諧波法電氣設(shè)備帶電狀態(tài)故障預警智能診斷系統(tǒng)的分析與應用

王定乾

（晉能控股煤業(yè)集團鑫海公司，山西 沁水 048000）

1 項目概況

給煤礦一類負荷供電要保障設(shè)備的連續(xù)運行，鄭莊礦作為高瓦斯礦井，其設(shè)備檢修尤為重要，例如：地面主扇，通過倒機檢修，平時只有巡檢設(shè)備的電流、聲音等作為設(shè)備完好的依據(jù)，一旦發(fā)生故障后果比較嚴重。如對設(shè)備進行過度維修，雖然保證了設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運行，但導致設(shè)備運行成本居高不下；如果繼續(xù)按照目前的傳統(tǒng)管理模式運行，是有可能因為設(shè)備監(jiān)測與管理手段落后，導致防不勝防的異常突發(fā)事故發(fā)生。

鄭莊礦機電設(shè)備傳統(tǒng)的維護是以定期停機檢測、定期停機維修為主，而停機后檢測不能真正反映其實際運行狀態(tài)，可見，定期檢測和定期維修都不是最完美的保養(yǎng)策略。于是人們提出了“狀態(tài)監(jiān)測”“按需維修”的概念[1]，即根據(jù)設(shè)備狀態(tài)進行維修保養(yǎng)。“狀態(tài)監(jiān)測”“按需維修”，不但能大幅降低維保成本、節(jié)約維保時間、減少資源浪費，同時也能延長設(shè)備使用壽命，減少人為故障。但“狀態(tài)監(jiān)測”“按需維修”策略一直沒能獲得推廣應用。

鑒于此，結(jié)合鄭莊礦的實際情況，尋求一種在不停電、不停機狀態(tài)下對系統(tǒng)運行狀況進行狀態(tài)監(jiān)測、對設(shè)備故障或劣化狀態(tài)進行預判、進而對設(shè)備故障建立預警機制的新技術(shù)、新設(shè)備，并在該礦加以應用，就顯得尤為重要和迫切。

2 帶電狀態(tài)故障預警檢測智能診斷系統(tǒng)的開發(fā)目標和內(nèi)容

通過對煤礦機電設(shè)備健康狀態(tài)的定期檢測，建立起符合煤礦實際情況的機電設(shè)備檢測標準體系和狀態(tài)檢修維護的管理體系，完善煤礦機電設(shè)備檢修維護管理制度，實現(xiàn)由“定期檢測、定期檢修”向“狀態(tài)監(jiān)測、按需檢修”的轉(zhuǎn)變，提升煤礦機電設(shè)備的管理水平。

對礦井設(shè)備的運行情況進行全面檢測和預警是煤礦機電設(shè)備管理的重中之重，所以本項目在吸收國內(nèi)外各種設(shè)備狀態(tài)維修與檢測設(shè)備及系統(tǒng)的經(jīng)驗基礎(chǔ)上，擬采用“諧波法電氣設(shè)備帶電狀態(tài)故障預警檢測智能診斷系統(tǒng)”，針對該礦一定范圍內(nèi)的機電設(shè)備健康狀況進行全生命周期性跟蹤管理。

利用驅(qū)動電氣設(shè)備在工作過程中，不同部件故障特征和劣化特征產(chǎn)生的對驅(qū)動電流擾動而引起電磁場變化的原理，開發(fā)礦用本安型諧波診斷設(shè)備，構(gòu)建基于諧波分析技術(shù)的礦井設(shè)備智能劣化診斷系統(tǒng)。通過定期、連續(xù)檢測，積累樣本數(shù)據(jù)，對設(shè)備狀態(tài)進行趨勢管理，以量化形式揭示潛在故障的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移規(guī)律，智能診斷設(shè)備故障原因與故障嚴重程度，為提高應急管理水平和加強設(shè)備維保管理提供重要參考建議。

3 YGX1-12礦用本安型故障諧波檢測儀

3.1 系統(tǒng)的組成和原理

YGX1-12礦用本安型故障諧波檢測儀設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)主要由YGX1-12型便攜式主機及傳感器、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、遠程專家診斷系統(tǒng)等部分組成，該設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖如下頁圖1所示。該設(shè)備采用非接觸式測量方式，檢測作業(yè)時不需要被測設(shè)備停電?？蓪﹄妱訖C、變頻器、變壓器、不間斷電源等設(shè)備進行工作諧波檢測并存儲數(shù)據(jù)。作為原始數(shù)據(jù)用于地面計算機對被檢設(shè)備的可能性故障進行事前數(shù)據(jù)庫對比分析，以實現(xiàn)對被檢設(shè)備的預期故障判斷。

