ESA技術(shù)在電動機(jī)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用探討

徐俊輝

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300452）

1 ESA技術(shù)介紹

電氣特征分析技術(shù)，即ESA，起源于20世紀(jì)70年代，由于可靠性需要提出了對位于核反應(yīng)堆內(nèi)部的電動機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測的需求，后續(xù)的研究表明電動機(jī)的電流總是被其內(nèi)部的故障狀態(tài)所影響或調(diào)制，并且研制出了新的電流和電壓信號調(diào)理技術(shù)，用于對信號的分析和確定故障的性質(zhì)。電氣特征分析的概念是，采集電動機(jī)的電流和電壓信號，對信號進(jìn)行調(diào)理和數(shù)字處理，然后根據(jù)故障對信號的影響機(jī)理分析識別各種故障。三相信號的采集可以直接從一次回路（低壓電動機(jī)）或通過CT在二次回路（高壓電動機(jī)），因此可在電動機(jī)控制中心(MCC)進(jìn)行測試。

目前主要的診斷可由專家診斷系統(tǒng)軟件全自動實(shí)現(xiàn)，這項(xiàng)技術(shù)提供對電動機(jī)的全面地分析和診斷，并得到了實(shí)際檢驗(yàn)。采集數(shù)據(jù)站采集數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，專家系統(tǒng)通過對電氣數(shù)據(jù)進(jìn)行變換得到頻譜，通過輸入的電動機(jī)銘牌參數(shù)計算出電動機(jī)的故障特征頻率，在頻譜里面尋找對應(yīng)的幅值分量大小，結(jié)合知識庫給出維護(hù)建議，實(shí)行預(yù)測維修，從而提高設(shè)備的可用性。

2 電動機(jī)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)介紹

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電動機(jī)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)包括：DMT600電動機(jī)數(shù)據(jù)采集站，EMA-Suite電動機(jī)監(jiān)測和故障診斷軟件平臺。電動機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的軟件包括：EMA-Net網(wǎng)絡(luò)版電動機(jī)在線監(jiān)測診斷軟件、DMT-OLM電動機(jī)在線監(jiān)測管理軟件、EMA-Web電動機(jī)狀態(tài)瀏覽服務(wù)軟件。

DMT-MX數(shù)據(jù)采集站（機(jī)箱）在MCC對連接的電動機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測主機(jī)安裝DMT-OLM在線監(jiān)測管理軟件，按系統(tǒng)設(shè)置要求實(shí)現(xiàn)對各數(shù)據(jù)采集站的控制和數(shù)據(jù)通訊，將定期采集的數(shù)據(jù)處理并存儲到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

局域網(wǎng)上的任何PC可以安裝運(yùn)行EMA-Net電動機(jī)監(jiān)測診斷軟件，為狀態(tài)監(jiān)測分析師提供系統(tǒng)設(shè)置和監(jiān)測分析平臺。也可以另設(shè)一個Web服務(wù)器，安裝EMA-Web服務(wù)軟件，提供工廠內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行電動機(jī)狀態(tài)瀏覽和分析，實(shí)現(xiàn)信息共享。

2.2 DMT600電動機(jī)數(shù)據(jù)采集站

DMT608采集站為標(biāo)準(zhǔn)3U機(jī)箱，包含10個板卡槽，其中，1個為固定為DMT-PWR電源模塊，1個固定為DMT-DAQ數(shù)據(jù)采集模塊，另8個可插入信號調(diào)理模塊：DMT-V6M/L雙路三相電壓信號調(diào)理模塊和DMT-C6X雙路三相電流信號調(diào)理模塊。

可以將電動機(jī)的三相電壓電流信號全部引入一個監(jiān)測柜中，DMT600數(shù)據(jù)采集站可以對電動機(jī)進(jìn)行集中數(shù)據(jù)采集，一個監(jiān)測柜中最多可放置兩臺DMT608，最多監(jiān)測28臺電機(jī)。

采集的數(shù)據(jù)分為兩類，即電量參數(shù)采集和波形數(shù)據(jù)采集。電量參數(shù)包括：三相電壓/電流有效值，偏離值；三相電壓/電流平衡值；電壓電流尖峰值；有效功率，功率因數(shù)；電源頻率，諧波值等43個基本電量參數(shù)。波形包括：三相電流和電壓的高頻數(shù)據(jù)采集、三相電流和電壓的低頻數(shù)據(jù)采集。波形數(shù)據(jù)包含最全面的診斷信息，得到了關(guān)于電源、電動機(jī)電氣和機(jī)械，以及被驅(qū)動設(shè)備的狀態(tài)和故障指示信息。

