王定乾

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)鑫海公司，山西 沁水 048000）

1 項(xiàng)目概況

給煤礦一類負(fù)荷供電要保障設(shè)備的連續(xù)運(yùn)行，鄭莊礦作為高瓦斯礦井，其設(shè)備檢修尤為重要，例如：地面主扇，通過(guò)倒機(jī)檢修，平時(shí)只有巡檢設(shè)備的電流、聲音等作為設(shè)備完好的依據(jù)，一旦發(fā)生故障后果比較嚴(yán)重。如對(duì)設(shè)備進(jìn)行過(guò)度維修，雖然保證了設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，但導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行成本居高不下；如果繼續(xù)按照目前的傳統(tǒng)管理模式運(yùn)行，是有可能因?yàn)樵O(shè)備監(jiān)測(cè)與管理手段落后，導(dǎo)致防不勝防的異常突發(fā)事故發(fā)生。

鄭莊礦機(jī)電設(shè)備傳統(tǒng)的維護(hù)是以定期停機(jī)檢測(cè)、定期停機(jī)維修為主，而停機(jī)后檢測(cè)不能真正反映其實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，可見(jiàn)，定期檢測(cè)和定期維修都不是最完美的保養(yǎng)策略。于是人們提出了“狀態(tài)監(jiān)測(cè)”“按需維修”的概念[1]，即根據(jù)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行維修保養(yǎng)?！盃顟B(tài)監(jiān)測(cè)”“按需維修”，不但能大幅降低維保成本、節(jié)約維保時(shí)間、減少資源浪費(fèi)，同時(shí)也能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少人為故障。但“狀態(tài)監(jiān)測(cè)”“按需維修”策略一直沒(méi)能獲得推廣應(yīng)用。

鑒于此，結(jié)合鄭莊礦的實(shí)際情況，尋求一種在不停電、不停機(jī)狀態(tài)下對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀況進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、對(duì)設(shè)備故障或劣化狀態(tài)進(jìn)行預(yù)判、進(jìn)而對(duì)設(shè)備故障建立預(yù)警機(jī)制的新技術(shù)、新設(shè)備，并在該礦加以應(yīng)用，就顯得尤為重要和迫切。

2 帶電狀態(tài)故障預(yù)警檢測(cè)智能診斷系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)目標(biāo)和內(nèi)容

通過(guò)對(duì)煤礦機(jī)電設(shè)備健康狀態(tài)的定期檢測(cè)，建立起符合煤礦實(shí)際情況的機(jī)電設(shè)備檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系和狀態(tài)檢修維護(hù)的管理體系，完善煤礦機(jī)電設(shè)備檢修維護(hù)管理制度，實(shí)現(xiàn)由“定期檢測(cè)、定期檢修”向“狀態(tài)監(jiān)測(cè)、按需檢修”的轉(zhuǎn)變，提升煤礦機(jī)電設(shè)備的管理水平。

對(duì)礦井設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全面檢測(cè)和預(yù)警是煤礦機(jī)電設(shè)備管理的重中之重，所以本項(xiàng)目在吸收國(guó)內(nèi)外各種設(shè)備狀態(tài)維修與檢測(cè)設(shè)備及系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，擬采用“諧波法電氣設(shè)備帶電狀態(tài)故障預(yù)警檢測(cè)智能診斷系統(tǒng)”，針對(duì)該礦一定范圍內(nèi)的機(jī)電設(shè)備健康狀況進(jìn)行全生命周期性跟蹤管理。

利用驅(qū)動(dòng)電氣設(shè)備在工作過(guò)程中，不同部件故障特征和劣化特征產(chǎn)生的對(duì)驅(qū)動(dòng)電流擾動(dòng)而引起電磁場(chǎng)變化的原理，開(kāi)發(fā)礦用本安型諧波診斷設(shè)備，構(gòu)建基于諧波分析技術(shù)的礦井設(shè)備智能劣化診斷系統(tǒng)。通過(guò)定期、連續(xù)檢測(cè)，積累樣本數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行趨勢(shì)管理，以量化形式揭示潛在故障的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移規(guī)律，智能診斷設(shè)備故障原因與故障嚴(yán)重程度，為提高應(yīng)急管理水平和加強(qiáng)設(shè)備維保管理提供重要參考建議。

3 YGX1-12礦用本安型故障諧波檢測(cè)儀

3.1 系統(tǒng)的組成和原理

YGX1-12礦用本安型故障諧波檢測(cè)儀設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)主要由YGX1-12型便攜式主機(jī)及傳感器、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、遠(yuǎn)程專家診斷系統(tǒng)等部分組成，該設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖如下頁(yè)圖1所示。該設(shè)備采用非接觸式測(cè)量方式，檢測(cè)作業(yè)時(shí)不需要被測(cè)設(shè)備停電?？蓪?duì)電動(dòng)機(jī)、變頻器、變壓器、不間斷電源等設(shè)備進(jìn)行工作諧波檢測(cè)并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。作為原始數(shù)據(jù)用于地面計(jì)算機(jī)對(duì)被檢設(shè)備的可能性故障進(jìn)行事前數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢設(shè)備的預(yù)期故障判斷。

