水轮机状态检测复习课.ppt

电力设备状态检测与故障诊断华中科技大学水电与数字化工程学院《电力设备状态检测与故障诊断》复习题一、填空题1、“设备故障诊断学”是从学科的角度出发，深入研究工程设备的故障诊断的基本概念与基本体系，它对发展故障诊断技术起指导性作用。2、为了从不同的角度揭示故障机理，可以从宏观研究、表面层状态变化和微观研究三个层次上进行研究。3、系统的征兆是指对特征信号加以处理而提取出的、直接用于故障诊断的信息。4、故障及故障传播机理的分析表明，系统的故障具有层次性、相关性、延时性和不确定性四种特性。5、宏观研究把研究对象作为一个大系统，观察其出现故障的概率与时间的关系。6、信息熵表示信源输出每个消息或符号所提供的平均信息量，同时还表示信源输出消息前信源的平均不确定性。7、根据干扰力的不同形式，水轮发电机组的振动可分为水力振动、机械振动和电磁振动三类。8、信号的自相关函数在处取得最大值；如果有一周期分量，则有相同的周期分量。)(xR)(xR09、自相关函数收敛快慢在一定程度上反映了随机信号中所含各频率成分的多少，以及随机信号波形的平缓和陡峭程度；正弦信号的自相关函数不收敛，它只含单一频率成分；白噪声的自相关函数收敛最快，所含频率成分无限多。10、振动的电磁因素系指振动中的干扰力来自发电机电气部分的电磁力。引起电磁振动的主要因素有：转子绕组短路、空气间隙不均匀等。11、傅里叶变换的一个重要性质是信号的时域与频域呈信号的时域与频域呈采样（离散）与重复（周期）关系。1、在学习前苏联发电设备管理和检修经验的基础上，根据我国电力工业的特点和《发电厂检修规程》，长期以来我国水电设备的检修都是贯彻预防为主的方针，采取C的检修模式。A、改善维修;B、事后维修;二、选择题C、计划检修;D、状态检修;B、状态监测和故障诊断所提供的信息，经过统计分析和数据处理，来判断和预测设备的劣化程度；C、先天性缺陷或频发故障，对设备的局部结构或零件的设计加以改进；2、状态检修是根据设备的B，而采取的维修措施。A、磨损、疲劳及老化等劣化规律，事先确定修理类别，修理周期及修理工作量；D、性能降低到合格水平以下。C、D、3、倒频谱（Cepstrum）分析也称为二次频谱分析，是近代信号处理科学中的一项新技术，是检测复杂谱图中周期分量的有用工具。在语言分析中语音音调的测定、机械振动中故障监测和诊断等方面均得到广泛的应用。倒频谱在工程中的数学描述为C。A、B、deRSjx)(21)(0)(dffSfMxnn)}({log)()(fSFqCqCxpa2)}({log)(fSFqCxpA、经济性；B、运行成本；C、投资；D、可靠性；4、发电与发电设备的D在水电站运行中是最为重要的。这是由于发电设备故障而导致的发电中断或设备损坏，将会对国民经济建设造成巨大的损失。1、简述目前设备的四种主要维修方式及其特点；答：目前设备维修主要改善维修、事后维修、计划检修和状态检修四种维修方式。这四种维修方式分别针对不同特点的设备。同时，这四种维修方式又分别代表了不同的设备维修思想和设备维修技术水平。其中：（1）改善维修是为了消除设备的先天性缺陷或频发故障，对设备的局部结构或零件的设计加以改进，并结合修理进行改装，以提高设备的可靠性和维修性的措施。（2）事后维修是当设备发生故障，或性能、精度降低到合格水平以下时所进行的非计划性修理。适用于非重点设备、简单和低值设备、利用率低或有备用的设备，以及即使故障停机也不致影响生产的设备。三、简述题（3）计划检修是一种以时间为基础的预防维修方式，它具有对设备进行周期性修理的特点，即是根据设备的磨损、疲劳及老化等劣化规律，事先确定修理类别，修理周期及修理工作量，预计所需的备件和材料，可作较长时间的安排，而修理计划则按设备的实际开动时数编制。这种维修方式适用于能掌握设备劣化规律和平时难以停机进行维修的生产设备。（3）状态检修是一种以设备技术状态为基础的预防维修方式。