直流系统典型故障分析与对策

直流系统典型故障分析与对策（精选8篇）

篇1：直流系统典型故障分析与对策

直流系统典型故障分析与对策

设备工程部 张建全

【摘要】本文介绍了直流系统的常见配置、绝缘监察装置的原理和数学模型，针对发电厂直流系统的接地、交流窜入直流、寄生回路等典型故障，分析了不同故障产生的原因及分析方法，总结了应对直流系统典型故障的对策，以期为设计、检修及维护人员的直流改造、设备验收、故障消除等工作提供一定的参考。

【关键词】直流系统 直流接地 交流串入直流 寄生回路 引言

直流系统作为电力系统的重要组成部分，为一些重要负荷、继电保护及自动装置、交流不停电电源（UPS）、远动通讯装置、控制及信号回路提供稳定可靠地工作电源。发电厂直流系统所接设备多、回路复杂，常因回路设计不完善、误接线、元件生产工艺落后以及在长期运行中环境的改变、气候的变化引起的电缆及接头老化等问题，不可避免的会出现直流接地、交流串入直流、不同直流系统间形成寄生回路等故障，这些故障不仅会造成直流电源的短路、引起熔断器熔断或电源开关断开，使电力设备失去控制电源；甚至会引起信号装置、继电保护及自动装置、断路器的误动或拒动，引发电力系统故障乃至事故，从而对发电厂、电网的安全稳定运行构成威胁。因此关于直流系统的可靠性与安全性以及如何迅速有效的解决故障等问题，得到了研究、设计、检修及维护人员的广泛关注。2 直流系统的配置、绝缘监察原理和数学模型 2.1 直流系统的常见配置

直流系统的常见配置如图1所示。直流系统由两个子系统构成，每个子系统都有独立的充电机、蓄电池组和绝缘监察装置。两个直流子系统通过直流分电屏分别提供两组直流母线KM1（控制母线电源1）、BM1(保护母线电源1)和KM2（控制母线电源2）、BM2(保护母线电源2)。将保护装置的直流电源与操作控制的直流电源分开，以保证双重化配置的两套保护的直流电源、两个控制回路的控制电源相互独立[1]。

图1 直流系统的配置

2.2 绝缘监察装置的原理和数学模型

直流绝缘监察装置的原理如图2所示，虚线内为主机内部分，主机检测正、负母线对地电压，通过对地电压计算出正负母线对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，装置报警。

图2 直流绝缘监察装置原理

其中，R+为直流正母线对地电阻值，R-为直流负母线对地电阻值，V1为直流正母线对地电压值，V2为直流负母线对地电压值，R1、R2为装置内设定电阻，R1=R2，数学模型如下：

当K1闭合，K2打开，测得一组V1,V2实际数值，得出方程（1）

V1/V2=（R1//R+）/R-（1）

当K1断开，K2闭合，测得一组V1’,V2’实际数值，得出方程（2）

V1’/V2’=R+/（R2//R-）（2）联立方程（1）、（2）即可求得正、负母线的对地电阻值R+、R-，当计算值R+、R-低于设定值时，装置报出正、负接地告警信号。3 直流系统典型故障及分析 3.1 直流系统接地

直流系统接地故障因其发生率高、危害性大而成为发电厂电气维护工作中的一个顽疾。在丰润热电公司两台机组运行5年发现的电气二次缺陷中，直流系统接地故障占有很大的比例。仅2011年涉及直流接地故障就有5次之多。

当直流系统发生一点金属性接地时，因其不能形成回路，不会产生短路电流，故不会影响设备继续运行，但是必须及时消除。否则，再发生另一点金属性接地，就有可能构成接地短路，造成继电保护、信号、自动装置误动或拒动；造成直流保险熔断，使继电保护及自动装置、控制回路失去电源，从而引发电力系统严重故障乃至事故[2]。

3.1.1直流正极两点接地导致误动

直流正极两点接地有使继电保护及自动装置、断路器线圈误动的可能，如图3所示，若A、B两点接地，则KA1、KA2的接点被短接，KM将误动跳闸。若A、C两点接地，则KM接点被短接从而引起相关开关误跳闸。同理，正极两点接地还可能造成误合闸，误报信号。

图3 直流系统接地情况图

3.1.2直流负极两点接地导致拒动

直流负极两点接地有使继电保护及自动装置、断路器线圈拒动的可能，如图3所示，若B、E两点地，则KM线圈被短接，保护动作时KM线圈不动作，开关不会跳闸。若D、E两点接地，则LT线圈被短接，保护动作及操作时开关拒跳。同理，负极两点接地开关也可能合不上闸，信号不能报出。3.1.3正负极两点接地引起熔丝熔断

当直流正负极两端两点接地时，如图3所示，当A、E两点接地时，将引起熔丝熔断。当B、E和C、E两点接地,保护又动作时，不但断路器拒跳，而且熔丝会熔断、可能烧坏继电器的触点[3]。3.2 交流串入及耦合电容对直流系统的影响

在电厂、变电站现场除了直流回路外，还存在着大量而广泛的交流回路，例如照明及墙壁电源、低压电动机交流控制、电压互感器以及电流互感器二次回路等。由于他们的一端是连接大地的，这些回路与直流回路串电时，不仅导致直流系统接地[4]，甚至引起保护及自动装置的误动作。

2010年6月丰润热电公司1号机机炉PC A段进线等三个进线开关跳闸，跳闸前DCS系统检测到直流负母线发生过接地故障。经检查发现某端子箱内交、直流相邻端子有短接烧黑痕迹，确定因此发生了220V交流电串入直流负端。直流负端串入交流电压后，DIC对DI的电位某些时刻超过动作电压值，同时因为DI端存在的耦合电容导致DI端的电位不能发生突变（电容特性），导致DI的两端存在大于动作值的电位差，测控装置检测到DI动作，开关发生跳闸。

图4 模拟实验原理图

我们对相关测控装置进行了交流串入直流的模拟实验，原理如图4所示，K1、K2、R1、R2为绝缘检查装置内部元件，监察原理如2.2所述，在控制回路负端加入交流220V电压，当耦合电容达到0.4μF时，光耦发生了偏转。

从而可以得出结论：因控制线路教长而存在耦合电容，当耦合电容达到一定量时，若发生直流负极接地或负极串入交流电源信号时将导致光耦电路产生电平变位。同理若直流正极或外部分闸接点下口线路发生交流串入，风险等同。3.2 寄生回路造成接地假象

2013年8月，丰润热电公司I、II段两独立直流系统的绝缘监察装置同时报警，I段母线发负接地信号,I号绝缘监察装置显示正母线对地电压为230V，负母线对地电压0V；II段母线发正接地信号,II号绝缘监察装置显示正母线对地电压为0V，负母线对地电压-230V。同时启备变B套保护装置告警。经查在B套保护装置的操作箱内“显示与复归”板件端子焊点处有短路烧黑痕迹。其板件原理图如图5所示，板件元件布置情况如图6所示。

图5 显示与复归原理图

图6 板件实际布置图

因板件焊点9J1ac4和焊点9J1ac5在板件上的距离接近，制造工艺不良，再加上环境变化及积尘的影响导致了两个焊点间的短路。从而形成寄生回路将II段直流正电与I段直流负电短接。两段直流短接后形成了一个端电压为460V的电池组，中点对地电压为零，又因为每组直流系统的绝缘监察装置均有一个接地点（原理见2.2），短路后直流系统中存在两个接地点。所以II段直流系统的绝缘监察装置判断为正极接地，I段直流系统的绝缘监察装置判断为负极接地。4 直流系统典型故障相应对策

鉴于直流系统的重要性、故障造成的危害性以及现场环境的复杂性，如何将风险降至最低，如何将缺陷消除于萌芽，如何迅速有效的解决故障成为继电保护设计、制造和检修维护人员紧迫问题。为此，本文针对上述直流系统典型故障进行分析并总结相应对策，已期能够为相关人员提供一定的参考。

（1）对于运行环境复杂、环境恶略的场所的直流电缆，在设计、建设施工期间的电缆选型应考虑足够的备用芯，检修维护人员可利用设备停修的机会，对直流回路进行绝缘测试做好记录，并进行劣化分析。对于绝缘水平低，或出现接地芯线时可及时更换。当直流系统发生一点接地故障时，虽不至引起危害，但必须及时消除，以免发生两点接地给系统造成影响。对于直流系统接地故障的查找方法和注意事项可参见相关规程，本文不再赘述。

（2）为避免交流串入直流的影响，应在端子箱或屏柜端子处将交流端子做明显的标识，并与直流端子以明显距离隔开。同时直流回路继电器与交流继电器、接触器、小开关等设备保持相当的距离，以免交流回路的电压切换中产生电弧将交流电压引入直流回路[2]。为避免直流长线路耦合电容的影响，可在控制回路，特别是跳合闸出口回路加装大功率的重动继电器。

（3）对于设备数量多、回路复杂的发电厂直流系统，由于输煤、除灰、废水等辅助系统的工况和环境恶略，建议将这些辅助系统的直流电源与主系统的直流电源分开布置，以提高主系统运行的可靠性。

（4）为防止出现寄生回路并造成影响，除了在直流回路的设计、改造、施工、验收中严格审核把关外，还可以在定期检验过程中以测量两组独立的直流系统之间的绝缘的方法进行检验。对于板件内回路应尽可能采用弱电源设计，且两组不同的直流回路之间应留有足够的绝缘距离，提高制造工艺，以防焊点接近虚接而形成寄生回路。

（5）加强日常巡检及特巡力度、保持电缆沟排水通畅，定期清扫灰、粉尘、检查接线端子发热情况，二次回路退出运行或多余的电缆头应包扎好，工作完毕注意清理现场勿将金属零件遗留屏内，保持好设备的运行环境。

参考文献

[1]甘景福 直流系统间的寄生回路造成的直流接地假象 华北电力技术 2004.2 41-42； [2]谭重伟，梅俊，欧阳德刚 500kV变电站直流系统故障分析与应对措施 湖北电力2006，30（6），9-11；

[3]毛锦庆，等。电力系统继电保护实用技术问答 中国电力出版社，1999；

[4]余育金 变电站直流系统接地故障分析、查找及处理 广西电业 2007.1（82）90-91；

篇2：直流系统典型故障分析与对策

DCS在国内大型火力发电机组上应用始于上世纪八十年代后期，到目前为止只有十几年的运行经验。华能国际电力股份有限公司整套引进350MW机组，投资建设的南通、上安、大连、福州电厂是国内最早应用DCS的电厂。

随着火力发电机组自动化水平的不断提高，单元机组DCS系统的功能范围不断扩大。近两年新建和改造机组的单元控制室内除用于紧急停机、停炉用的后备手操外，其余操作全部依赖于DCS。因而，由于DCS本身故障引起的跳机现象时有发生。所以，如何提高DCS的可靠性作为一个重要课题摆在了从事热工自动化工作的各位人士的面前。

由于工作关系，有机会到过三十多家火电厂收资、交流或验收，接触到应用DCS的100～700MW单元机组近八十台，几乎覆盖了国内应用过的所有类型的DCS，对各种类型的DCS发生的故障有较多的了解，无论是进口DCS，还是国产DCS，尽管在原理、结构上迥异，包含的子系统也不一样多，但都或多或少地出现过一些相类似的故障，通过对典型故障进行深入细致地分析，找出故障的真正原因，举一反三，制定出防范措施，并正确地实施，可以很好地防止此类DCS故障的重复发生。本文列举了几个典型的DCS故障案例，供从事热工技术管理及检修人员参考。

