬頻率分析和自適應(yīng)分辨分析的思想。(4傅里葉變換離散化后即得按正交三角函數(shù)系展開(kāi)的傅利葉系數(shù);對(duì)于Gabor變換無(wú)論如何離散化均不可能存在這樣的正交基;但是,對(duì)于離散化的小波變換,仍然具有離散的正交基的優(yōu)良特性。(5傅里葉變換用到的基本函數(shù)只有sinωt,cosωt,exp(iωt,具有唯一性;小波分析用到的函數(shù)(即小波函數(shù)具有多樣性,用不同的小波基分析同一個(gè)問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。(6傅里葉變換采用FFT算法,其計(jì)算工作量為NlogN;小波變換采用FWT(Mallat算法,其計(jì)算工作量為O(N。(7傅里葉分析適合于漸變信號(hào)處理和實(shí)時(shí)信號(hào)處理,但不能敏感地反映信號(hào)的突變;小波分析適合于突變信號(hào)或具有孤立奇異性的函數(shù)的處理和自適應(yīng)信號(hào)處理,但其變換系數(shù)不具有對(duì)信號(hào)的平移不變性。因此,在處理漸變信號(hào)時(shí),小波分析不如傅里葉分析有效。(8小波展開(kāi)保留了傅里葉展開(kāi)的優(yōu)點(diǎn),且在時(shí)間上和頻率上都可進(jìn)行局部分析。同時(shí)由于Ψa,b(t是基本小波函數(shù)Ψ(t(或稱為母波經(jīng)平移和伸縮變換構(gòu)造的,因此頻譜分析仍可進(jìn)行,只是基波eit須用Ψ(t來(lái)代替。4傅里葉分析與小波分析在故障診斷中的應(yīng)用目前已有的故障診斷技術(shù),大都采用傅里葉變換進(jìn)行信號(hào)分析,但是傅里葉分析存在時(shí)域和頻域局部化的矛盾,缺乏空間局部性,而且傅里葉分析是以信號(hào)平穩(wěn)性假設(shè)為前提的,而大多數(shù)的控制系統(tǒng)的故障信號(hào)往往包含在瞬態(tài)信號(hào)及時(shí)變信號(hào)中。正因如此,基于傅里葉分析的信號(hào)處理方法只能提供響應(yīng)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果,很難在時(shí)域和頻域中同時(shí)得到非平穩(wěn)信號(hào)的全部和局部化結(jié)果,使非平穩(wěn)動(dòng)態(tài)信號(hào)分析難以達(dá)到令人滿意的程度。小波分析是一種全新的時(shí)-頻分析方法,它繼承了傅里葉分析用簡(jiǎn)諧函數(shù)作為基函數(shù)來(lái)逼近任意信號(hào)的思想,只不過(guò)小波分析的基函數(shù)是一系列尺度可變的函數(shù)。這使得小波分析具有良好的時(shí)-頻定位特性以及對(duì)信號(hào)的自適應(yīng)能力,故而能夠?qū)Ω鞣N時(shí)變信號(hào)進(jìn)行有效的分解,為控制系統(tǒng)故障診斷提供了新的、強(qiáng)有力的分析手段[5]。在對(duì)傅里葉分析和小波分析比較的基礎(chǔ)上,對(duì)采集到的齒輪裂紋故障振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析,電機(jī)轉(zhuǎn)速為420r/min,采樣頻率fs=1024Hz。圖1是采集的振動(dòng)加速度信號(hào)的時(shí)域波形,從圖上看不出該信號(hào)有何特征。圖2是該信號(hào)的基于FFT的自功率譜分析,因?yàn)榱鸭y的故障幅度不是很大,因而在圖上只能找到嚙合頻率fx(260Hz以及一階上邊頻a(250Hz,沒(méi)有辦法識(shí)別該齒輪裂紋的故障模式。圖3是該信號(hào)的基于Mexicanhat調(diào)制復(fù)小波的小波變換相位的功率譜。圖中在220~270Hz之間存在一段明顯譜線,即為嚙合頻率fx及其邊頻帶a~h。齒輪存在局部故障時(shí)的特征在邊頻帶結(jié)構(gòu)中清晰地反映了出來(lái)。同傳統(tǒng)的自功率譜方法相比較,基于復(fù)小波基函數(shù)的連續(xù)小波變換功率譜有較強(qiáng)的抗噪聲干擾能力。利用Mexicanhat調(diào)制復(fù)小波函數(shù)來(lái)分析齒輪局部故障振動(dòng)信號(hào),其連續(xù)小波變換相位的頻譜能夠突出包含著重要故障信息的邊頻帶結(jié)構(gòu),從而能夠有效地識(shí)別故障模式。5結(jié)束語(yǔ)小波方法是傅里葉分析思想方法的發(fā)展與延拓。雖然我們的實(shí)驗(yàn)證明了小波方法(下轉(zhuǎn)第61頁(yè)第31卷第2期楊梅等:小波分析與傅里葉分析的比較及其在故障診斷中的應(yīng)用59311光纖位移傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在此系統(tǒng)中采用的傳感器是反射式光強(qiáng)調(diào)制型光纖位移傳感器(RIM2FODS,RIM2FODS由發(fā)射光纖和接受光纖組成,利用被測(cè)物體與接收光纖相對(duì)位移變化時(shí),接收光纖接收到的物體表面反射回來(lái)的光強(qiáng)也隨之變化的現(xiàn)象,獲得物體位移量的大小。在實(shí)際應(yīng)用中,由于光源波動(dòng),環(huán)境溫度等影響,為了以較低的成本獲得穩(wěn)定的光源,采取了如圖3所示的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。光電二極管與發(fā)光二極管波長(zhǎng)相匹配。通過(guò)增加補(bǔ)償光纖束3,將接受光纖和補(bǔ)償光纖的輸出信號(hào)送差動(dòng)放大器兩端,可消除光源光功率的波動(dòng)以及光敏二極管的噪聲帶來(lái)的影響。312比值補(bǔ)償方法由于在實(shí)際測(cè)量時(shí),被測(cè)表面的反射率及光纖的微損耗等對(duì)測(cè)量結(jié)果都會(huì)有影響,所以建立傳輸特性的數(shù)學(xué)模型:V(X=I0K1K2KRF(X(1式中:V(X為輸出信號(hào);X為被測(cè)位移量;I0為發(fā)射信號(hào)強(qiáng)度;F(X為與位移X、光纖芯徑和數(shù)值孔徑有關(guān)的函數(shù);K為轉(zhuǎn)換系數(shù);K1為電路漂移系數(shù);K2為微彎損耗系數(shù);R代表被測(cè)表面反射率不同對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。在應(yīng)用前,先標(biāo)定出一條