圖1 結(jié)構(gòu)框圖

3.2 功能分析

檢測(cè)評(píng)估被監(jiān)測(cè)設(shè)備的劣化部位及劣化值；檢測(cè)評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行狀況及潛在的隱患；預(yù)測(cè)評(píng)估設(shè)備的剩余壽命，提前做好零部件的更換工作；分析設(shè)備產(chǎn)生故障的各類因素，為安全運(yùn)行提供更好的依據(jù)。

3.3 主要技術(shù)規(guī)格及參數(shù)

外觀尺寸為322 mm×275 mm×138 mm；質(zhì)量≤6 kg；本安參數(shù)為Uo=15 V、Io=1.6 A；防護(hù)等級(jí)為IP54；供電電池為10節(jié)18670型金屬氫化物鎳電池DC 1.2 V 4 500 mAh串聯(lián)；電源適配器為100~220 V/19.6 V；諧波感應(yīng)器耐電壓≤6 000 V；基波范圍為20~120 Hz；探測(cè)諧波為2~40次；非接觸有效檢測(cè)距離范圍優(yōu)于5 cm；非接觸有效測(cè)試夾角范圍優(yōu)于35°；分析諧波為2~40次；負(fù)載容量大于1 kW，電流大于2 A；額定電壓為DC 12 V；工作電流≤500 mA；工作電流為供電直流10.5~15 V范圍[2]。

4 工業(yè)性試驗(yàn)

從2018年5月開(kāi)始，采用YGX1-12礦用本安型故障諧波檢測(cè)儀在鄭莊煤礦井上下機(jī)電設(shè)備建立了一套煤礦帶電運(yùn)行機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障預(yù)警、智能診斷系統(tǒng)。從2018年6月—2018年12月，該YGX1-12礦用本安型故障諧波檢測(cè)儀設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)已在鄭莊煤礦進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)6個(gè)月。該設(shè)備系統(tǒng)已連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間6個(gè)月，系統(tǒng)運(yùn)行情況安全穩(wěn)定。

以選煤廠178主電機(jī)為對(duì)象，將諧波法故障預(yù)警智能診斷系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行分析闡述。178主電機(jī)功率為132 kW，電壓為AC380 V，采用YGX1-12型故障諧波檢測(cè)儀進(jìn)行第一次診斷時(shí)的報(bào)告書(shū)如表1所示。

表1 第一次診斷報(bào)告書(shū)

從檢測(cè)報(bào)告可知：該設(shè)備轉(zhuǎn)子、軸承、固定（裝置）項(xiàng)異常劣化比例達(dá)到87.3%，軸承損壞、異物附著項(xiàng)異常劣化比例達(dá)到85.3%，回轉(zhuǎn)軸異常、接觸部磨損項(xiàng)異常劣化比例達(dá)到83.4%，這充分說(shuō)明178主電機(jī)負(fù)載部軸承受力存在不平衡振動(dòng)，軸承或有磨損。針對(duì)這一情況，對(duì)該設(shè)備在一周內(nèi)做點(diǎn)檢調(diào)整，調(diào)整后進(jìn)行第二次診斷，檢測(cè)報(bào)告如表2所示。數(shù)據(jù)表明第一次項(xiàng)異常劣化項(xiàng)目的數(shù)據(jù)分析降低到77.2%、65.4%、54.7%，設(shè)備軸承不平衡振動(dòng)現(xiàn)象明顯好轉(zhuǎn)。

表2 第二次診斷報(bào)告書(shū)

5 應(yīng)用效果分析

該設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)應(yīng)用表現(xiàn)出了以下優(yōu)點(diǎn)：可同時(shí)檢測(cè)出機(jī)械和電氣部分的異常和劣化問(wèn)題；可預(yù)測(cè)出劣化部位及其中壽命；可非接觸、帶電進(jìn)行診斷；可檢測(cè)發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)的效率；可在帶電狀態(tài)下，診斷出發(fā)電機(jī)/電動(dòng)機(jī)繞組的初期絕緣劣化；最高診斷精度可達(dá)95%。

該設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)診斷系統(tǒng)在鄭莊煤礦的應(yīng)用效果理想，安全經(jīng)濟(jì)效益顯著，主要表現(xiàn)在：幅度降低了機(jī)電設(shè)備的維修保養(yǎng)成本，該診斷系統(tǒng)的應(yīng)用是以往事后維護(hù)方式成本的10%；有效地提高了機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的安全性；能預(yù)防偶發(fā)故障，在帶電狀態(tài)下進(jìn)行非接觸診斷，保障了維修人員的安全，診斷簡(jiǎn)便快捷，不受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響；有效提高了機(jī)電設(shè)備的使用壽命；有效提高了煤礦開(kāi)采效率，減少了機(jī)電設(shè)備的停機(jī)率、停機(jī)時(shí)間，提高作業(yè)效率，減少定期點(diǎn)檢，提高設(shè)備維護(hù)效率。