二、案例一 控制器重启引发机组跳闸 2.1 事件经过

2001年11月1日，A电厂4号机组停机前有功负荷270MW，无功96MVar，A、B励磁调节器自动并列运行，手动50Hz柜跟踪备用。

14时26分，事故音响发出，发电机出口开关、励磁开关跳闸，“调节器A柜退出运行”、“调节器B柜退出运行”等报警信号发出，机组解列。对ECS控制系统检查、试验，发现#14控制器发生故障已离线，与之冗余的＃34控制器发生重启，更换了#14和＃34控制器主机板后，机组重新启动，不久，发变组与系统并列。2.2原因分析

根据历时数据分析，13时31分，#14控制器硬件故障而离线运行，热备用的#34控制器自动由辅控切为主控。14时26分，#34控制器由于通讯阻塞引起“WATCHDOG”误判断，致使控制器重启。由于控制器控制励磁调节器的方式为长信号，没有断点保护功能，#34控制器重启后，不能自动回到断点前的状态，导致A、B调节器自动退出运行，手动50Hz柜自动投入。由于发电机失磁，发电机端电压下降，导致厂用电源电压降低，手动50Hz柜输出电压继续降低，手动50Hz柜投入后发电机没有脱离失磁状态，直至切除励磁装臵，造成发电机失磁保护动作，发电机出口开关跳闸。#14控制器和#34控制器控制发变组设备，包括厂用电切换的备自投继电器接点BK，#34控制器重启后，BK自动复位，继电器接点断开，BK投到退出位臵，造成6KV电源开关6410、6420开关自投不成功。2.3防范措施

2.3.1将故障控制器更换。后来制造厂确认这一批主板晶振存在问题，同意免费更换，利用停机机会更换4号机组所有控制器主板。

2.3.2增加任一控制器、I/O卡、通讯卡离线报警功能。2.3.3程序内部“WATCHDOG”的时间设臵太短，易造成误判断，对所有控制器进行软件升级。

2.3.4调节器AQK、BQK方式开关和厂用电备自投BK开关组态图增加断点保护功能，防止控制器自启动后，励磁调节器和厂用电自投开关退出运行。

2.3.5检查ECS系统的所有组态，对存在以上问题的逻辑进行修改。

2.3.6联系调节器厂家，使调节器内部可以作到运行状态自保持，将控制器控制调节器的方式改为短脉冲信号控制。2.6.7在ECS内增加手动50Hz柜输出电压自动跟踪功能。

三、案例二在线传代码致使机组解列 3.1事件经过 2002年7月12日，B电厂＃5机组监盘人员发现机组负荷从552MW迅速下降，主汽压力突升，汽轮机调门开度，由原来的20%关闭到10%并继续关闭，高调门继续迅速关闭至0%，机组负荷降低至5MW，运行人员被迫手动紧急停炉，汽轮机跳闸，发电机解列。3.2原因分析

DCS与汽轮机控制系统分别由两家国外公司制造，两系统差异较大，通讯问题没有很好地解决，存在一些难以消除的缺陷。热控人员在DCS工程师站上向负责DCS与汽轮机控制系统通讯的PLC传送通讯代码时，DCS将汽轮机阀位限制由正常运行中的120%修改为0.25%，造成汽机1、2、3号调门由20%关闭至0%，机组负荷由552MW迅速降至5MW。3.3 防范措施

3.3.1机组运行期间，禁止DCS传代码工作。

3.3.2机组停运期间，DCS传代码时，应经运行班长同意，并做好安全措施。

3.3.2将DCS操作员站对汽轮机控制系统操作员站画面进行操作的功能闭锁，但在DCS操作员站上仍能监视到汽轮机控制系统的信息。

四、案例三 DCS工作站时钟混乱引发DCS失灵 4.1事件经过： 2001年 8月3日，C电厂2号机组负荷200MW，#1至#9控制器处于控制方式，#51至#59控制器处于备用方式。8时23分，各控制器依次发NTP报警，历史站报警窗口显示如下： Aug 3 08：

3：

drop7

＜

7＞

NTP

：too many recvbufs allocated（30）Aug 3 08：

：

drop4

＜

＞

NTP

：too many recvbufs allocated（30）………

8时26分，#2控制器脱网，#52控制器切为主控；11时05分，#52控制器脱网；13时39分，#7控制器脱网，#57控制器切为主控，在#7控制器向#57控制器切换瞬间，由该控制器控制的A、B磨煤机跳闸；15时11分，#9控制器脱网，#59控制器切为主控，在#9控制器向#59控制器切换瞬间，由该控制器控制的E磨煤机跳闸；15时51分，#1控制器脱网，#51控制器切为主控，在#1控制器向#51控制器切换瞬间，由该控制器控制的A引风机动叶被强制关闭。

15时22分，重启操作员站drop213（备用时钟站），NTP报警未消失；15时35分，重启历史站，NTP报警未消失；15时59分，重启工程师站（主时钟站），NTP报警基本消失；16时09分，重启历史站，16时30分，系统恢复正常。4.2原因分析

NTP软件的作用就是维持网络时钟的统一，主时钟设臵在工程师站上，备用时钟设臵在操作员站上。控制器脱网原因为主时钟与备用时钟不同步造成系统时钟紊乱，从而造成NTP报警导致控制器脱网。

NTP故障的原因有两种可能，一种是主频为400MHz工作站，不同于1号机组的270MHz(SUN公司在400MHz工作站上对操作系统有较大改进)工作站，2号机组所用的1.1版本软件在400MHz工作站上未测试过，不能确保1.1版本软件在此配臵上不出问题。另一种是主时钟与备用时钟不同步，在8月3日控制器脱网后，曾发现Drop214的时钟比其它站快了2秒, 当时Drop214的画面调用速度较慢，经重启后正常，并且NTP时钟报警是在系统运行73-75天左右才出现的，估计是系统时钟偏差积累到一定程度后导致主、备时钟不同步，而引起系统时钟紊乱，最终导致控制器脱网。

NTP时钟故障使控制器脱网，处理不及时会使报警的控制器依次脱网，从而导致整个控制系统瘫痪。4.3防范措施

4.3.1根据本次故障现象，制造商将软件由1.1版本升级为1.2版本。

4.3.2为确保控制系统可靠运行，定期重启主时钟和备用时钟站。4.4 D电厂5号机组在2002年试运期间曾发生DCS时钟与GPS时钟不同步，引发DCS操作员站失灵事件。由于网 上传送的数据均带时间标签，时钟紊乱后会给运行机组带来严重后果，基本情况与C电厂2号机组类似。采取的措施是暂时断开GPS时钟，待软件升级和问题得到根本解决后，再恢复GPS时钟。

五、案例四 CABLETRON集线器总通讯板故障导致MFT误动 5.1事件经过

2002年 1月1日，E电厂1号机组负荷250MW，#51至#59控制器处于控制方式，#1至#9控制器处于备用方式，A、B、C、E、F磨煤机运行。18时57分，所有磨煤机跳闸（直吹炉），MFT动作，机组跳闸。5.2原因分析

经分析，确认是DCS集线器的总通讯板故障，导致连在其上的所有控制器同时发生切换，在控制器向备用控制器切换过程中，#

57、#

58、#59控制器PK键信号误发（这三个控制器属FSSS系统），即CRT上“磨煤机跳闸按钮”的跳闸和确认指令同时发出，使所有磨煤机跳闸，导致MFT动作。5.3防范措施

CABLETRON集线器属于早期产品，目前在市场上购买备件已比较困难，采用CISCO集线器来取代CABLETRON集线器。

六、案例五 冗余控制器失灵造成机组跳闸 6.1事件经过

2003年3月23日，F电厂＃3机组停机前电负荷115MW，炉侧主汽压9.55MPa，主汽温537℃，主给水调节门开度43%，旁路给水调节门开度47%（每一条给水管道均能满足100%负荷的供水），汽包水位正常；其它各参数无异常变化。

监盘人员发现锅炉侧部分参数显示异常，各项操作均不能进行，同时炉侧CRT画面显示各项自动已处于解除状态。调自检画面发现#3控制器离线，#23控制器处于主控状态。运行人员立即联系热工人员处理，同时借助汽机侧CRT画面监视主汽压、主汽温，并对汽包电接点水位计和水位TV加强监视，主汽压在9.0～9.6MPa波动、主汽温在510～540℃波动、汽包水位在+75～-50mm波动，维持运行。

几分钟后，热工人员赶到现场，发现#3控制器离线、#23控制器为主控状态，但#23控制器主控下的I/O点（汽包水位、主汽温、主汽压、给水压力、等）均为坏点，自动控制手操失灵。经过多次重启，#3控制器恢复升为主控状态。在释放强制的I/O点时，监盘人员发现汽包水位急剧下降，就地检查发现旁路给水调节门在关闭状态，手动摇起三次均自动关闭，汽包水位TV和显示表监视不到水位，手动停炉、停机。6.2原因分析

根据能追忆到的历史记录分析，可以推断#3控制器（主控）故障前，#23控制器（辅控）因硬件故障或通讯阻塞，已经同I/O总线失去了通讯。当#3控制器因主机卡故障离线后，#23控制器升为主控，但无法读取I/O数据，造成参与汽水系统控制的一对冗余控制器同时失灵，给水自动控制系统失控，汽包水位保护失灵。在新更换的＃3控制器重启成功后释放强制点的过程中，DCS将旁路给水调节门指令臵零（逻辑如此设计是为了在控制器故障时，运行机组向更安全的方向发展），关闭旁路调节门。而旁路调节门为老型号的阀门，相当于解除了自保持的电动门（接受脉冲量信号），切手动时不能做到电气脱扣，因此，紧急情况下不能顺利打开，造成汽包缺水。6.3防范措施

6.3.1更换#

3、#23控制器主机板，同时考虑增加主机板的备品储备。

6.3.2增加通讯卡，使控制器与I/O卡之间的通讯为冗余的。6.3.3对所有控制器、I/O卡、BC卡的通讯进行监测，增加脱网逻辑判断功能，生成报警点并进行历史记录。一旦控制器工作异常，可及时报警并处理。

6.3.4增加控制器超温报警功能，在控制器出现故障之前可以采取措施，将事故消灭在萌芽之中。

6.3.5汽包水位等重要调节、保护系统的输入信号，一般应为三路相互独立的信号，通过分流器将这三路信号变成六路信号，分别进六块端子板和AI卡件，送入两对控制器，一对控制器用于调节、保护，另一对控制器只参与保护。这样可以很好地解决一对冗余的控制器同时故障时，重要保护失灵的问题。

