興隆煤礦高次諧波故障檢測技術研究與應用

李昌杰 司新江 李方迪

（1.兗州煤業股份有限公司興隆莊煤礦，山東 兗州 272100；2.兗州煤業股份有限公司濟南煤炭科技研究院，山東 濟南 250031）

從設備故障檢測分析、設備劣化趨勢判斷、設備全生命周期管理角度來看，開展“高次諧波故障檢測技術研究與應用”這一研究課題，采用HDS（諧波診斷系統）對煤礦大中型設備進行狀態檢測，可以建立起基于設備狀態的維修維護管理體系，構建主要運行設備健康狀態檢測數據管理及分析系統，對煤礦機電設備使用、維護維修保養、報廢等全生命周期的管理，實現預測設備故障與隱患、按需檢修設備的目標，降低設備的非正常停機時間，減少不必要的工時浪費和配件的損耗，延長設備的使用周期，提高全礦井的生產效率和經濟效益。

1 諧波法設備狀態數據診斷裝置研究

經諧波故障監測理論分析和監測流程分析，可確定故障診斷裝置的硬件部分分為：采集模塊、AD轉換與數據處理模塊、通信模塊、電路控制單元、數據存儲單元和數據分析單元，裝置結構框圖如圖1所示。

圖1 諧波故障監測裝置結構框圖

圖中1為電流檢測部，2為磁場檢測部。通過電流檢測部1進行電流測定，傳感器夾緊裝置為非接觸方式。磁場檢測部2使用搜索式線圈感應器、霍爾元件感應器或磁阻傳感器進行磁通量測定，以測定電流的磁通量；電流檢測部1和磁場檢測部2之間的轉換用切換S實現；10為信號處理裝置，通過20a向運算處理單元20通信；操作裝置30通過輸入端口24向運算處理裝置20輸入條件設定數據，運算結果通過輸出端口25向顯示裝置31輸出下顯示。

圖中10單元為信號處理裝置，通過切換器S的信號，在選擇性信號放大電路11中，與電流檢測部1或者磁場檢測部2所測定的信號等級相對應，信號被選擇性放大，輸入A/D轉換器12，A/D轉換器將放大電路11輸出的模擬信號轉換為數字信號，13為輸出電路，將位于20a的數據作為信號傳送給運算處理裝置20，14是以移位寄存器為中心構成的順序控制電路，15為波形地址選擇電路。20單元為運算處理裝置。21為中央處理裝置（CPU），22為主記憶電路，波形記憶電路28的內容在CPU21控制下作為運算數據被存儲，23為輔助記憶電路，24及25為輸入端口和輸出端口。輔助記憶電路存儲被檢電氣設備的運行數據如設備參數、電壓等級、有無變頻器等，并進行電氣設備的額定值和運行值的條件設定，此時設定值的輸入通過輸入端口24實現。輸入設定信號由操作裝置30輸入。

輸出端口25將CPU21的運算結果向外部輸出，并通過輸出端口25驅動LCD顯示屏、打印機等顯示裝置31，29為運算處理裝置內部總線。

運算處理裝置20設有地址產生計數器26、程序記憶電路27以及波形記憶電路28。地址產生計數器26，地址產生計數器有輸入測定波形、輸出測定波形、程序傳送（FFT方式）等功能。通過程序記憶電路27，系統啟動時FFT程序全部被傳送至CPU21，并將開始指令傳達給信號處理裝置10的串行通信電路。控制電路接受到開始指令后，便重復以下操作步驟：將波形數據傳送至波形記憶電路28；重啟地址產生計數器26；將波形記憶電路28內的波形數據傳輸給CPU21。波形地址選擇電路15根據地址產生計數器26的操作選擇波形地址區域。

2 智能劣化診斷系統應用研究

根據諧波故障監測的理論基礎和專家診斷系統，分析并驗證多次諧波對不同設備故障檢測診斷的方法，根據表1、表2對不同機電設備進行監測，判定被測設備劣化趨勢和生命周期。諧波法設備故障檢測診斷裝置對設備檢測的具體項目如表1。

表1 諧波法設備故障檢測裝置檢測內容

表2 設備劣化部位與高次諧波對應關系

3 分析軟件應用研究

系統采用B/S結構（即瀏覽器/服務器結構），用戶可通過Web遠程訪問系統，方便快捷，并可在異地進行多項操作并監控。本診斷管理系統設計采用基于.NET的技術，采用瀏覽器+中間件+應用服務器+數據庫服務器的多層構架，分離表現邏輯、業務處理邏輯和數據訪問邏輯分開，并支持大量用戶訪問和海量數據的存儲、檢索和管理。

服務器軟件中使用的數據庫是以Microsoft的Access框架生成的。在VS的VC++環境下、在應用內訪問數據庫中，可以利用DAO(Data Access Object)、ODBC (Open Database Connectivity)、 OLE DB、 ADO(ActiveX Data Objects)4個接口界面、服務器軟件中，利用這其中的ODBC來訪問數據庫。

數據庫的應用基于Internet的遠程監控將設備故障診斷技術和計算機網絡技術、信息技術、數據庫與決策支持技術相結合形成遠程協作診斷技術。

4 應用與分析

（1）高次諧波檢測項目的開展，可以使礦方通過解讀檢測報告，對設備的基本狀況有一個全面了解，可實現提前對設備健康狀態預警和生成趨勢圖，對下一步維修保養具有重要的指導意義。

（2）典型案例診斷。選煤中心動篩車間178主電機，該電機承擔著選煤中心動篩車間的原煤運輸任務，功率為132kW，電壓為AC380V。第一次診斷結果報告書如下：

圖2 第一次診斷結果報告書

從報告中可以看出：第一次檢測發現【轉子，軸承，固定（裝置）】項為B3（87.3%），【軸承損壞、異物附著】項為B3（85.3%），【回轉軸異常、接觸部磨損】項為B3（83.4%），設備基礎與負載存在共振現象，負載部軸承受力，存在不平衡振動，軸承或有磨損。我們向礦方建議一個月內做點檢調整，再進行檢測，礦方根據我們的意見，在檢修過程中加強了對軸承的檢修（特別是加強了軸承的潤滑）。一個月后，數據變化為：B2（77.2%），B2（65.4%），B1（54.7%），設備軸承不平衡振動現象趨于好轉。檢測報告如下：

圖3 第二次診斷結果報告書

5 結語

綜上所述，開展“高次諧波故障檢測技術研究與應用”符合煤業公司科技發展的思路，對生產設備維修、維護具有積極的指導意義，同時也具備良好的經濟效益和社會效益，項目的開展是很有必要的。