它根据设备的状态监测和故障诊断所提供的信息，经过统计分析和数据处理，来判断设备的劣化程度，并在故障发生前有计划地进行适当的维修。由于这种维修方式不仅能保证设备经常处于良好的技术状态，而且还能充分利用零件的寿命，因此这是一种经济合理，值得提倡的维修方式。2、简述发展状态监测与故障诊断技术的意义；答：发展状态检修技术的意义有以下几个方面：（1）提高设备的管理水平现代科学技术和现代化管理是提高经济效益的决定性因素，对提高企业经济效益，推动国民经济持续、稳定、协调发展，有着极其重要的意义。实现电力设备的状态检修是提高电力系统运行管理水平的一个重要组成部分。（2）提高设备的可靠性，避免重大事故的发生发电设备的可靠性在发电厂运行中是最为重要的。由于电力设备故障而导致的电力中断或设备损坏，将会对国民经济建设造成巨大的损失。发展状态检修技术可以有效提高发电设备的可靠性，（3）可以获得巨大的经济效益和社会效益一旦发电设备发生故障，就可能会迫使生产中断，停止供电，带来巨大的经济损失。由于状态检修可以准确掌握设备状态，预测设备故障发生、发展的趋势，因而对状态尚好的设备，可以有根据地适当延长检修周期；对状态不太好的设备，可以积极主动地采取有效的维护措施，最大限度地使其正常运行，充分发挥设备的运行能力。（4）能够有效地减少设备的维修费用由于状态检修强调的是把故障发现并消灭在萌芽状态，因而，此时需要采取的检修工作往往比故障真正出现后所需的检修工作简单并且低廉，从而可以大大降低检修成本。3、简述设备故障的四种特性；答：故障及故障传播机理的分析表明，设备的故障具有层次性、相关性、延时性和不确定性四种特性：（1）层次性系统自身的纵向层次性决定了系统故障的层次性，这一特性为电力设备这一复杂系统的故障诊断提供了层次诊断策略与层次诊断模型，它可将复杂诊断问题分解为简单问题来求解。（2）相关性相关性是系统故障的“横向性”，它是由系统各元素所决定的。当一个元素或联系发生故障后，势必导致同它相联的元素或联系亦发生故障，这就带来了同一层次系统中多个故障同时存在的现实。（3）延时性故障的传播机理表明，从原发性故障到系统级故障的发生、发展与形成，是一个由量变到质变的过程。这表明，故障具有时间性，这一特性提供了一个极为重要的事实，即故障可以预测，也可以早期诊断，从而达到“防患于未然”的目的。（4）不确定性引起系统故障不确定的因素有以下三个方面：系统的元素特性与联系特性的不确定性、故障检测与分析装置特性的不确定性和系统、元素及联系的状态描述方法与工作环境的不确定性。4、目前设备故障诊断基本方法的分类有几种？主要有哪几种类型？答：设备故障诊断的基本方法可按不同的观点来分类：按诊断的难易程度分类，可分为简易诊断与精密诊断。按诊断的测试方法分类，可分为：直接观察法、振动诊断法、无损检测法、温度诊断法、噪声测定法和性能测定法。5、发电设备故障的振动诊断方法主要有：信号的幅值域、时间域和频率域的分析方法。简述频率域分析方法的基本原理和特点。答：由于设备故障的发生、发展时都会引起频率结构的变化，因此，频域分析是故障诊断中用得最广泛的信号处理方法之一。频域分析还研究系统的传递特性、系统的输入与输出关系，这可以帮助我们了解系统的固有特性以及故障源的信息如何传递变化等。频域分析的基础是频谱分析（如：功率谱密度函数分析），即应用傅里叶积分变换理论，分析动态信号的幅值、相位、功率和能量随频率的变化关系。6、设备故障诊断包括哪几个方面的内容？答：设备故障诊断的基本内容包括：状态检测、征兆提取、状态识别（故障诊断）、状态分析和维修决策。其中：征兆提取是通过合适的征兆提取手段从特征信号中提取有关状态的征兆，要求所有征兆都是能够准确反映故障源存在的有效信息的表达形式。征兆信号是诊断决策的依据。状态检测是对设备的工作状态采用各种监测仪表实时进行监测，以便得到能反映电力设备运行状态的参数，获取大量的设备运行状态信息作为故障诊断的基础信息。