6.3.6更换重要自动调节系统的执行机构，使之具有完善的操作功能。

6.3.7 DCS失灵时，若主要后备硬手操或监视仪表不能维持正常运行，运行人员应立即停机、停炉。

6.3.8关闭MIS系统接口站中的所有硬盘共享功能，确保DCS系统同MIS系统只具备单向通讯功能。

七、结 束 语

以上案例只是在一定范围内发生的DCS故障的几个比较典型案例，即使将这些案例的反措全部应用到每套DCS中去，也不能避免DCS故障的再次发生。在更大范围内，由DCS故障引发的停机事件也不会太少，有些事件肯定会涉及到控制器负荷率高、网络通讯负荷率高等问题，由于目前还没有有效的手段监测控制器负荷率和网络通讯负荷率，找出这类事件的根本原因还有一定的难度，因此，消除这类缺陷也比较困难。

篇3：直流滤波器典型接地故障分析

换流器工作过程中会在直流侧产生谐波, 造成直流侧设备发热, 邻近通信系统受到干扰, 当谐波水平超出一定范围时, 理论上还会造成直流保护系统误动, 因此在具有架空线路的直流工程中均配置有直流滤波器, 用以改善直流系统运行性能, 保证邻近通信系统通信质量。由此可见, 直流滤波器的运行稳定与否, 直接影响到直流输电系统的可靠性。

目前, 对换流站直流滤波器及其保护动作行为的分析研究已有不少。文献[1]分析了直流输电系统在不同运行方式下对直流滤波器保护的影响, 并重点讨论了差动保护和不平衡保护在实现过程中需要注意的问题, 有效地解决了直流滤波器保护在灵敏性与可靠性之间的矛盾。文献[2]基于宝安换流站一起直流滤波器保护误动事件, 分析了直流滤波器差动保护的特点以及特殊运行方式对直流滤波器差动保护的影响, 并指出因直流滤波器首末两端CT的暂态特性不一致以及CT饱和等因素, 差动保护动作时间需与保护滤波算法相配合。文献[3]通过对三调谐滤波器故障仿真建模, 指出特高压直流输电工程中, 在直流滤波器高压端 (或直流极线) 接地以及操作波侵入直流极线这两种故障情况下, 直流滤波器各设备均会承受最苛刻的应力, 故这两种故障类型对于确定直流滤波器各设备的暂态定值具有决定性作用。关于直流滤波器的研究基本上侧重于直流滤波器的参数配置以及保护误动作的分析与完善, 未涉及直流滤波器故障对直流保护系统的影响以及影响产生的根源, 因此从电路角度对换流站直流滤波器各种典型接地故障进行分析, 研究故障期间故障电流回路以及直流保护系统对故障的响应情况, 不仅可以为直流滤波器故障排查提供理论基础, 而且对工程设计也具有一定的指导意义。

1 直流滤波器本体结构

在电路原理及元件组成上, 换流站直流滤波器与交流滤波器其实是相同的, 均通过电容、电抗及电阻等元器件的不同组合来形成谐振回路, 从而滤除相应的谐波分量, 如图1所示。目前, 在已投运的直流工程中, 较常见的为具有或不具有高通特性的单调谐、双调谐和三调谐无源滤波器, 其它型式的直流滤波器仅应用于个别直流工程。下文将提到的直流滤波器均指直流无源滤波器, 其结构如图1所示。

2 直流滤波器接地故障分类

直流滤波器本质上由电容器和电抗器等元器件组成, 但是两者的电气特性完全不同, 对于不同的接地故障点, 故障电流回路就可能存在较大差异, 导致直流保护系统对故障的响应也有所不同。另外, 接地故障点位于首、末两端CT测量范围内或外, 直流保护系统感受到的电气特征也完全不同。鉴于此, 可将直流滤波器接地故障分为直流滤波器差动保护区外接地故障 (图2中K1点) 和直流滤波器差动保护区内故障 (图2中K2~K6点) 。另外, 根据故障点两侧的电气特性, 又把差动保护区内故障细分为电容器两桥臂间引线的接地故障 (K6点) 、电容器与电抗器间引线的接地故障 (K3点) 、电抗器与电抗器间引线的接地故障 (K5点) 。

3 直流滤波器接地故障特征分析

3.1 高压侧电流互感器与刀闸间引线接地故障

3.1.1 故障概述

故障前, 直流系统双极大地、全压、额定功率正常运行。整流站极1直流滤波器高压侧电流互感器与刀闸间引线 (图2中K1点) 发生接地故障后, 直流极保护中极母线差动保护动作, 直流滤波器保护中差动保护启动。

3.1.2 故障电流回路分析

因直流滤波器装设于每极的直流极母线与中性母线间, 且高压极母线与K1点属于同一个电气点, 故直流滤波器高压侧电流互感器与刀闸间引线接地故障与高压极母线接地故障具有相同的故障回路和故障特征。

对于K1点接地故障, K1点的电位会迅速降为零, 即K1点与接地极处于同一电势点, 故直流电流从高压阀组流出后在K1点形成分流, 绝大部分直流电流通过K1点直接流入接地极, 然后从接地极引线分支回流至本站中性母线及低压阀组, 如图3所示。故障电流回路可通过比较故障时刻各电流的大小来进行分析和验证。

根据故障录波图, K1点发生接地故障后, 极1直流线路电流IDLH与极1直流高压母线电流IDCH、极1中性母线电流IDCN、极1接地极母线电流IDLN的幅值明显不等。选取故障后某时刻各电流的数值进行分析, 如IDLH=2 010A, IDCH=6 681A, IDLN=7 072A, 极2接地极母线电流IDLN_OP=2 981A, 接地极引线分支1电流IDEE1=-2 133A, 接地极引线分支2电流IDEE2=-2 128A (IDEE1、IDEE2为负值表示电流从接地极引线分支流向中性母线) , 考虑到不同CT之间暂态特性不完全一致以及CT的采样误差, 则有IDCH=IDLH+|IDEE1|+|IDEE2|, IDLN=IDLN_OP+|IDEE1|+|IDEE2|。故障电流的这一数值规律与图3所示的故障电流回路完全相符, 因此上述故障电流回路分析合理。

3.1.3 保护动作分析

(1) 直流滤波器差动保护。因K1点位于直流滤波器高压侧电流互感器与刀闸间引线部分, 此时直流滤波器保护测到的故障电流仅为一个穿越性电流, 即差流为零, 故直流滤波器差动保护仅启动而不动作。

(2) 极母线差动保护。极母线差动保护的保护范围是阀厅穿墙套管CT至直流线路CT间的直流极母线和平波电抗器等设备, 当检测到电流差值后按定时限动作, 包括闭锁换流器、跳开换流变交流进线断路器、进行极隔离。

由图3可知, 在故障过程中因K1点的分流作用, IDCH≠IDLH, 故极母线差动保护检测到差动电流。根据保护动作方程式|IDCH-IDLH|>max[0.3p.u., 0.2×max (IDCH, IDLH) ], 当差动电流大于制动电流时, 极母线差动保护动作。如图4所示, PBDP_DIFF、PBDP_RES1分别为极母线差动保护的差动电流和制动电流, PBDP_TRIP1为极母线差动保护动作信号。

3.2 电抗器间引线接地故障

3.2.1 故障概述

故障前, 直流系统双极大地、全压、额定功率正常运行。整流站极1直流滤波器L2、L3电抗器之间引线 (图2中K5点) 发生接地故障后, 直流极保护中中性母线差动保护动作, 直流滤波器保护中差动保护动作。

3.2.2 故障电流回路分析

K5点发生接地故障时, 电容器的存在导致阀组高压侧电流IDCH无法向K5点提供故障电流;但是电抗器的“通直”电气特性使得K5点对IDLN进行分流, 一部分电流经K5点入地, 而另一部分则继续流向低压侧阀组, 如图5所示。故障电流回路可通过分析故障时刻的故障波形得以验证。

根据故障录波图, K5点发生接地故障后, IDLN与IDCN、IDCH、IDLH的幅值明显不等。在直流保护启动后约5ms, IDLH=1 304A, IDCH=1 285A, IDCN=1 277A, IDLN=2 602A, IDLN_OP=2 721A, 直流滤波器末端电流IF1T4=1 316A, IDEE1=IDEE2=55A, 考虑到不同CT之间暂态特性不完全一致以及CT的采样误差, 则有IDCN=IDLN-IF1T4, IDLN=IDLN_OP-|IDEE1|-|IDEE2|。故障电流的数值规律与图5所示的故障电流回路完全相符, 因此上述故障电流回路分析合理。

3.2.3 保护动作分析

(1) 直流滤波器差动保护。因K5点位于直流滤波器L2、L3电抗器之间, 故发生接地故障后, 中性母线的电流会分流至K5点, 从而导致直流滤波器保护检测到较大的差动电流。根据差动保护动作方程式 (式中Ih、Itro分别为直流滤波器首、末端电流) , 直流滤波器差动保护动作, 如图6所示。

(2) 中性母线差动保护。中性母线差动保护的保护范围是阀厅内中性端CT至中性母线出口CT之间的直流中性母线等设备, 当其检测到电流差值后按定时限动作, 包括闭锁换流器、跳开换流变交流进线断路器、进行极隔离。

由图6可知, 在故障过程中因K5点的分流作用, IDCN≠IDLN, 故中性母线差动保护检测到差动电流。根据中性母线差动保护I、II段保护动作方程式|IDCN-IDLN|>0.2+0.2×max (IDCN, IDLN) 、|IDCN-IDLN|>0.07+0.15×max (IDCN, IDLN) (式中, 各变量的量纲均为标幺值) , 当差动电流大于制动电流时, 中性母线差动保护动作。如图7所示, NBDP_DIFF为中性母线差动电流, NBDP_RES1、NBDP_RES2分别为中性母线差动保护的I、II段制动电流, NBDP_TRIP1、NBDP_TRIP2分别为中性母线差动保护I、II段跳闸信号。

3.3 电容器上下桥臂间引线接地故障

3.3.1 故障概述

故障前, 直流系统双极大地、全压、额定功率正常运行。整流站极1电容器上下桥臂间引线 (图2中K6点) 发生接地故障后, 直流滤波器保护中差动保护动作。

3.3.2 故障电流回路分析

因K6点位于电容器上下桥臂之间, 且电容器有“通交阻直”电气特性, 故故障发生后, 直流电流无法向K6点提供故障电流, 直流电流仍按原方向流向逆变站, 如图8所示。

根据故障录波图, IDLN、IDCN、IDCH、IDLH幅值完全相等, 不存在分流现象, 即对于直流电流而言, 不存在故障电流回路。

3.3.3 保护动作分析

(1) 直流滤波器差动保护。因K6点位于高压电容器上下桥臂之间, 故发生接地故障后, 上桥臂的电容电流基本保护不变, 而下桥臂的电容电流则跃变为电容器的放电电流, 从而直流滤波器保护检测到较大的差动电流。根据差动保护动作方程式··, 直流滤波器差动保护动作。

(2) 直流极保护。当K6点发生接地故障后, 因电容器“通交阻直”电气特性, IDLN、IDCN、IDCH、IDLH幅值及下降趋势完全一致, 故极母线差动保护和中性母线差动保护均不动作。

3.4 保护动作对比分析

(1) 当接地故障点位于直流滤波器差动保护区外 (图2中K1点) 时, 故障期间流过直流滤波器首末两端CT的故障电流则为大小相等、方向相反的穿越性电流, 差流为零, 故直流滤波器差动保护不动作。

