兴隆煤矿高次谐波故障检测技术研究与应用

李昌杰 司新江 李方迪

（1.兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿，山东 兖州 272100；2.兖州煤业股份有限公司济南煤炭科技研究院，山东 济南 250031）

从设备故障检测分析、设备劣化趋势判断、设备全生命周期管理角度来看，开展“高次谐波故障检测技术研究与应用”这一研究课题，采用HDS（谐波诊断系统）对煤矿大中型设备进行状态检测，可以建立起基于设备状态的维修维护管理体系，构建主要运行设备健康状态检测数据管理及分析系统，对煤矿机电设备使用、维护维修保养、报废等全生命周期的管理，实现预测设备故障与隐患、按需检修设备的目标，降低设备的非正常停机时间，减少不必要的工时浪费和配件的损耗，延长设备的使用周期，提高全矿井的生产效率和经济效益。

1 谐波法设备状态数据诊断装置研究

经谐波故障监测理论分析和监测流程分析，可确定故障诊断装置的硬件部分分为：采集模块、AD转换与数据处理模块、通信模块、电路控制单元、数据存储单元和数据分析单元，装置结构框图如图1所示。

图1 谐波故障监测装置结构框图

图中1为电流检测部，2为磁场检测部。通过电流检测部1进行电流测定，传感器夹紧装置为非接触方式。磁场检测部2使用搜索式线圈感应器、霍尔元件感应器或磁阻传感器进行磁通量测定，以测定电流的磁通量；电流检测部1和磁场检测部2之间的转换用切换S实现；10为信号处理装置，通过20a向运算处理单元20通信；操作装置30通过输入端口24向运算处理装置20输入条件设定数据，运算结果通过输出端口25向显示装置31输出下显示。

图中10单元为信号处理装置，通过切换器S的信号，在选择性信号放大电路11中，与电流检测部1或者磁场检测部2所测定的信号等级相对应，信号被选择性放大，输入A/D转换器12，A/D转换器将放大电路11输出的模拟信号转换为数字信号，13为输出电路，将位于20a的数据作为信号传送给运算处理装置20，14是以移位寄存器为中心构成的顺序控制电路，15为波形地址选择电路。20单元为运算处理装置。21为中央处理装置（CPU），22为主记忆电路，波形记忆电路28的内容在CPU21控制下作为运算数据被存储，23为辅助记忆电路，24及25为输入端口和输出端口。辅助记忆电路存储被检电气设备的运行数据如设备参数、电压等级、有无变频器等，并进行电气设备的额定值和运行值的条件设定，此时设定值的输入通过输入端口24实现。输入设定信号由操作装置30输入。

输出端口25将CPU21的运算结果向外部输出，并通过输出端口25驱动LCD显示屏、打印机等显示装置31，29为运算处理装置内部总线。

运算处理装置20设有地址产生计数器26、程序记忆电路27以及波形记忆电路28。地址产生计数器26，地址产生计数器有输入测定波形、输出测定波形、程序传送（FFT方式）等功能。通过程序记忆电路27，系统启动时FFT程序全部被传送至CPU21，并将开始指令传达给信号处理装置10的串行通信电路。控制电路接受到开始指令后，便重复以下操作步骤：将波形数据传送至波形记忆电路28；重启地址产生计数器26；将波形记忆电路28内的波形数据传输给CPU21。波形地址选择电路15根据地址产生计数器26的操作选择波形地址区域。

2 智能劣化诊断系统应用研究

根据谐波故障监测的理论基础和专家诊断系统，分析并验证多次谐波对不同设备故障检测诊断的方法，根据表1、表2对不同机电设备进行监测，判定被测设备劣化趋势和生命周期。谐波法设备故障检测诊断装置对设备检测的具体项目如表1。

表1 谐波法设备故障检测装置检测内容

表2 设备劣化部位与高次谐波对应关系

3 分析软件应用研究

系统采用B/S结构（即浏览器/服务器结构），用户可通过Web远程访问系统，方便快捷，并可在异地进行多项操作并监控。本诊断管理系统设计采用基于.NET的技术，采用浏览器+中间件+应用服务器+数据库服务器的多层构架，分离表现逻辑、业务处理逻辑和数据访问逻辑分开，并支持大量用户访问和海量数据的存储、检索和管理。

服务器软件中使用的数据库是以Microsoft的Access框架生成的。在VS的VC++环境下、在应用内访问数据库中，可以利用DAO(Data Access Object)、ODBC (Open Database Connectivity)、 OLE DB、 ADO(ActiveX Data Objects)4个接口界面、服务器软件中，利用这其中的ODBC来访问数据库。

数据库的应用基于Internet的远程监控将设备故障诊断技术和计算机网络技术、信息技术、数据库与决策支持技术相结合形成远程协作诊断技术。

4 应用与分析

（1）高次谐波检测项目的开展，可以使矿方通过解读检测报告，对设备的基本状况有一个全面了解，可实现提前对设备健康状态预警和生成趋势图，对下一步维修保养具有重要的指导意义。

（2）典型案例诊断。选煤中心动筛车间178主电机，该电机承担着选煤中心动筛车间的原煤运输任务，功率为132kW，电压为AC380V。第一次诊断结果报告书如下：

图2 第一次诊断结果报告书

从报告中可以看出：第一次检测发现【转子，轴承，固定（装置）】项为B3（87.3%），【轴承损坏、异物附着】项为B3（85.3%），【回转轴异常、接触部磨损】项为B3（83.4%），设备基础与负载存在共振现象，负载部轴承受力，存在不平衡振动，轴承或有磨损。我们向矿方建议一个月内做点检调整，再进行检测，矿方根据我们的意见，在检修过程中加强了对轴承的检修（特别是加强了轴承的润滑）。一个月后，数据变化为：B2（77.2%），B2（65.4%），B1（54.7%），设备轴承不平衡振动现象趋于好转。检测报告如下：

图3 第二次诊断结果报告书

5 结语

综上所述，开展“高次谐波故障检测技术研究与应用”符合煤业公司科技发展的思路，对生产设备维修、维护具有积极的指导意义，同时也具备良好的经济效益和社会效益，项目的开展是很有必要的。