状态识别是根据所提供的能反映设备运行状态的征兆或特征参数的变化情况，采用合适的状态识别方法从特征推理中识别设备状态是否正常，或存在故障，并诊断故障的性质和程度、产生原因或发生部位。维修决策是当分析诊断出电力设备存在异常状态，即存在故障时，就其原因、部位和危险程度进行研究和决定其治理修正和预防的办法。状态分析是采用合适的状态分析方法从征兆与状态推理而识别出有关状态的发展趋势。其中包括故障的早期诊断、故障预测以及设备的性能和故障发展趋势预测。7、简述信息熵表达式的意义信息熵表示信源输出每个消息或符号所提供的平均信息量；信息熵还表示了信源输出消息前信源的平均不确定性。答：信息熵(亦称为申农熵)的表达式为niiiniiinxIpppppHXH111)(log),...,()()1(1niip且8、周期信号频谱有那些特征？答：周期信号可以分解为一系列的简谐波之和。这些谐波的频率分别为一个基频的倍频。因而其频谱以为间隔离散取值。)()(1nTtxtx11/2T9、简述周期信号频谱和非周期信号频谱的区别。答：周期信号的频谱是离散的，当周期T趋于无穷大时，周期函数变成了非周期函数，其频谱将在上连续取值，即一个非周期函数将包含所有的频率成分。111、什么是泄漏？为什么会产生泄漏？答：原来的信号被截断以后，其频谱发生了畸变，原来集中在处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这种现象称之为泄漏。10、信号是否为周期信号？若是周期信号，求其周期，并用公式求其平均值和均方值。)2sin()(ttx答：周期信号的频谱是离散的，当周期T趋于无穷大时，周期函数变成了非周期函数，其频谱将在上连续取值，即一个非周期函数将包含所有的频率成分。13、什么是泄漏？为什么会产生泄漏？答：原来的信号被截断以后，其频谱发生了畸变，原来集中在处的能量被分散到两个较宽的频带中去了，这种现象称之为泄漏。12、什么是栅栏效应？如何减少栅栏效应的影响？答：频域采样以后，只能获得采样点的频率成分，其余的频率成分一概被舍去，这就如透过栅栏观赏光景，只能看到一部分，就可能使一部分有用的频率成分被漏掉，而丢掉了那部分有用信息，此种现象称为栅栏效应。可以通过减小频域采样间隔类来减少栅栏效应。14、按照振动的力学特性分类，可将机械振动分为哪三种类型？答：可以分为自由振动、强迫振动和自激振动三种类型。15、确定性振动的三个基本要素是什么？答：构成一个确定性振动有三个基本要素，即振幅A、频率f（或）和相位。16、强迫振动和自激振动各有什么特点？答：强迫振动的特点是：（1）物体在简谐力作用下产生的强迫振动也是简谐振动，其稳态响应频率与激励力频率相等；（2）振幅B的大小除与激励力大小成正比、与刚度成反比外，还与频率比、阻尼比有关。自激振动的特点是：（1）自激振动具有随机性；（2）当系统存在非线性阻尼元件、非线性刚度元件时，将引发自激振动；（3）自激振动频率与转速不成比例，一般低于转子工作频率；（4）自激振动的波形在暂态阶段有较大的随机振动成分；而在稳态时，波形是规则的周期振动。17、转子-轴承系统的稳定性是指什么？答：是指转子在受到某种小扰动后能否随时间推移而恢复到原来平衡状态的能力。如果扰动的响应随时间增加而消失，则转子系统是稳定的，否则不稳定。18、发动机转子绕组异常引起的电磁振动有哪些特征？答：发动机转子绕组异常引起电磁振动的特征是：当接入励磁电流时就发生振动，励磁电流增加，振动也增大；去掉励磁后，振动即行消失。19、发动机组转子不平衡故障的特征是什么？答：不平衡故障的特征是，振幅是随转速变化而变化，转动角速度升高，振幅就增大。当转动角速度接近临界值时，振幅剧烈增大产生共振；当转动角速度下降时，振幅也下降。20、发电机组油膜涡动与油膜振荡的振动特点是什么？答：（1）油膜涡动的轴心轨迹是由基频与半速涡动频率叠加而成的双椭圆，波形幅度较稳定；（2）油膜振荡是自激振荡，维持振动的能量是转轴在旋转中提供的，具有惯性效应。由于有失稳趋势，导致摩擦与碰撞