(2) 若接地故障点位于直流滤波器差动保护区外 (图2中K2~K6点) , 则故障电流会从直流滤波器首末两端CT流向故障点, 当差动电流大于制动电流时, 差动保护动作。

(3) 因感性元件有“通直阻交”电气特性, 故接地故障点任意一侧在电路特性上表现为感性 (图2中的K3和K5点) 时, 直流电流会在接地故障点形成新的电流回路, 即故障电流回路, 导致中性母线差动保护动作。

(4) 本文的故障电流回路及保护动作分析虽然是针对整流站极1直流滤波器进行的, 但是其分析方法和结论同样适用于整流站极2直流滤波器和逆变站极1、极2直流滤波器, 区别仅在于形成分流的电流量不同。

(5) 当直流滤波器发生典型接地故障 (图2中K1~K6点) 时, 直流保护系统的动作情况分析见表4。

(6) 从3.1及表1的故障特征分析可知, K1、K2及K4所代表的故障区域与高压极母线或中性母线属于同一电气点, 当这些区域发生接地故障时, 其故障特征与高压极母线或中性母线接地故障十分相似。因此, 在只有极母线差动保护或中性母线差动保护动作时, 若要快速定位故障设备, 则需综合分析直流极保护和直流滤波器保护的故障波形, 才能区分故障点在高压极母线 (或中性母线) 还是在直流滤波器。

4 结束语

换流站直流滤波器在结构上由电容、电抗和电阻等元器件组成, 因此接地故障点位于不同位置时, 故障点两侧势必会呈现不同的电气特性。结合容性元件与感性元件对直流电流的通断特性以及直流保护的动作情况, 可以推断出各典型接地故障点在故障过程中对直流电流的影响, 从而绘制出故障电流回路, 为直流滤波器故障特征分析及保护动作分析提供理论基础。此外, 分析结果对于迅速排查设备故障原因及分析较为复杂的接地故障过程也具有一定的借鉴意义。

参考文献

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[9]浙江大学发电教研组直流输电科研组.直流输电[M].北京:电力工业出版社, 1982

[10]戴熙杰.直流输电基础[M].北京:水利电力出版社, 1990

篇4：直流输电系统故障分析与保护

【关键词】直流输电;过电压;交流滤波器

前言

在二十一世纪的今天，随着用电量的不断增加，在输电线路形式上不断改革，提升输送电力的容量和电压时满足人们日益增长用电需求的重要手段。然而如何在直流电的输送过程中对直流输电系统做好防护措施，是目前电力工作者所不得不面对的一个难题。本文通过对直流输电系统的主要故障进行了分析，并且提出了相对应的保护措施，希望能为相关工作人员提供一定的参考和借鉴。

一、过电压的存在与保护

在我国实际的直流输电的过程中，由于受到自然恶劣的环境影响或者是认为的失误出现故障等形成过电压，过电压严重影响了在直流电输送系统的运行，甚至威胁者整个电力系统的安全，所以必须要及时发现和解决。在目前中国的实际情况来说主要以过电压保护器和避雷针为保护措施。对于避雷针来说，由于其构造简单，价格便宜而又耐用的优点成为现在应用最广泛的防过电压的手段。但是避雷针也有自身无法克服的缺陷，其在应用的过程中没有自动灭弧能力，而且放电电压小稳定。因此在自流输送系统中有着完善的控制调节系统，在保护间隙之后能够自动降低电压。为了降低设备绝缘水平，必须降低避雷器额定值，因此为了保证避雷器本身安全必须串联间隙，因此仍然带来了小确定性。

二、绝缘配合缺陷的存在与保护

绝缘配件是根据整个电力系统设备上出现的电压水平，对其进行分析预估后用来进行电压阻隔，以保护电压保持在一个安全水平现内的电气。多个绝缘配件就形成了绝缘配件组，在摸个绝缘设备发生故障，如不能承受电压长期过高、或者发生因为雷电或操作耐受电压忽然变得极高的情况下，绝缘体发热烧坏，同时使与之配合的绝缘配件组都陷入极大的工作压力下，着种情况对整个电力系统的安全都会勾着极大的威胁。由于电压输送过程中电压等级不断增加，电器设计从主接线、绝缘配件、设备选型等方面都有了明显的变化。

目前我国由于直流输电技术仍然处于发展的阶段，在许多的应用方法方式上都没有晚上，仍然是当前电力系统中的不充电和缺陷点。 换流变压器具有四总结构：三相组合式;三相双绕式;单相祝贺式和单相双绕组式，每一种的形式都有具有其特有的优势和特点，当然也有其不足的地方，我们在实际的电网设计中在选择换流变压器的时候要根据实际情况，选择最适合实际工程的换流变压器，比如 在面对电压特别高、电压等级大、容量大的工程的时候我们一般都会采用单相双绕组变压器。而面对电压比较小的电网工程一般来说会选择三相结合或者单相组合的交流变压器。

三、交流滤波器故障分析

作为直流输电换流站的重要组成部分——交流滤波器的运行情况直接影响着整个直流电输送系统的情况。交流滤波器主要是连接在换流变压器侧母线上的，平时需要承受相当高的电压，而且因为交流滤波器需要通过大量的基波及谐波电流，因此对于其稳定性与电流绝缘的能力要求十分的高，对于这一设备的故障问题的研究也就十分的重要。

1.短路故障。所谓短路故障就是交流滤波器设备内部的线路短路或者设备的外连线接地出现短路的情况，交流滤波器设备的特性问题可以判断其出现间接的短路情况不存在。现短路的情况的时候会造成元件因为受到了电流的冲击而损坏。出现短路的情况的时候，可以根据母线侧电流的通过率与接地线侧电流的通过率之间的差来判断。

2.电容器故障。所谓电容器故障就是指电容器背部的原件出现了损坏。作为交流滤波器的主要构成部分——电容器具有两种连接方法一种是H型连接：另一种是分支连接。不管采用什么方式进行电容器的连接，电容器的内部每一个节点的构成都是由同量的点容易组合而成的，不管对于那一台电容器来说其内部每一个原件的损坏都意味着电容器的故障。如何找出究竟是哪一个的原件损坏就需要通过相对比的方法，通过和正常的电容器惊醒对比发现问题，另外还可以准备一个配用的点容易以免发生意外。

3.设备承受的负荷过大。这里指的主要是电容器、电抗器、电阻器的负荷过大。由于交流滤波器在工作环境下承受的特殊的情况，可能是其在长时间因为大量的流过谐波电流，出现电容器、电抗器、电阻器的热量过高而破坏，在一般的情况下，交流滤波器能够承受的谐波电流是基波电流的20%～30%之间，当出现频率较高的电流的时候，时间越长电容器、电抗器、电阻器的温度就越高，导致超负荷的承受，例如一般的交流滤波器的每个设备环节的电负荷通过率是正常值的50%，如果电压的不稳定导致过高的膨胀使通过率超过50%的时候就出现元件的损伤，当然每一个元件还有一定的承受范围，如果在基础的范围内超出10%～20%的时候就是超负荷的工作，这个时候的各个元件就会出现问题，产生故障。

4.滤波器故障。滤波器故障主要是指滤波器实际的调谐频率与电网系统所需要的谐波频率之间有一定的误差。导致这一问题出现的主要原因就是滤波器的内部元件的结构参数考察值和整个电网系统的变化频率之间的偏离程度，一般的偏离程度是5%到10%不等。这个时候滤波器就会达不到原有的滤波要求，导致整个直流输电换流站的不能正常运转。这就要求在的使用过程中对于滤波器的内部元件的变化在早期的时候及时的进行一些常规的检测与监控，同时元件的后期检测也相当的重要。

对于以上的四种故障，我们应该更具实际情况进行分析，在日常的工作中判断出交流滤波器问题究竟出现在哪里，为能够开速的解决问题创造条件，以保证直流输电站系统正常的运行，于此同时，对相关工作人员进行技术理论培训，为我国的直流输电系统的不断完善做出贡献。

四、结语

由于二十一世紀科学技术的发展，计算机不断普及广泛的运用大各行各业中，在直流输电系统中，由于线路较长，而且大多在露天的野外，是如何监控本文中问题的出现问题的出现是一个巨大的难题，这就要充分的利用计算机技术加强对于可能出现的问题进行监控，及时的处理。直流输电系统在应用中提高输电效率，保证自身的良好运行，为人们生活提供基础保证，是对于每一个电力工作中的的工作要求，我相信随着我们的努力，在不久的将来中国的直流输电系统会越来越完善。

参考文献

[1]杨振宇，俞澄一.超高压直流输电换流站阀冷却系统的故障[J].华东电力，2010，（3）：78-79.

[2]叶林.对高压直流输电换流站中无功控制系统的探讨[J].广东科技.2011，（22）：105-107.

篇5：直流系统典型故障分析与对策

【原创】一辆通用凯迪拉克无法启动故障排除的体会

故障处理：

某单位一辆凯迪拉克弗里伍德（CADILLAC Fleetwood）车在定点维修厂作常规保养后，待交车时，怎么转动点火钥匙，起动机都无反应。经查，钥匙处于STA档时起动机电磁阀无控制电源到，人为给一控制电源让起动机正常运转，但发动机仍然无法着车，同时仪表出现“PASS KEY，FLAULT”灯亮，并闪烁，由于“PASS KEY”指示灯在系统正常时，打开车匙到ON位，灯亮2S后应熄灭。据此，该故障基本锁定为该车防盗系统触发所致。故障分析与诊断

（一）、故障分析

大家知道，通过故障现象，确定故障范围后，要准确地分析、诊断洗故障，就必须全面深入了解出现此故障的系统结构及控制原理。既然此车故障现象表明由防盗系统触发所致，那么此车防盗系统结构由那些组成？工作原理如何？电路图如何？这些都是我们在爱诊断此故障之前必须搞清楚的。于是我调阅了凯迪拉克—弗里伍德维修技术手册，及相关维修资料。通过资料系统学习，我了解到：

1、凯迪拉克弗里伍德（CADILLAC Fleetwood）防盗系统PASS KEY主要由带阻值晶片的钥匙，点火锁芯，起动机继动器，发动机模块，系统指示灯及中央控制电脑组成。

2、CADILLAC Fieetwood防盗系统工作原理

当打开点灯开关时，防盗模块（中央控制电脑）通过点火锁芯识读点火钥匙中的电阻晶片，进行钥匙检测。如插入点火锁芯点火钥匙的阻值（B2 C2之间电阻）与防盗模块（中央控制电脑）的设置值相对应，则自检通过，中央控制电脑控制熄灭防盗指示灯。对点火钥匙的判定系统，实际上防盗系统控制模块并不直接测点火钥匙的电阻（B2 C2之间）之间而先由防盗模块提供一个基准5V电源线，再根据串接在信号线上点火钥匙的电阻而产生电压信号（不同的电阻会产生不同的电压信号），然后此电压信号（B2处电压）与标准的电压相比较，（该电压可以不是一个 固定值）而能在一个较小的范围变动，即允许电阻因磨损有一定的误差）通过比较之后防盗控制模块判断出该点火钥匙是否为合法的钥匙，并且作出不同的反应。如果实际电阻值与设定值不同，一般情况下将出现故障，并产生故障码，而且电量防盗指示灯同时防盗控制模块传输给发动机控制模块（PCM）一个禁止启动信号，切断发动机燃油喷射，并控制起动继器电器控制线路断路，禁止起动机正常运转。若通过检测则提供给起动继电器一个低电位，并为发动机控制模块（PCM）提供喷油信号，同时断开仪表盘的防盗指示。

