礦山機電設備故障診斷技術探討

劉江斌

（陜西澄城董東煤業有限責任公司，陜西 渭南715200）

1 礦山機電設備故障診斷技術介紹

1.1 簡單的主觀診斷

利用簡單的診斷儀器和從業人員診斷方面的經驗對故障進行診斷和檢修。主觀診斷技術有以下幾種方式:感官檢查、參數測量、邏輯分析、故障分析等。其中直覺法就是利用人體的感官對故障的原因進行查找和分析；此種方式可即時的對故障進行查找和排查，并進行解決這種診斷技術對從業人員經驗要求較高，雖然直接方便、速度快，但是可靠性低，容易造成誤判。

1.2 儀器診斷法

儀器診斷法就是利用監測儀器，如示波器#頻譜分析儀等對礦山機電進行狀態監測和數據采集。如：振動幅值、頻率、相位、轉速、模態以及溫度、壓力、流量等工藝參數，然后用儀器顯示的結果，或者相應軟件分析的結果，記錄分析結果并判斷故障的情況。一旦機電設備再出現故障，可以把當前的數據和歷史數據進行比較，再結合體現出來的故障特征，利用設備故障診斷知識，做出新一輪的故障判別，并再次做好記錄。通過這樣的方式，建立一種此類機電設備的故障診斷的數據庫，以應對復雜多變的礦山機電設備故障問題。

1.3 無損檢測診斷技術

無損檢測技術是指在不破壞被檢測對象的情況下，對機電設備本體或者零件表面、金屬材料內部、零部件之間的結合部等產生的缺陷和缺陷變化進行探測的技術，一般包括$超聲波檢測技術、射線照相檢測技術#表面缺陷的檢測技術。這種故障診斷和檢測技術不會對檢測主體造成破壞，但是它的技術含量高，充分結合了計算機技術、傳感器技術和頻譜分析技術，費用也相對較高，所以目前這種技術在很多方面還不是很成熟，但是它是機電設備故障診斷技術的一個未來發展趨勢。

1.4 智能診斷技術

隨著人工智能技術的不斷發展，以知識處理為核心的智能故障診斷技術已經成為設備故障診斷技術的一個主要發展方向。智能故障診斷技術是在自動測試技術和信號處理技術的基礎之上，將人工智能的理論和方法應用到機電設備故障診斷領域，實現診斷過程的智能化。目前神經網絡系統和專家系統是現代化機電設備主要的智能故障診斷技術。

2 采煤機工況的故障檢測與診斷

2.1 變頻器通信單元

所用變頻器可檢測27個工況檢測參數，并有獨立的液屏，顯示屏，能顯示采煤機的牽引速度牽引電機電流、變頻器輸入電壓等參數，并具有溫度保護、過壓、欠壓、過流、過載等多種保護功能。變頻器通信單元的主要功能是將變頻器工述檢測信號傳送到工況檢測及故障診斷中心，由檢測中心進行相應的處理，并進行中文或圖形方式集中顯示。

2.2 工況檢測及故障診斷單元

該單元嵌入微型計算機中，采用Windows操作系統。該單元與采煤機控制中心采用接點通信方式，一旦故障診斷單元檢測、診斷出有故障或事故發生時，屏幕立刻顯示出故障類型，并向控制中心發出相應信號，由控制中心進行相應的控制操作，如進行聲光報警或進行故障保護。

2.3 檢測152.4mm顯示單元

該顯示單元由一塊480×640線的彩色液晶顯示屏及有關電路組成。顯示內容包括采煤機所有工況檢測參數、操作及運行狀態報警提示和故障診斷結果等。此外還有左、右搖臂檢測單元；機身外圍檢測單元；高壓控制箱檢測單元三個主要單元。

3 礦用高壓異步電動機的故障檢測與診斷

常見故障特征提取方法包括信號處理、模式識別和參數辯識?，F代信號處理技術的發展為故障診斷提供了強有力的工具，人工智能技術的應用大大提高了診斷的精度和范圍。模糊邏輯、人工神經網絡、專家系統等人工智能技術都被應用于異步電動機的故障診斷，取得了較好的效果。異步電動機故障常見的檢測與診斷方法有：