2.3 系統(tǒng)顯示

基本電量參數(shù)可以通過電壓、電流和功率三組趨勢圖顯示，每組可勾選不同的參數(shù)組合，滿足分析的關(guān)注內(nèi)容、參數(shù)的關(guān)聯(lián)、并清晰顯示趨勢的變化。

電量參數(shù)EMP-2是軟件從波形中提取的參數(shù)，除電量參數(shù)外，EMP-2還包含諧波參數(shù)，電氣診斷參數(shù)和機(jī)械診斷參數(shù)。這些參數(shù)值是評判電機(jī)健康狀態(tài)最重要的參數(shù)，是診斷報告的基礎(chǔ)。通過波形數(shù)據(jù)分析，得到電動機(jī)測量報告和診斷報告。測量報告格式包括三相電壓、電流和功率類數(shù)據(jù)，VDF電壓降級因子，THDF變壓器諧波降級因子，轉(zhuǎn)速，滑差，負(fù)荷，輸出功率，扭矩，電動機(jī)效率，諧波分析數(shù)據(jù)等。

診斷報告包括電源的評價、電動機(jī)的評價以及對機(jī)械的評價。每個診斷項(xiàng)目提供直觀的狀態(tài)等級色碼表示電動機(jī)的狀態(tài)。色碼分為5個等級，1為最嚴(yán)重等級，需盡快維修；2為計劃維修，即安排合適的時機(jī)維修；3為小問題需要進(jìn)行小調(diào)整，或需要進(jìn)一步確認(rèn)；4為有問題的趨勢，需要趨勢跟蹤；5表示設(shè)備正常。

EMA-Net軟件對電動機(jī)進(jìn)行故障分析基本上由專家知識庫自動完成，但仍建議對診斷結(jié)論進(jìn)行數(shù)據(jù)和繪圖上的驗(yàn)證確認(rèn)，有時也需要進(jìn)行必要的調(diào)整，以使診斷更準(zhǔn)確可靠。另外，對應(yīng)專家系統(tǒng)不包含的被驅(qū)動設(shè)備和負(fù)荷過程的分析，專業(yè)診斷工程師可以利用軟件提供的繪圖工具進(jìn)行具體詳細(xì)的分析。

3 電動機(jī)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

電動機(jī)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)有以下諸多優(yōu)勢：

（1）對電動機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，提前發(fā)現(xiàn)和全面分析旋轉(zhuǎn)設(shè)備存在的問題，實(shí)施行之有效的預(yù)測維修，避免非計劃停機(jī)造成的生產(chǎn)損失和高昂維修成本，保證電動機(jī)安全可靠綠色運(yùn)行。

（2）只需在MCC控制室集中采集電動機(jī)的三相電壓和電流數(shù)據(jù)，無須在電動機(jī)現(xiàn)場安裝傳感器、儀器和布線。

（3）可以24小時/7天連續(xù)監(jiān)測電動機(jī)的狀態(tài)，可通過聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測分析，及時發(fā)現(xiàn)狀態(tài)變化，通知報警和瀏覽。

（4）診斷覆蓋電源，電動機(jī)，被驅(qū)動設(shè)備和工藝過程。包括：轉(zhuǎn)子電氣健康狀態(tài)，轉(zhuǎn)子機(jī)械平衡狀態(tài)，氣隙靜態(tài)和動態(tài)偏心狀態(tài)，繞組阻抗，匝間短路評價，繞組松動評價；電氣平衡狀態(tài)，功率輸出，功率因數(shù)，電動機(jī)效率，電源諧波分析；被驅(qū)動機(jī)械和動態(tài)負(fù)荷分析，軸承故障分析。如圖1所示。

圖1

（5）適用于交流異步、變頻、同步和發(fā)電機(jī)，和直流電動機(jī)。

（6）也支持本地或云數(shù)據(jù)庫，支持遠(yuǎn)程專家診斷。

4 案例應(yīng)用

某海上平臺壓縮機(jī)，安裝電動機(jī)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)后，通過全面檢測電氣和機(jī)械故障，跟蹤和預(yù)測其發(fā)展，及時獲得設(shè)備狀態(tài)信息，為生產(chǎn)運(yùn)行和設(shè)備可靠性維護(hù)提供決策依據(jù)，實(shí)行預(yù)測維修，避免設(shè)備事故和非計劃停機(jī)造成的惡劣影響和經(jīng)濟(jì)損失，保證電動機(jī)安全、可靠并綠色運(yùn)行，提高設(shè)備可用性和使用壽命。

系統(tǒng)投入使用后，系統(tǒng)自動生成診斷報告，如圖1。