PASS KEY‖防盗学习同的自检状态不仅在打开点火开关时自检，而且还能在发动机运行期间进行自检。所以故障有三种可能，即点灯，熄火和闪烁。其中熄火代表系统正常，起动时点亮后则机智起动着车，而在行驶的自检时出现故障，防盗系统指示灯则以闪烁的方式提醒驾驶者应尽快维修，但此时仍然可以继续行驶。

PASS KEY防盗系统电路

（二）、故障诊断

在对该车防盗系统结构，工作原理作了全面深入分析后，先进入故障诊断环节。维修资料表明，此车防盗系统具有子诊断功能，故障码读取或清除都是通过车上的空调面板按既定程序来完成。一般来说，如果一个系统有子诊断功能，要诊断故障首先得进入系统子诊断。于是我首先按既定程序进入系统自诊断，读取故障代码：

首先将钥匙插入锁芯，打开点火开关“ON”位。然后，同时按下“TEMP▲”及“OFF”键，此时。空调面板将显示表示已进入自诊断模式。进入自诊断模式后，再按右侧有风扇符号的竖直长键“▲”及“”端选择诊断系统。当空调面板显示出01时，即可进入中央控制电脑系统的自诊断。当按下“OUT TEMP”键时，显示屏上即显示42，43两个当前故障代码。

查阅维修手册故障代码，查明：

42故障码含义为：B2与C2端子或防盗钥匙接地。

43故障码含义为：B2与C2端子或防盗钥匙与电源短路或断路。看来问题出现在点火钥匙与中央控制电脑B2、C2端子连接线路上，于是拆开仪表板下护板，断开点火钥匙与中央控制电脑间阻值传输线束，用数字万用表电阻档检测中央控制电脑端子B2、C2与断开线束（与电脑连接侧的线束）的通断情况。经查明A B2之间和B C2之间线路无短路及断线情况，然后把点火钥匙插入点火锁芯用数字万用表电阻档检测锁芯连接端（A B之间）的电阻，测得阻值为无穷大，无意中晃动了一下钥匙，测得阻值为0.8，再晃动几下，阻值又变为无穷大。于是把测得电阻与表(一)中的15组电阻相比较，发现无一相近。由此确定点火钥匙电阻阻值有问题。于是拔出点火钥匙细细观察，发现此车钥匙造形很是粗糙，一点也不光滑，重量不轻，不像有电阻晶片，据此我初步判断点火钥匙不对，但个我对客户提出点火钥匙不对的疑问时，于是就有了关于车匙的一番争论，经查明这把点火钥匙确实不是原车钥匙，只是一把普通钥匙。（由于车间主任开此车到外办办事不小心弄丢了点火钥匙，避免让人知道，临时配制了一把钥匙，无法启动汽车，还以为是起动机控制线送脱了，把车拖回厂后默不作声，想瞒天过海。殊不知因为他的私事、他的不小心却导致了如此严重的后果）普通配匙电阻为0.8。且配制不标准，做工粗糙，钥匙触点与点火锁芯触点接触不好，有时接触到，有时接触不到。所以，线束端（A B间）测得电阻有时为0.8，有时为无穷大。因此，中央控制电脑自检时，确实为非法钥匙，于是，断电（启动继电器控制电源），同时对发动机模块发出参考电压信号，调制发动机模块向燃油喷油器发出脉冲信号，如果代码不吻合，则将锁止喷油，防盗指示灯亮并存储42，43故障码。

三、故障排除

要解决点火钥匙丢失故障的常规修理方案是找到该车点火钥匙的晶片阻值档位，据此车原始资料找原厂配购相同档位值的钥匙，然后，插入点火开关，自动社定匹配后，即可起动发动机。

PASS KEY‖防盗系统的点火钥匙阻值标号，一共15对。其不同阻值对应标号是如下表（阻值±10%）表

（一）标号

电阻值

标号

电阻值

标号

电阻值 1

402

1470

4750 2

523

1870

6040 3

681

2370

7500 4

887

3010

9530 5

1130

3740

11800 要查找此车钥匙的 阻值档位，一般须用专用测试仪J35628 A来匹配查找，操作步骤如下：

利用配匙（无电组织的钥匙）插入点火开关，将转向盘下边的点火开关线束接头断开，将J35628 A上的电阻值输出线接到连接电脑一端的接头上。

利用档位选择开关确定某一电阻档位【共15组，进表】并准备起动发动机，若起动不成功，则需将点火开关处于锁定状态（KEY——OFF）选择另一档位并等待4min。若启动成功，则原电阻值所处党委为该档位。

由于我厂没有专用仪器，于是我利用数字万用表及变电阻器来达到上述目的，用聪电子市场购回的可改变电阻器（15），按表

（一）中15组电阻档位调制好，每组电阻允许在标准阻值上有±10%的偏差，用导线及接插头连接好，将此电阻线接到连接电脑一端的接头上，按上述步骤（3），（4）操作，至发动机启动成功时，用到的电阻器为7500，由此确定此车点火钥匙阻值标号为13号

常规维修方案，车必须留厂待原厂配匙。这样，维修周期较长，而客户要求，由于近段时间接待任务重，此车不易久停不用，特别是现在都已经计划好用此车去接待一大客户，要求我们想尽一切办法让车能使用。

鉴于此情况，我提出一个暂时恢复汽车使用的维修方案，但必须让客户签一张同意书，允许稍微改动防盗控制线路，即在仪表下护板点火钥匙线束与电脑连接的接头处串联一个7500电阻器。

由此改动，发动机可以启动，汽车可以使用，只是局部防盗功能丧失，又出于安全，在改动线路上又设一个开关（作暗开关用，不用车时关掉，用车时打开）。见图六。由此，此故障暂时予以排除，客户可以用车，待原厂配匙到后，再恢复原车路线，即可彻底解决此故障。

四、结论

通过以上控制电路改动，此车故障得到临时排除，既解决了客户的及须之急，更重要的是缓解了客户与修理之间的紧张对立情绪。

通过此案例，让我深深体会到，作为现代汽车修理工，不但要加强技术培训，学习现代汽车新技术，新结构，熟练掌握先到汽车控制理论，更要勤于动脑，灵活运用理论知识于实践中，才能走出维修困境。

同时也警示我们在加强技术提升的同时，千万别忘了职业道德素质的提高，员工的诚信教育势在必行，要勇于承认错误，承担责任。

篇6：直流系统典型故障分析与对策

摘 要：数控机床和数控系统在工作时常出现由于伺服进给系统原因造成的机床故障，此类故障出现的常见形式有超程、过载、工件尺寸无规律偏差等。针对这些典型故障现象，采用一定的机床维修技术，减少此类故障的发生率。

关键词：伺服进给系统；精度；伺服电动机伺服进给系统常见故障形式

1.1 超程

当进给运动超过由软件设定的软限位或由限位开关决定的硬限位时，就会发生超程报警，一般会在CRT上显示报警内容，根据数控系统说明书，即可排除故障，解除超程。

1.2 爬行

一般是由于进给传动链的润滑状态不良、伺服系统增益过低及外加负载过大等因素所致。尤其要注意的是，伺服和滚珠丝杠连接用的联轴器，由于连接松动或联轴器本身的缺陷，如裂纹等，造成滚珠丝杠转动或伺服的转动不同步，从而使进给忽快忽慢，产生爬行现象。

1.3 窜动

在进给时出现窜动现象，其可能原因有：

1、接线端子接触不良，如紧固的螺钉松动；

2、位置控制信号受到干扰；

3、测速信号不稳定，如测速装置故障、测速反馈信号干扰等。如果窜动发生在正、反向运动的瞬间，则一般是由于进给传动链的反向间隙或者伺服系统增益过大引起。

1.4 过载

当进给运动的负载过大、参数设定错误、频繁正、反向运动以及进给传动链润滑状态不良时，均会引起过载的故障。此故障一般机床可以自行诊断出来，并在 CRT显示屏上显示过载、过热或过电流报警。同时，在进给伺服模块上用指示灯或者数码管显示驱动单元过载、过电流等报警信息。

1.5 伺服电动机不转

当速度、位置控制信号未输出、或者使能信号（即伺服允许信号，一般为DC+24V继电器线圈电压）未接通以及进给驱动单元故障都会造成此故障。此时应测量数控装置的指令输出端子的信号是否正常，通过CRT观察I/O状态，分析机床 PLC梯形图（或流程图），以确定进给轴的启动条件，观察如润滑、冷却等是否满足。如是进给驱动单元故障则用交换法，可判断出相应单元是否有故障。伺服进给系统常见故障典型案例分析

（1）一台配套FANUC 7M系统的加工中心，进给加工过程中，发现Y轴有振动现象。

为了判定故障原因，将机床操作方式置于手动方式，用手摇脉冲发生器控制Y轴进给，发现Y轴仍有振动现象。在此方式下，通过较长时间的移动后，Y轴速度单元上OVC报警灯亮。证明Y轴伺服驱动器发生了过电流报警，根据以上现象，分析可能的原因如下：

①电动机负载过重；②机械传动系统不良；③位置环增益过高；④伺服电动机不良，等等。

维修时通过互换法，确认故障原因出在直流伺服电动机上。卸下Y轴电动机，经检查发现2个电刷中有1个的弹簧己经烧断，造成了电枢电流不平衡，使电动机输出转矩不平衡。另外，发现电动机的轴承亦有损坏，故而引起-轴的振动与过电流。更换电动机轴承与电刷后，机床恢复正常。

（2）一台配套FANUC 6ME系统的加工中心。轴在运动时速度不稳.由运动到停止的过程中，在停止位置出现较大幅度的振荡，有时不能完成定位，必须关机后，才能重新工作。

分析与处理过程：仔细观察机床的振动情况，发现，X轴振荡频率较低，且无异常声。从振荡现象上看，故障现象与闭环系统参数设定有关，如：系统增益设定过高、积分时间常数设定过大等。

检查系统的参数设定、伺服驱动器的增益、积分时间电位器调节等均在合适的范围，且与故障前的调整完全一致，因此可以初步判断，轴的振荡与参数的设定与调节无关。为了进一步验证，维修时在记录了原调整值的前提下，将以上参数进行了重新调节与试验，发现故障依然存在，证明了判断的正确性。

在以上基础上，将参数与调整值重新回到原设定后，对伺服电动机与测量系统进行了检查。首先清理了测速发电机和伺服电动机的换向器表面，并用数字表检查测速发电机绕组情况。检查发现，该伺服电动机的测速发电机转子与电动机轴之间的连接存在松动，粘接部分已经脱开；经重新连接后，开机试验，故障现象消失，机床恢复正常工作。

（3）一台数控铣床，采用FUNAC 6M系列三轴一体型伺服驱动器，开机后，X轴工作正常，但是手动移动Z轴，发现在较小范围内，Z轴可以运动，但继续移动Z轴，系统出现伺服报警。