3.1 局部放電檢測

利用檢測定子電流的電流互感器(CT)和高頻檢測儀，或通過射頻天線和帶通濾波器檢測局放脈沖，可辨別各種局放源以診斷定子的不同故障。這種方法對有些低壓電機效果較差。

3.2 電流高次諧波檢測

定子繞組故障可引起定子電流的高次諧波增加，尤其是定子繞組匝間短路故障。據研究，匝間短路時定子電流的5、11、17次諧波顯著增加，其中5次諧波增加較多。根據電動機故障所表現的不同特征，又分為對稱故障和不對稱故障兩大類：(1)對稱故障如過載、堵轉和三相短路等，這類故障最明顯的特征是電動機電流明顯增大，因此可通過電動機過流程度來診斷這類故障。(2)不對稱故障如斷相、相間短路、匝間短路、單相接地和兩相接地等。有關研究表明，當定子繞組的一個線圈對中性點短路時，三相電流的幅值為1.07、0.89、0.91（標么值）。因此，利用定子電流的不平衡現象檢測異步電動機的定子繞組故障較為方便有效。這類故障最明顯的特征是電動機電流中出現負序電流和零序電流，因此以零序電流和負序電流分量作為鑒別不對稱故障的判據有較高的可靠性。不對稱故障根據故障點的不同又可分為接地性和非接地性兩大類，故障的類型不同其信號的檢測方法也不同。

3.3 磁通檢測

電機的定子故障會使內部磁通在徑向和切向工的分量發生變化，所以只要檢測出這兩個分量的磁通變化情況，也可診斷出定子故障。這種方法在高壓電機的定子側的多種故障檢測得到了應用，但這種方法需要專門的磁通檢測儀器，使用不方便，對弱信號不易檢測。

4 礦井提升機設備的故障檢測與診斷

提升機是礦山機電設備中最常見、使用最頻繁的設備之一，其主要作用和職能是對材料、礦石，煤炭和工作人員的升降，因此它與礦山企業的正常生產和工作人員的生命安全息息相關。提升機最容易出現的故障就是松繩故障，一旦發生其危害性是非常重大的，有可能會造成嚴重的經濟損失或人員傷亡。

目前，比較先進、高效、簡單的松繩監測裝置，主要包括霍爾傳感器、單片機兩部分，工作原理是：在提升機天輪上逐個安裝小磁鋼，并將霍爾傳感器安裝在最合理的位置，進而實現對提升機天輪運轉速度的有效檢測。提升機在正常工作狀態下，也就是不會出現松繩故障時，提升機天輪的運轉速度是保持不變的，霍爾傳感器測算出來的計數脈沖個數也并無差異，所以單片機得出的天輪行程差為零。而當礦用提升機的鋼絲存在松繩隱患時，提升機的兩個天輪行程會出現不同程度的差異，這時單片機能夠對兩個天輪的行程差進行快速的計算，當其達到預警值后會及時發出報警信號。當保護值和行程差一致時，該裝置會及時發出對提升機設備的控制信號，使提升機能夠及時剎車并停止運轉，進而確保提升機周邊環境的安全。

5 結語

礦山機電設備的故障檢測診斷技術可以為礦山機電設備的相關維護人員和維修人員及時并有效地進行機電設備的故障預測，發現機電設備的故障源頭，分析并找到機電設備的故障原因以及給出機電設備的故障解決方案，防止并預防煤礦機電設備安全事故的發生。因此煤礦企業應該大力推動礦山機電設備智能診斷檢測技術的研究和發展，以保證礦山機電設備的安全性與可靠性，減少并力爭避免安全事故的產生。

［1］孫新城.淺析煤礦機電設備維修中故障檢測診斷技術的應用[J].企業技術開發,2011.

［2］井學慶.礦山機電設備故障診斷技術的研究與探討[J].黑龍江科技信息,2012.