大型集群異步電動機初發故障在線檢測技術展望

摘 要：大型集群異步電動機初發故障在線檢測是指直接針對支撐某一生產任務或流程的“集群異步電動機”而實施定子繞組匝間短路故障、轉子斷條故障以及軸承故障等故障萌芽狀態檢測。應用本技術可以實現對異步電動機的快速診斷、自動巡檢、自動報警、遠程監控、歷史數據打印等功能，有效保障安全高效生產，提高企業經濟效益。

關鍵詞：集群；異步；電動機；故障萌芽；在線檢測；展望

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-02

作為機械動力，異步電動機廣泛應用于工業生產與農業領域，其安全運行至關重要。大型異步電動機故障在線檢測（特別是故障萌芽在線檢測）是保障異步電動機安全運行的關鍵措施之一。異步電動機故障主要包括定子繞組匝間短路、轉子斷條與軸承故障，發生概率分別約為15%、15%、40%。上述故障均是漸進發展的，在其故障萌芽階段能夠及時檢測出來無疑是防止事故進一步發展的關鍵步驟。

一、萌芽在線檢測技術出現的背景

大型異步電動機一般處于長時間連續運轉狀態，且工作環境惡劣，因此故障不可避免。異步電動機故障不僅損壞電機本身，而且影響整個傳動系統。如果不能及時發現、檢修，將導致事故、停機。對于石化、鋼鐵、發電及其它工業生產流水線而言，關鍵大型異步電動機的一次事故停機即會造成巨大損失，而在特殊應用領域（軍用艦船、核電站等）甚至導致災難性惡果。

異步電動機的故障主要包括：定子繞組匝間短路、轉子斷條與軸承故障。針對大型異步電動機的速斷性（災難性）故障，主要采取繼電保護措施，如過電壓保護、欠電壓保護、過電流保護、差動保護、逆電流保護、負序保護、接地保護等等。電動機綜合繼電保護措施并不能預防事故的發生，而僅能在事故發生后采取動作，結果是仍將造成停機。

在國內企業中，異步電動機的維修大多還停留在傳統維修的階段，即需要對電動機進行檢測時，一般需要臨時制定方案、準備所用儀器與器件、布置線路，然后進行檢測，操作非常煩瑣。目前，隨著國內在線檢測技術的高速發展，市場上已經相繼出現了電動機故障檢測裝置，能在電動機故障萌芽階段即能方便、可靠地實現在線檢測，因此該技術對于合理安排組織維修、避免事故停機，無疑具有十分重要的意義。

二、傳統設備檢修與預知維修的對比

由于市場競爭中淡、旺季的越來越不確定性，制定檢修計劃不能再像計劃經濟時代按部就班，應視市場情況決策，這就要求企業對自己設備的運行“狀態”做到心中有數。誰能做到、誰先做到，誰將取得巨大的競爭優勢。

設備管理部門應依靠科學手段而不是靠經驗給管理者提供何時檢修的決策依據：從全局來說，避開旺季；從單臺電動機來看，盡量選擇生產間隙，既不影響正常生產，又能保證不事故停機。若能實現此“工程愿景”就會極大地提高企業的綜合效益。現代管理水平高低的一個重要考核指標將是管理結果的“含金量”。“狀態監測、預知維修”剛開展不久，預知維修、何時檢修都是些值得重點研究，并一定會出重要成果的課題。

目前，通常采用“定期檢修（如半年小修，一年大修）”方式避免異步電動機事故停機。但是，由于存在檢修周期，異步電動機可能在檢修周期之內發生故障、事故，“定期檢修”方式對此無能為力，即工程現場所謂的“失檢”；另一方面，在檢修周期來臨之際，異步電動機可能并無故障，甚至狀態良好，“定期檢修”方式將造成工程現場所謂的“過檢”。“失檢”將導致異步電動機事故、停機，其損失不言而喻。“過檢”將導致無謂的維修成本、停機時間。例如：在某鋼鐵企業，以YTM710-10型1400kW、6kV、185A異步電動機為例，其外殼防護等級為IP54，僅僅拆卸其外殼一次即需要十萬元人民幣，遑論解體異步電動機、檢修其定轉子等。因此，“過檢”將造成巨大浪費。圖1為設備管理方式的發展趨勢。

圖1 設備管理方式的發展趨勢

三、萌芽在線檢測技術基本實施方案

大型集群異步電動機故障萌芽在線檢測技術，針對異步電動機集群中的每一臺異步電動機，實現初發性定子繞組匝間短路、轉子斷條與軸承故障的高靈敏度/高可靠性檢測。針對集群異步電動機，設置一后臺監控終端，即后臺服務器計算機；針對每一臺異步電動機，設置一就地檢測單元，采集、處理電動機定子電壓與定子電流信號，實施定子繞組匝間短路、轉子斷條以及軸承等萌芽故障的就地檢測、結果顯示；后臺監控終端通過Ethernet網絡與各個就地檢測單元通訊，通過后臺監控終端，可以監控各個就地檢測單元、讀取其數據、顯示各臺異步電動機的參數、狀態。總體方案可以采用圖2形象描述。

圖2 大型集群異步電動機故障萌芽在線檢測系統

四、萌芽在線檢測技術推廣實施后的經濟效益預期

大型集群異步電動機故障萌芽在線檢測技術能夠對電動機進行“安全和壽命管理”，從而大大減少檢修時間、避免安全隱患、可靠保障企業生產能力。相關資料和用戶數據統計表明：設備40%非直接成本來自于定期維護，狀態監測會減少近30%的維護成本和不必要的停機時間。其中：

提高產量（2-40%）

減少維修費用（7-60%）

提高產品質量（重新回爐生產廢品率減少5-90%）

延長設備壽命（10%-2）

減少零配件庫存（10-60%）

增加庫存周轉率（75%）

降低能耗（5-15%）

增強生產安全及環境保護（社會對此類事故越來越不可原諒）

獲利與投資比可達17：1

綜上所述，大型異步電動機故障萌芽在線檢測技術的出現、發展、應用引發了異步電動機維修體制的一次革命，使傳統的事后維修、定期檢修方式逐步轉變為預知維修方式。該技術可以對大型異步電動機集群中的每一臺異步電動機進行實時、在線的定子繞組匝間短路、轉子斷條以及軸承等初發故障檢測，可以在毫不干擾異步電動機當前運行狀態的前提下、于故障萌芽階段即行報警，并向現場技術人員提供必要信息以合理安排、組織預知維修，從而避免事故停機，減少故障損失，市場發展前景廣闊，具有十分重要的推廣意義。

參考文獻：

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[作者簡介]孫立兵（1975.04-），男，信息自動化部工作，工程師，工業自動化專業，本科，學士學位，研究方向：計算機系統工程、電氣自動化。