分析和处理过程：根据故障现象，检查机床实际工作情况，发现开机后Z轴可以少量运动，不久温度迅速上升，表面发烫。

分析引起以上故障的原因，可能是机床电气控制系统故障或机械传动系统不良。为确定故障部位，考虑到本机床采用半闭环结构，维修时首先松开伺服与丝杠的连接，并再次开机实验，发现故障现象不变，故确认报警是由于电气控制系统不良引起。由于机床Z轴伺服带有制动器，开机测量制动器的输入电压正常，在系统、驱动器关机的情况下，对制动器单独加入电源进行试验，手动转动Z轴，发现制动器松开，手动转动轴平稳、轻松，证明制动器工作良好。

为了进一步缩小故障部位，确认Z轴伺服的工作情况，维修时利用不同规格的 X轴在机床侧进行互换实验，发现换上的同样出现发热现象，且工作时故障现象不变，从而排除了伺服本身原因。

为了确认驱动器的工作情况，维修时在驱动器侧，对Z轴的驱动器进行互换实验，即将X轴驱动器与Z轴伺服链接，Z轴驱动器与X轴连接。经实验发现故障转移到X轴，Z轴工作恢复正常

根据以上实验，乐意确认以下几点：

①机床机械传动系统正常，制动器工作良好；

②数控系统工作正常，因为当Z轴驱动器带动X轴时，机床无报警；③Z轴伺服工作正常，因为将它在机床侧与X轴互换后，工作正常；

④Z轴驱动器工作正常，因为通过X轴驱动器在电柜侧互换，控制Z轴后，同样

发生故障。

综合以上判断，可以确认故障是由于Z轴伺服的电缆连接引起的。

仔细检查伺服的电缆连接，发现该机床在出厂时电枢线连接错误，即驱动器的L/M/N端子未与插头的 A/B/C连接端一一对应，相序存在错误，重新连接后，故障消失，Z轴可以正常工作。

（4）一台配套FUNAC 6ME系统的加工中心，X轴在静止时机床工作正常，无报警；但在X轴运动过程中，出现振动，伴有噪声。

分析与处理过程：由于机床在X轴静止时机床工作正常，无报警，初步判定数控系统与驱动器无故障。考虑到X轴运动时定位正确，因此，进一步判定系统X位置环工作正常。检查X轴的振动情况，经观察发现，振动的频率与运动速度有关，运动速度快振动频率较高，运动速度慢则振动频率低，初步认为故障与速度反馈环节有关。分析引起以上故障可能的原因有：

①测速发电机不良；②测速发电机连接不良；③直流伺服电动机不良。

篇7：直流系统典型故障分析与对策

学号：120606325

姓名：王逢雨

[摘 要] 机械故障诊断是一门起源于 20 世纪 60 年代的新兴学科，其突出特点是理论研究与工程实际应用紧密结合。该学科经过半个世纪的发展逐渐成熟，在信号获取与传感技术、故障机理与征兆联系、信号处理与诊断方法、智能决策与诊断系统等方面形成较完善的理论体系，涌现了如全息谱诊断、小波有限元裂纹动态定量诊断等原创性理论成果，在机械、冶金、石化、能源和航空等行业取得了大量卓有成效的工程应用。统计分析工作是机械故障诊断中的核心环节，统计分析工作的质量和水平将会对机械设备的检修工作产生重要影响，关系到机械设备的安全与可靠运行。本文在对机械故障的特性等问题进行阐述的基础上，重点就机械故障统计分析工作中数据的收集和统计分析的方法进行重点探讨，希望对提高机械故障的管理水平能够有所帮助。

[关键词] 机械故障；统计分析；数据收集；方法

一、统计分析工作中机械故障的特性 机械设备在使用过程中，由于会受荷载应力等环境因素的影响，随着机械设备部件之间磨损的不断增加，结构参数与随之变化，进而会对机械功能的输出参数产生影响，甚至使其偏离正常值，直至产生机械故障。概括说来，主要有以下几方面的特性。

（一）耗损性

在机械设备运行过程中，不断发生着质量与能量的变化，导致设备的磨损、疲劳、腐蚀与老化等，这是不可避免的，随着机械设备使用时间延长，故障发生的概率也在不断增加，即使可以采取一定的维修措施，但是由于机械故障的耗损性，不可能恢复到原先的状态，在经过统计分析工作后，必要时需要对设备进行报废。

（二）渐损性

机械故障的发生大多是长期运行的老化或疲劳引起的，所以具有渐损性，而且与设备的运行时间有一定的关系，所以做好机械设备的统计分析工作是很有必要的，当掌握了设备故障的渐损规律后，可以通过事前监控或测试等手段，有效预防机械故障的发生。

（三）随机性

虽然有的机械故障具有一定的规律性，但这并不是绝对的，因为机械故障的发生还会受到使用环境、制造技术、设备材料、操作方式等多种因素的影响，因此故障的发生会具有一定的分散性和随机性，这在一定程度上增肌了机械设备预防维修与统计分析工作的难度。

（四）多样性

随着科学技术的发展与应用，机械设备的工作原理日趋复杂，零部件的数量在不多增多，这就使得机械故障机理发生的形式日趋多样化。机械故障的发生不仅存在多种形式，而且分布模型及在各级的影响程度也不同，在统计分析工作中需要引起足够的重视。

二、机械故障管理中统计数据的收集

在对机械故障的统计分析工作中，数据的收集是最基础的环节，因此必须保障数据收集的及时性、准确性和规范性，这样才能为接下来的数据分析工作奠定良好的基础。

（一）做好日常检点数据的收集 机械设备的操作人员和统计人员要重视对日常点检记录数据的收集，只有这样才能保证统计数据收集的全面性。对此，相关人员要严格按照点检表对设备进行检查和记录，对于发生的问题或故障要在第一时间记录在《 设备故障报修单 》 上，并及时上交机械故障管理部门。

（二）安装调阶段相关数据的统计与处理

对于机械设备在安装调试阶段发生的故障，统计人员要引起高度重视，并详细记录在案，以备后期的参考与分析，对于搜集到的同行业相同设备的故障数据，在确保其真实性的基础上，也可以将其纳入到统计范围之内。

（三）确保采集与整理的规范性

为了保证故障数据分析的准确性和规范性，统计人员及设备检修人员在日常工作中必须详细、规范地填写 《 设备故障分析报告》、《 设备故障处理单》 等资料，对机械故障发生的部位、原因、时间、表现以及后期的处理与改进等详细记录在案。

三、机械故障管理中统计数据的分析方法

（一）焦点分析法

焦点分析法是一种最直接、最简单的方式，是以机械故障问题点为中心的分析方法，其分析结果简单明了，实用性比较强。首先，我国要根据需要把一个圆分成等分成若干块，每一块分别代表着生产线机械设备有标准化问题点的一部分，分别记录着该部分发生故障的次数，然后用有量线段进行表示，最后将这些点进行连接，所形成的多边形就是带有评价性质的焦点分析图。

（二）直方图对比分析法

该方法要求预先对计划指标数值进行设定，然后按照机械故障发生的实际录入实绩值，然后将实绩值与计划值进行对比，看其差距之间的大小，并参照历史实绩值进行分析，这可以反映出机械故障发生时计划值与实绩值的科学性，以及设备故障发生概率的大小，便于及时采取相应的检修措施。

（三）排列图分析法

排列图分析法也被称为帕洛特图法、主次因素分析法，它是找出造成设备故障并进行分析的一种简便有效的图表分析方法。排列图是根据“关键的少数和次要的多数”的原理而制作的。即对影响机械设备故障的因素按照影响程度的大小用直方图进行排列，找出最主要的因素，其结构包括一个横坐标和两个纵坐标，若干个直方形和一条折线构成，通常将影响因素分为三类： A类因素（占比 80%以下）、B 类因素（占比 80%～90%）、C 类因素（占比 90%以上）。其中，A类因素为主要因素，也是设备故障管理中需要重点解决的因素。

四、典型的故障率分布曲线

现代的设备管理中，典型的故障率分布曲线——浴盆曲线仍然占有很重要的地位。很多故障的分析都是基于浴盆曲线发展的。

无故障工作期就是在浴盆曲线上发展而来的。与传统可靠性指标中假设产品的随机失效不可避免不 同，无 故 障 工 作 期（ＦＦＯＰ）内 产 品 不 会 发 生 任 何 故 障（即零故障）。首先阐述了 ＦＦＯＰ的概念内涵、与平均故障间隔时间（ＭＴＢＦ）的区别和联系，提出了一种 ＦＦＯＰ 的预计方法。该方法假设产品的故障率函数具有浴盆曲线特征、故障发生过程为泊松过程、产品具有固定的免维修工作期。然后以一种改进的 Ｗｅｉｂｕｌｌ分布函数描述具有浴盆曲线函数特征产品的故障率。基于泊松过程理论，给出了 ＦＦＯＰ 的预计算法、流程和仿真验证手段。最后以某型无人机舵机为 案 例 对 研 究 方 法 的 可 用 性 进 行 了 验 证。结 果 表 明： ＦＦＯＰ 与 免 维 修 工作期（ＭＦＯＰ）、置信度水平密切相关，及时维修的产品能够保证较长的 ＦＦＯＰ。在工程应用时，ＦＦＯＰ 的确定应综合考虑运行维护费用进行权衡。

无故障工作期（ＦａｉｌｕｒｅＦｒｅｅＯｐ ｅｒａｔｉｎ ｇＰｅｒｉ －ｏｄ，ＦＦＯＰ）定义为产品不会 发 生 任 何 故 障（即 零故障）的时间。对于符合设计要求、质量合格的产品，往往都要求其具有一定的无故障工作期，尤其是具有高 可 靠 性／安 全 性 需 求 的 系 统，如 武 器 装备、核能系统、载人航空航天器、高速列 车 等。作为耐久性度量指标，ＦＦＯＰ 的长短与维修费用、保障费用紧密 相 关。准 确 预 计 ＦＦＯＰ，结 合 合 理 的维修策略，能够实现对产品的充分使用，降低运行成本。