圖1 結(jié)構(gòu)框圖

3.2 功能分析

檢測評估被監(jiān)測設(shè)備的劣化部位及劣化值；檢測評估設(shè)備的運行狀況及潛在的隱患；預測評估設(shè)備的剩余壽命，提前做好零部件的更換工作；分析設(shè)備產(chǎn)生故障的各類因素，為安全運行提供更好的依據(jù)。

3.3 主要技術(shù)規(guī)格及參數(shù)

外觀尺寸為322 mm×275 mm×138 mm；質(zhì)量≤6 kg；本安參數(shù)為Uo=15 V、Io=1.6 A；防護等級為IP54；供電電池為10節(jié)18670型金屬氫化物鎳電池DC 1.2 V 4 500 mAh串聯(lián)；電源適配器為100~220 V/19.6 V；諧波感應器耐電壓≤6 000 V；基波范圍為20~120 Hz；探測諧波為2~40次；非接觸有效檢測距離范圍優(yōu)于5 cm；非接觸有效測試夾角范圍優(yōu)于35°；分析諧波為2~40次；負載容量大于1 kW，電流大于2 A；額定電壓為DC 12 V；工作電流≤500 mA；工作電流為供電直流10.5~15 V范圍[2]。

4 工業(yè)性試驗

從2018年5月開始，采用YGX1-12礦用本安型故障諧波檢測儀在鄭莊煤礦井上下機電設(shè)備建立了一套煤礦帶電運行機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、故障預警、智能診斷系統(tǒng)。從2018年6月—2018年12月，該YGX1-12礦用本安型故障諧波檢測儀設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)已在鄭莊煤礦進行了工業(yè)性試驗6個月。該設(shè)備系統(tǒng)已連續(xù)無故障運行時間6個月，系統(tǒng)運行情況安全穩(wěn)定。

以選煤廠178主電機為對象，將諧波法故障預警智能診斷系統(tǒng)的應用進行分析闡述。178主電機功率為132 kW，電壓為AC380 V，采用YGX1-12型故障諧波檢測儀進行第一次診斷時的報告書如表1所示。

表1 第一次診斷報告書

從檢測報告可知：該設(shè)備轉(zhuǎn)子、軸承、固定（裝置）項異常劣化比例達到87.3%，軸承損壞、異物附著項異常劣化比例達到85.3%，回轉(zhuǎn)軸異常、接觸部磨損項異常劣化比例達到83.4%，這充分說明178主電機負載部軸承受力存在不平衡振動，軸承或有磨損。針對這一情況，對該設(shè)備在一周內(nèi)做點檢調(diào)整，調(diào)整后進行第二次診斷，檢測報告如表2所示。數(shù)據(jù)表明第一次項異常劣化項目的數(shù)據(jù)分析降低到77.2%、65.4%、54.7%，設(shè)備軸承不平衡振動現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)。

表2 第二次診斷報告書

5 應用效果分析

該設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)應用表現(xiàn)出了以下優(yōu)點：可同時檢測出機械和電氣部分的異常和劣化問題；可預測出劣化部位及其中壽命；可非接觸、帶電進行診斷；可檢測發(fā)電機/電動機的效率；可在帶電狀態(tài)下，診斷出發(fā)電機/電動機繞組的初期絕緣劣化；最高診斷精度可達95%。

該設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)在鄭莊煤礦的應用效果理想，安全經(jīng)濟效益顯著，主要表現(xiàn)在：幅度降低了機電設(shè)備的維修保養(yǎng)成本，該診斷系統(tǒng)的應用是以往事后維護方式成本的10%；有效地提高了機電設(shè)備運行的安全性；能預防偶發(fā)故障，在帶電狀態(tài)下進行非接觸診斷，保障了維修人員的安全，診斷簡便快捷，不受現(xiàn)場環(huán)境的影響；有效提高了機電設(shè)備的使用壽命；有效提高了煤礦開采效率，減少了機電設(shè)備的停機率、停機時間，提高作業(yè)效率，減少定期點檢，提高設(shè)備維護效率。