張松濤，吉 哲，呂 飛

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基于模糊灰色關(guān)聯(lián)度分析的船用三相異步電動機技術(shù)狀態(tài)評估

張松濤，吉 哲，呂 飛

(海軍士官學校，安徽蚌埠 233012)

對船用三相異步電機進行技術(shù)狀態(tài)評估，可科學掌握電動機的技術(shù)狀態(tài)，為裝備維修提供輔助決策。本文在查閱文獻、征求專家意見的基礎上，系統(tǒng)地建立了船用三相異步電動機技術(shù)狀態(tài)評估指標體系，并通過模糊數(shù)的方法確定了各指標權(quán)重，最后建立了基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的技術(shù)狀態(tài)評估模型。經(jīng)實例分析表明，基于模糊灰色關(guān)聯(lián)度分析的船用三相異步電動機技術(shù)狀態(tài)評估方法合理可行。

船用三相異步電動機 灰色關(guān)聯(lián)度分析 模糊 評估

0 引言

船用三相異步電動機廣泛應用于船舶電力拖動設備，是船舶上一種重要的動力設備。船用電動機雖然比普通電動機有更高的防護等級，但其長期工作在“高溫”、“高濕”、“高鹽”的工作環(huán)境中，極易受到惡劣環(huán)境的影響，使電動機的技術(shù)性能受到較大影響，進而影響船舶電力拖動設備的正常使用。

為了確保船用電動機的正常使用，船員會定期對電動機的絕緣值等部分技術(shù)參數(shù)進行測量，以初步判斷電動機能否允許正常啟動，但并不能確定電動機的技術(shù)狀態(tài)。文獻[1]通過測量電機的振動值對電機進行在線狀態(tài)監(jiān)測，文獻[2]通過測量電機的溫度、電量和振動值對電機進行在線狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，文獻[3]通過測量異步電動機的振動、轉(zhuǎn)速波動、電流和絕緣對電動機進行故障分析狀態(tài)監(jiān)測，以上方法均選取了影響電動機技術(shù)狀態(tài)的部分參數(shù)對其進行狀態(tài)評估，指標體系不夠全面，為了更加客觀地對船用電動機的技術(shù)狀態(tài)進行評估，需要建立更加全面的評價指標體系，并采用適當?shù)脑u估方法，進而對電動機的技術(shù)狀態(tài)做出客觀的評估。

1 船用三相異步電動機技術(shù)狀態(tài)評估指標體系的建立

通過調(diào)研、查閱文獻和專家咨詢，按照各指標相互獨立的原則，對船用三相異步電動機的技術(shù)參數(shù)進行深入分析，選取了絕緣、電流、振動、溫升和轉(zhuǎn)速波動共5個參數(shù)作為評估指標。

1.1 絕緣

船用電動機的絕緣是各項技術(shù)參數(shù)中非常重要的一個指標，電動機的絕緣測量也是船員的一項經(jīng)常性工作，電動機的絕緣一旦低于規(guī)定值（一般為0.5MΩ），就不允許啟動，否則容易造成事故。三相電動機絕緣值包括相間絕緣和三相對地絕緣值共6組數(shù)據(jù)，為了能夠嚴格地電動機的技術(shù)狀態(tài)做出評估，選取測得絕緣值的最低值作為評估指標值。

1.2 電流

測量三相異步電動機正常運行的線電流值共3組數(shù)據(jù)，分別計算三相電流不平衡度，取三相電流不平衡度的最大值作為評估值。

1.3 振動

引起電動機振動的主要原因有電氣故障和機械故障，參數(shù)包括位移、速度和加速度等，在進行實際振動測量時，多采用位移作為判斷依據(jù)。

1.4 溫升

電動機的溫升值也能反應出電動機的技術(shù)狀態(tài)。

1.5 轉(zhuǎn)速波動

當電動機出現(xiàn)轉(zhuǎn)子導條故障、軸承損壞等故障時，轉(zhuǎn)速會出現(xiàn)波動，通過轉(zhuǎn)速波動的測量也能反應出電動機的技術(shù)狀態(tài)。

2 指標去量綱化

由于各指標的量綱不同，而且各指標數(shù)值差異較大，不能直接進行狀態(tài)評估，應把各指標值進行去量綱化處理。對于指標值越大，技術(shù)狀態(tài)越好的指標稱為正指標，反之，為負指標。本文建立的指標體系中，絕緣為正指標，其余均為負指標。設每個評價對象有個指標，則對于正指標，采用公式（1）進行無量綱化處理：