ＦＦＯＰ概念最早在美国空军颁布的军用规范ＭＩＬ－Ａ－８７２４４《 航空电子设备完整性大纲要求》 中提出［ １］，其中 ＦＦＯＰ 作 为 耐 久 性 参 数，对 传 统 的可靠性参数进行了补充，并指导设计和生产。后来美国又颁布了一系列规范和指南，都对装备的ＦＦＯＰ指标有了明确的要求［ ２ －３］。在１９９６年英国国防部（Ｍｉｎｉｓｔｒ ｙｏｆＤｅｆｅｎｃｅ，ＭＯＤ）提出免维修工作期（ＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅＦｒｅｅＯｐ －ｅｒａｔｉｎ ｇＰｅｒｉｏｄ，ＭＦＯＰ）的 概 念 以 后［，ＦＦＯＰ 就通 常 与 ＭＦＯＰ 结 合 度 量 产 品 的 耐 久 性。ＭＦＯＰ概 念 比 ＦＦＯＰ 严 格，在 ＭＦＯＰ 内，产 品不 允 许 出 现 任 何 影 响 性 能 和 任 务 的 失 效 事 件；而 ＦＦＯＰ 内 不 允 许 故 障 但 允 许 维 修 活 动，ＦＦＯＰ是 一 系 列 免 维 修 工 作 期 的 集 合。文 分 析 了 英 国 国 防 部 为 新 一 代 战 机 提 出 的ＭＦＯＰ概 念，与平均 故 障 间 隔 时 间（ＭｅａｎＴｉｍｅＢｅｔｗｅｅｎＦａｉｌｕｒｅｓ，ＭＴＢＦ）进 行 了 对 比，并分 别研 究 了 基 于 任 务 可 靠 度 和 更 新 理 论 的 ＭＦＯＰ预 计 方 法，于 英 国 的 超 高 可 靠 飞 行 器（ＵｌｔｒａＲｅｌｉａｂｌｅＡｉｒ －ｃｒａｆｔ，ＵＲＡ）和 未 来 攻 击 飞 行 器（ＦｕｔｕｒｅＯｆｆｅｎ －ｓｉｖｅＡｉｒｃｒａｆｔ，ＦＯＡ）项 目。当前国内外的研究大多集中在对无故障工作期／免维修工作期（Ｆ ／Ｍ－ＦＯＰ）概念的阐述以及适场合 分 析 等 方 面［ ７ －１１］，证 明 了 基 于 Ｆ ／Ｍ－ＦＯＰ维修策略的有效性。文献［ １２］ ～文献［ １４］ 假设产品故障为有限时间区间内的离散事件，基于统计方法估计了产品存在某固定长度 ＭＦＯＰ 的概率。文献［ １５］ 以典型机电产品为案例，研究故障事件为齐次泊松过程情况下 ＦＦＯＰ 的评估方法，并对结果进行了合理性分析。文献［ １６］ 和文献［ １７］ 基于 Ｐｅｔｒｉ网络，使 用 仿 真 方 法 分 析 了 固 定 ＭＦＯＰ系统的可靠 度。以 上 研 究 集 中 在 ＭＦＯＰ 预 计 方法方面，没有考虑维修策略对 ＦＦＯＰ 的影响。然而，为 促 进 基 于 ＦＦＯＰ 维 修 策 略 的 应 用，需 要 进一步研究 ＦＦＯＰ的预计方法与模型。在很多 情 况 下，产 品（系 统）的 Ｆ ／Ｍ－ＦＯＰ 大多由运行 过 程 中 随 机 故 障 事 件 之 间 的 相 对 位 置（时间、空间距离）决定，相对位置的远近直接影响产品的 ＦＦＯＰ。以 图 １ 所 示 的 时 间（空 间）区 间［ ０，Ｌ］ 为例，假设系统是一个客户服务系统，为一个客户服务的免维修周期为ｓ。如果两个或者更多的客户集中在ｓ内出现，如图１（ａ）所示，则系统会出现过载（故障），此系统的 ＦＦＯＰ 为ｓ的 概 率就是Ｐ｛ ｎ［ ｔ，ｔ＋ｓ］ ≤１｝，ｎ［ ｔ，ｔ＋ｓ］ 为［ ｔ，ｔ＋ｓ］ 区间内的客户数量。类似的方法也可以用于分析交通处理系统，如图１（ｂ）所 示，如 果 一 个 交 通 意 外 的恢复 周 期 为ｓ，在 这 段 周 期 内 出 现 的 其 他 意 外 则会导致拥堵（故障）； 如果把事件区间换作一段钢结构（见图１（ｃ））或者电缆（见图１（ｄ）），也存在一个极 限 区 间ｓ，在 这 个 区 间 内 应 力 集 中 点 或 缺 陷次数要低于某一确定数量，否则会出现故障。以上案例中，客户出现与事故发生时刻

泊松过程是描述随机事件发生的基本数学模型之一，实际生活或自然世界中的随机事件，大多可以用泊 松 过 程 描 述［ １８］。对 于 寿 命 服 从 指 数 分布的产品，故障率是一个常数，寿命周期内随机故障事件可以用齐次泊松过程描述。然而，实践证明，大多数产品的故障率随时间变化的曲线是浴盆曲线［ １９］，故障 率 是 时 变 函 数，故 障 事 件 需 要 用非齐次泊松过程描述。本文首先阐述 ＦＦＯＰ 与 ＭＦＯＰ 之 间 的 区 别与联系，然 后 提 出 一 种 ＦＦＯＰ 预 计 方 法，预 计 故障率函数为浴盆曲线的产品的无故障工作期。该方法作了如下假设： ① 故障事件服从泊松过程；② 故障率函数为浴盆曲线； ③ ＦＦＯＰ内允许固定周期的计划维修，产 品 修 复 如 新； ④ 一 个 ＭＦＯＰ内不允许有任何影响产品正常运行的故障事件，一个维修恢复期（ＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅＲｅｃｏｖｅｒ ｙＰｅｒｉｏｄ，ＭＲＰ）只能处理一次随机故障。在以上假设的基础上，给出了 ＦＦＯＰ 的预计方法、模型和预计步骤，并通过某型无人机舵机对所提方法进行了应用验证。１ ＦＦＯＰ概念与内涵

在 ＭＩＬ－Ａ－８７２４４中，ＦＦＯＰ 被定义为故障概率达到２％ 的 时 间。图 ２ 描 述 了 概 率 密 度 函 数（Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔ ｙ Ｄｅｎｓｉｔ ｙ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ＰＤＦ）、ＦＦＯＰ这３者之间的区别与联系。

根据 ＦＦＯＰ和 ＭＴＢＦ的定义，有

∫ ０ ＦＦＯＰｆ（ｔ）ｄ ｔ＝２％（１）ＭＴＢＦ＝∫ ０ ∞Ｒ（ｔ）ｄ ｔ＝∫ ０∫ ∞ ｔ ∞ｆ（τ）ｄ τ ｄ ｔ（２）

式中： ｆ（ｔ）为故障密度函数； Ｒ（ｔ）为可靠度函数。对于大多数产品来说，由于不可避免 的 随 机失效，图２所示时间ｔ ０ 通常为０，这样就导致产品的 ＦＦＯＰ很短。然而对于具有高可靠性／安全性需求的系统，又 需 要 具 有 一 定 长 度 的 ＦＦＯＰ。这个要求既可以通过设计手段降低产品的故障率实现，对 于 可 修 复 产 品，又 可 以 通 过 固 定 周 期 的 维护，使产品始终工作在比较“ 新” 的状态，进而降低随机故障事件发生的概率来实现。对于可修复的产品，ＦＦＯＰ 与 ＭＦＯＰ 密切相关［ １０］。如果维护频繁，并且能够保证修复如新的话，ＦＦＯＰ会比维护不力的设备要长。建立 ＦＦＯＰ 预 计 模 型 是 预 计 ＦＦＯＰ 的 关 键步骤。若要使产品在整个工作周期［ ０，Ｌ］ 内无故障运行，则要求在每次故障发生前进行维护并恢复到完好状态。由于一个维修恢复期只能处理一次随机故障，所以要求维修次数要和随机故障的次数一致，并且在故障事件实际发生之前就已经得到维修并完全修复，即第ｉ次和第ｉ＋１次维修之间的间隔时间ｓ ｉ，ｉ＋１小于第ｉ次 和第ｉ＋１次实际故障间隔时间Ｓ ｉ，ｉ＋１。若在整个寿命周期［ ０，Ｌ］内出现ｋ 次故障，设定免维修工作期 ＭＦＯＰ ｉ，ｉ＋１＝ｓ ｉ，ｉ＋１，那么 存 在 长 度 为 Ｌ 的 ＦＦＯＰ 的 概 率 ＰＦＦＯＰ（故障发生前都能被完全修复以避免故障实际发生的概率）为［ １５］ＰＦＦＯＰ ＝Ｐ（ｓ ０，１ ≤Ｓ ０，１ ∩ｓ １，２ ≤Ｓ １，２ ∩ „ ∩·ｓ ｋ－１，ｋ ≤Ｓ ｋ－１，式中： ｋ 为故障次数。

２ ＦＦＯＰ的预计模型

研究对象 为 故 障 率 函 数 类 似 浴 盆 曲 线 的 产品，并且故障事件具有泊松过程特性。由于寿命分布不是指数分布，故障率随时间变化，寿命周期内随机故障事件必须用非齐次泊松过程描述。２．１ 泊松过程

泊松过程具有以下特性：

１）令 Ｎ（ｔ）为（０，ｔ］ 中随机事件出现的次数，则有 Ｐ（Ｎ（ｔ）＝ｍ）＝（）λ ｔ ｍｍ！ｅ － λ ｔ（４）式中： λ为故障率／故障强度函数。

２）随机事件之间的间隔时间 Ｔ 互相独立并且服从指数分布特征，即 Ｐ（Ｔ ＞ｔ）＝ｅ － λ ｔ（５）

假设随机事件是故障事件，在ｔ时刻，随机故障事件导致的系统不可靠度为 Ｆ（ｔ）＝Ｐ（Ｔ ＜ｔ）＝１－ｅ － λ ｔ（６）２．２ 浴盆曲线的故障率函数

已有的研究成果表明，基于浴盆曲线 的 故 障密度函数有如下形式［ ２０］： ｆ（ｔ）＝γ β（ｔ ／ α）β －１ｅｘ ｐ（（ｔ ／ α）β ＋ γα（１－ｅｘ ｐ（（ｔ ／ α）β）））（７）对应的可靠度函数为

Ｒ（ｔ）＝ｅｘ ｐ（γα（１－ｅｘ ｐ（（ｔ ／ α）β）））（８）故障率函数为

λ（ｔ）＝γ β（ｔ ／ α）β －１ｅｘ ｐ（（ｔ ／ α）β）（９）式中： α、β、γ 均 为 分 布 函 数 中 的 参 数。绘 制 故 障率函数曲线，如图３所示

从图３可以看出，产品的故障率明显 呈 浴 盆曲线特性，可以描述分布特征为浴盆曲线的产品故障率。２．３ ＦＦＯＰ的预计步骤

研究具有浴盆曲线故障率函数的产 品，与 指数分布不同，其故障率为非常值，且导致故障发生为非齐次泊松过程，对比文献［ １５］ 中ＰＦＦＯＰ的计算公式，可以得到

式中： ｒ为允许的维护次数。在进行 ＦＦＯＰ 预计之前，需要根据式（７）～式（９）确定产品的λ（ｔ）。ＦＦＯＰ的预计步骤如图４

首 先，设 置 ＦＦＯＰ 为 Ｌ 的 置 信 度 ＰＦＦＯＰ ＊ 和设置初始维护次数ｒ＝１。

按照图４所示的流程，对维护次数递增，得到满足式（１１）的最大维护次数ｒ。

［ ］ ｒｓ，（ｒ＋１）ｓ（１２）

对于 大 多 数 工 程 应 用，式（１２）所 描 述 的ＦＦＯＰ区间已经足够。更精确的预计结果可以通过在区间内多点取值，由式（１１）反复校验的方式获取。

基于浴盆 曲 线 故 障 率 函 数 的 ＦＦＯＰ 预 计 方法，能够预计失效过程为泊松过程，并且故障率函数服从浴 盆 曲 线 特 征 情 况 下 的 产 品 无 故 障 工 作期。将 ＦＦＯＰ作为设备耐久性参数之一，可以为产品的寿命评估和维护策略制定提供依据。

四、总结

综上所述，机械故障诊断中的统计分析工作，对延长机械设备的使用寿命、提高企业的经济效益具有十分重要的作用和意义，尤其是随着设备检修工作的日趋复杂化，我们只有重视机械设备日常运行过程中的数据收集和先进统计分析方法的运用，做好机械故障的统计分析工作，才能对机械设备采取有针对性的维护措施，延长机械设备的使用寿命，不断提高设备生产的经济效益。

在今天现代设备管理中设备的零件变得越来越多，有的时候机械的故障不再某个单一的轴承、齿轮或转子等，而是几个或者几组零件。机械系统的相互作用才是故障产生的本质原因。针对关键零件的故障诊断分析往往只能诊断出诱发性故障，不能从根本上解决问题。因此，我们应针对机械的故障的多样性整体分析，从多层面，多角度分析，深入研究系统内部各组成部分的动力特性、相互作用和依赖关系，得出零部件故障的初步结论，接着探索系统故障的根源，找出原发性故障，从而根除机械设备故障隐患。

在现代设备管理中，大多数故障的原因是人为的，对于这个我们应建立相关的管理规章制度，做好人员的培训，尽量避免，做好设备的日常维护。人人都养成维护企业或公司利益思想。

参考文献：

1、基于浴盆曲线故障率函数的FFOP预计方法_马纪明

2、机械故障管理中的统计分析探讨_吴文萍

3、机械故障诊断基础研究_何去何从_王国彪

4、数控车床故障分布规律及可靠性_张英芝

篇8：直流系统接地故障的分析与处理

关键词：直流系统接地,接地原因,危害分析,处理方法,注意事项

引言

在发电厂内, 汽轮机、锅炉和发电机等主要设备的电气保护和热工保护, 热工信号和报警信号的电源, 辅机设备的控制和保护电源、断路器的直流动力电源、发电机励磁电源以及直流油泵的电源、事故照明电源, 都是由110 V和220 V直流系统供给, 布置复杂、范围大。由于高低温交替变化加上灰尘、雨水、油、蒸汽、潮湿等原因, 对于热工保护装置和端子排、电气设备控制箱等处的直流部分来说, 造成了很大的破坏性, 导致频繁发生直流接地, 室外的直流部分更为严重。直流接地故障在发电厂内普遍存在, 它的危害因地点和设备所处地位不同而影响程度不同, 情况较好的可使设备的保护误动或者拒动, 影响不是很大;较为严重的可能因拒动而造成设备损坏, 或者因误动造成机组停运、跳闸, 甚至会导致大范围的停电, 威胁电网的安全。发生直流一点接地时工作人员要迅速查找接地点, 并尽快消除, 以防止发展成两点接地故障, 造成更大的危害和经济损失。

山西平朔煤矸石发电厂属于坑口电厂, 紧接平朔线 (212省道) , 处于风口地势, 运煤车多、灰尘大, 夏秋两季雨水较多, 温差大, 又因是循环流化床锅炉直接空冷机组, 故辅机设备多, 直流系统供电线路较多, 系统复杂, 投产几年来, 直流一点接地故障较为常见。下面就山西平朔煤矸石发电厂直流一点接地产生的主要原因、危害、查找方法以及奥特迅WJY3000A固定式微机绝缘监测仪在现场使用情况进行论述。

1 直流接地故障发生的原因

1.1 自然因素

山西平朔煤矸石发电厂辅机设备多, 所需直流系统繁杂, 二次回路分布面积大, 在近几年运行过程中由于自然气候的变化、电缆绝缘老化和接头松动及设备受到腐蚀而引起较为频繁的直流一点接地故障, 尤其是遇到阴雨等潮湿天气时, 二次回路及设备严重脏污和受潮、控制箱以及接线盒进水都极易地会引起直流系统接地故障。

1.2 设备质量

二次装置和电缆设备的制造厂商不同, 设备出厂质量存在差异, 所使用的绝缘材料不合格、绝缘强度不够, 这些质量参差不齐的直流设备自然就成为直流系统运行的薄弱环节。

1.3 人为伤害

在电厂的日常生产过程中, 每年都要进行设备和线路定期检查, 在此期间, 直流系统因为拆装、移动、摩擦、清扫, 甚至工作方法不得当而受到不同程度的挤压和机械损伤, 降低了绝缘性能, 在某种条件下就会使直流回路发生接地故障。

1.4 设备施工安装的遗留隐患

在发电厂建设施工改造中, 由于施工人员的粗心和技术水平的不同, 会遗留下各种各样的问题, 直流系统就成为重灾区。这些问题隐蔽并且不易被发现, 如用了过长的接线端子固定螺丝, 紧固后, 螺丝可能离端子固定架很接近, 在运行中因松动或者振动就会造成间歇性接地, 很难查找;又例如接头不紧固、接触电阻大, 导致发热, 绝缘层高温破坏形成接地。随着生产的进行, 这些隐患就会慢慢地暴露出来。

2 直流系统两点接地的危害分析

直流接地故障中, 包含两种情况;一种是直流一点接地, 这种情况因为没有构成电流通路, 没有短路电流流过, 仍能继续运行, 而不会造成直接危害, 但直流一点接地长期工作是不允许的;另一种情况是直流两点接地, 这种情况会构成电流通路, 可能使二次回路部分触点或者继电器短路, 从而引起信号回路、控制回路电气继电保护以及自动装置误动、拒动, 也可能使这些装置直流电源开关跳闸。下面就几种可能性具体举例:

1) 假设直流系统发生一点接地, 在同一极的另一点再发生接地或不同极的某一点接地时, 便构成接地电流通路, 就会造成信号回路、电气继电保护误动作, 引起断路器跳闸。就图1举例:在图1中正极A点发生接地后, 又在F点发生接地时, 便会将转换开关8、7接点短路, 而断路器常开触点QF在断路器合闸状态下是闭合的, 所以L+→A点→F点→QF→YT→L-构成直流电流通路, 电流流过跳闸线圈YT, 断路器跳闸;当图1中A点发生一点接地后, 又在B点发生一点接地时, 就会将电流继电器常开触点K1、K2短路, 直流电源正极→A点→B点→KM→直流负极就有电流通过, 中间继电器KM动作, 其常开触点KM闭合, 而断路器常开触点QF在断路器合闸状态下是闭合的, 直流电流流过信号继电器、连接片LP、断路器常开触点QF、跳闸线圈YT, 跳闸线圈YT启动, 断路器跳闸;在A点和D点接地时, 也会使断路器跳闸, 见图1。

2) 直流接地造成断路器拒绝动作的情况。如若在图1里的E点先发生接地后, 又在D点接地, 跳闸继电器YT就会被短路, 当保护动作后, 即K触点闭合后, 直流电流会经正极电源、K触点、D点、E点流回负极电源, 跳闸继电器YT线圈不会带电, 断路器不跳闸;同理, 当E点接地后, 再在B点或F点、或在C点发生接地, 断路器均会拒跳, 而在保护动作后, 因断路器拒跳, 就会发生设备损毁或者上一级断路器跳闸。

如图, K1和K2是电流继电器触点;KM是中间继电器;KS是信号继电器;LP是连接片;SA是转换开关;HR是信号灯;YT是分闸线圈;K是保护出口触点;QF是断路器常开触点。

3) 直流接地造成直流电源断电的情况。若在图1中E点先发生接地, A点又发生接地, 跳闸控制回路被短接, 直流正负电源被短路, 因接地电阻小, 故流过电流通路即电源正极、1FU、A点、E点、2FU到负极电源的电流很大, 熔断器1FU或者2FU就会熔断, 同样在E点接地后, 再在B点、C点、D点、F点其中一点接地时, 因接地电流大, 熔断器都会熔断, 且因为接地地点不同一些触点可能烧毁。

山西平朔煤矸石发电厂发变组、6 k V厂用电系统和380 V厂用电系统以及大多辅机设备均采用微机保护和综保装置, 体积小, 接线简单, 且布置在室内, 避免了灰尘污染和潮湿, 大大的减少了直流接地的几率。

3 固定式直流系统奥特迅WJY3 000 A绝缘监测仪

1) 为了能及时发现电压或绝缘引起的异常运行, 在直流系统中装设了直流接地微机选线装置, 为方便接地选择, 在直流系统中装设了绝缘监测装置, 以减少选择接地带来的工作量和不安全因素。山西平朔煤矸石发电厂300 MW机组在220 V和110 V直流系统各直流母线段均配置一台奥特迅WJY3000A固定式微机绝缘监测仪, 该装置能实时监测并显示直流母线的对地绝缘电阻, 当绝缘电阻低于设定值时发出报警信号和音响, 并实时自动巡查各个直流分路的对地绝缘电阻值。

2) 奥特迅WJY3000A绝缘监测仪的优缺点。从近几年的现场使用效果来看, 奥特迅WJY3000A绝缘监测仪能准确地监视直流系统的运行情况, 并能准确地报告直流母线段及各分支的接地电阻值情况, 实现存储故障记录, 实现人机对话, 但是对于接地电阻大于30 kΩ的时候, 监测仪就不能准确分辨出接地的直流分支, 给接地故障的查找工作带来不不便, 仍需靠传统的方法去排除。

4 接地故障的查找方法

综合直流系统绝缘监测仪显示的接地电阻值报警记录、接地故障的电源极性, 初步判断接地点位置;立即联系检修人员, 停止有关二次回路的工作, 并断开其直流电源, 检查直流接地报警是否消除;查看有无电动机启停操作, 若有则首先查该回路是否接地;如果接地故障发生在阴雨天气, 则应对室外的系统或封闭不严或者漏蒸汽、漏水等自然条件差的支路进行详细检查;若有新接临时电源应先停此电源;如果系统有环路或者并列回路, 可解开环路, 分开并列回路, 按负荷的重要程度由轻到重逐一切断各支路直流电源检查;用“瞬时停电”对一般的直流负荷和专用的直流负荷排除直流接地点;转移重要的直流负荷, 检查其接带的回路是否有直流接地点;进行直流系统接地故障查找的人员要明确分工, 有人操作、有人监护, 并随时了解掌握表计指示及信号变化的情况。采用瞬时停电的办法判别直流接地时, 应遵循以下的原则:先拉不重要负荷, 如输煤、化燃、除尘等, 后拉重要负荷;先拉合闸电源, 再拉信号、操作作源;取装绝缘监察回路、闪光回路、电压表回路的直流保险。

5 直流系统接地查找时的注意事项

停电前, 先汇报调度并征得对方同意后, 方可用“瞬停”法停电, 为了确保保护装置及带有重合闸装置的电源稳定, 停电时间一般不超3 s时, 应根据接地电阻值、对地电压、报警信号综合考虑;查找直流接地时尽可能躲过高峰负荷时段;做好安全措施以防止人为造成另一点接地或者直流短路, 避免扩大事故;为了不拆错接线和恢复接线时遗留或接错;拆开的线头要做标识, 登记在记录本上, 必须使用与实际接线一致的图纸;查直流接地点用的电工仪表, 必须使用高内阻仪表:220 V的, 内阻应不小于20 kΩ110 V的, 内阻不小于10 kΩ须有两人或以上人员方可进行直流接地点的查找工作, 做好人身触电的防护措施, 必要时专工进行监护;停电前采取必要的措施, 已防止直流电源失电后可能引起保护及自动装置的误动作。

6 结语