對于負指標，采用公式（2）進行無量綱化處理：

i為去量綱化處理后的數(shù)值，i為去量綱化處理之前的數(shù)值，max、min分別為同一指標中的最大值和最小值。

3 基于模糊數(shù)的權(quán)重確定

確定權(quán)重時，先向船用電動機的設計研究員、操作使用員和維修員進行問卷調(diào)查，由其對各指標間的相對重要程度進行判定，建立判斷矩陣，進而求出權(quán)重。指標相對重要程度比較多采用確定數(shù)值，由于調(diào)研對象的個人偏好和判斷能力不同，很難用一個確定數(shù)值把比較值表示出來，如果采用模糊數(shù)來表示就容易些，具體標度規(guī)則見表1。

采用基于模糊數(shù)的互補兩兩比較賦權(quán)法[4-6]，得出判斷矩陣：

Lee和Li定義了模糊集的綜合指標：

是由決策者確定的權(quán)值，可反映決策者對均值和散布的重視程度，這里取=0.6。最后，對求得的數(shù)據(jù)進行歸一化處理，即得出權(quán)重。

通過對8名設計研究員、7名操作使用員和10名維修員的問卷調(diào)查，經(jīng)過計算得出1=0.3153，2=0.1985，3=0.1305，4=0.2538，5=0.1019。

4 基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的評估模型

灰色關(guān)聯(lián)度分析[8-11]是一種多因素統(tǒng)計方法，以樣本數(shù)據(jù)為參考，用灰色關(guān)聯(lián)度來描述各因素（指標）間關(guān)系的大小和排序，一般有以下幾個步驟：

4.1 確定分析序列

ij(1≤≤,1≤≤)為無量綱化處理后的第個評價對象的第個指標值，0j(1≤≤)為選定的參考值。

4.2 計算差序列

利用公式（8）建立一個差序列，

4.3 求關(guān)聯(lián)系數(shù)

通過公式（9）求得關(guān)聯(lián)系數(shù)，建立關(guān)聯(lián)矩陣。

4.4 計算關(guān)聯(lián)度

通過公式（10）求得關(guān)聯(lián)度，進而得出評估結(jié)果。

5 實例研究

設為某型船用三相異步電動機技術(shù)狀態(tài)評估指標，i(i=l，2，?，5)依次表示絕緣、電流、振動、溫升和轉(zhuǎn)速波動，該型電動機的技術(shù)狀態(tài)等級分為優(yōu)（I）、良（II）、中（III）、差（IV）四個等級，具體技術(shù)狀態(tài)分級標準如表2所示。

某臺該型電動機的技術(shù)狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)如表3所示。

按照前文的步驟，進行計算，在計算過程中，選取級別I的指標值作為參考值，同時把各分級標準的指標值與待評估電機的各指標值一并列入分析序列進行計算排序，以確定待評估電機的技術(shù)狀態(tài)等級。經(jīng)計算排序，得出關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果：級別I=1>待評估電機=0.7597>級別II=0.7590>級別III=0.5364>r級別IV=0.4444。可以看出，待評估電機的關(guān)聯(lián)度高于級別II的關(guān)聯(lián)度，低于級別I的關(guān)聯(lián)度，因此待評估電機的技術(shù)狀態(tài)為II級，即技術(shù)狀態(tài)為“良”，與專家的判斷評估完全一致，說明本方法可行。

6 結(jié)語

本文綜合采用船用三相異步電動機的絕緣、電流、振動、溫升和轉(zhuǎn)速波動等參數(shù)，建立了電機技術(shù)狀態(tài)評估指標體系，用三角模糊數(shù)確定了難以直接量化的權(quán)重值，建立了基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的評估模型，最后通過案例分析驗證了本方法的可行性，本文提出的方法可用于船舶三相異步電動機的維修輔助決策。

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Technical Condition Assessment of Three-Phase Asynchronous Motor for Ships Based on Fuzzy Theory and Grey Relation Analysis

Zhang Songtao, Ji Zhe, Lyu Fei

(Navy Petty Officer Academy, Bengbu 233012, Anhui, China)

TM301

A

1003-4862（2018）07-0038-04

2018-03-15

張松濤（1982-），男，碩士，講師。研究方向：艦艇電氣。