艾思維 趙俊杰 吳秀峰 韓繼承 韓嘯

[摘 ? ?要]綜述了將智能傳感器應(yīng)用于火力發(fā)電廠電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)、在線頻譜分析及故障位置診斷的判定，不僅能實(shí)現(xiàn)采集電動(dòng)機(jī)電壓、電流、溫度、振動(dòng)、運(yùn)行頻率等參數(shù)，還能進(jìn)一步計(jì)算電動(dòng)機(jī)總耗電量、分析軸承損耗、對(duì)電動(dòng)機(jī)存在的隱疾進(jìn)行診斷和維護(hù)周期提醒，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)維護(hù)，提前發(fā)現(xiàn)隱患，避免電動(dòng)機(jī)進(jìn)一步損壞，為運(yùn)維人員提供準(zhǔn)確、可靠的設(shè)備狀態(tài)信息，以便運(yùn)維人員在預(yù)防性檢修計(jì)劃中可以有效減少電動(dòng)機(jī)的檢修數(shù)量、備品更換頻次。

[關(guān)鍵詞]輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè);智能傳感器;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與準(zhǔn)準(zhǔn)診斷;過度檢修;工藝不達(dá)標(biāo)

[中圖分類號(hào)]X773 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）08–00–02

[Abstract]It briefly describes the application of smart sensors to the determination of real-time operating status， online spectrum analysis and fault location diagnosis of motors in thermal power plants. It can not only collect motor voltage， current， temperature， vibration， operating frequency and other parameters， but also further Calculate the total power consumption of the motor， analyze the bearing loss， diagnose the hidden diseases of the motor and remind the maintenance cycle， realize the real-time state maintenance of the motor， find the hidden dangers in advance， avoid further damage to the motor， and provide accurate and reliable equipment for the operation and maintenance personnel Status information， so that the operation and maintenance personnel can effectively reduce the number of motor maintenance and the frequency of replacement of spare parts in the preventive maintenance plan.

[Keywords]auxiliary equipment operation monitoring; intelligent sensors; real-time monitoring and quasi-pre-diagnosis; over-maintenance; process substandard

在火力發(fā)電廠，除汽輪機(jī)、發(fā)電動(dòng)機(jī)、鍋爐三大主要設(shè)備外，承擔(dān)其他輔助任務(wù)的輔機(jī)大多由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)在火力發(fā)電廠的應(yīng)用十分廣泛。隨之相應(yīng)的就是對(duì)于電動(dòng)機(jī)設(shè)備的維護(hù)管理，在使用中，電動(dòng)機(jī)及其他任何機(jī)械設(shè)備都會(huì)經(jīng)歷磨損和老化，如果不采取適當(dāng)?shù)拇胧?，材料和部件都?huì)隨著時(shí)間的推移而失效，如潤(rùn)滑脂、密封墊、軸承室、擋油蓋等易損件。若不及時(shí)處理會(huì)造成輔機(jī)故障停運(yùn)甚至是發(fā)電機(jī)組非正常停機(jī)，但絕大部分的故障都能通過預(yù)防性維護(hù)來避免，因此對(duì)于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)工作就顯得尤為重要。

隨著5G物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，為了使監(jiān)測(cè)維護(hù)工作更加簡(jiǎn)單、便捷、易于上手，以設(shè)備治設(shè)備的監(jiān)測(cè)運(yùn)維系統(tǒng)是不得不考慮的發(fā)展方向。監(jiān)測(cè)設(shè)備必須可以提供精確到點(diǎn)的設(shè)備運(yùn)維信息。目前，對(duì)于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)主要依靠ITBT溫度傳感器、振動(dòng)變送器等元件將狀態(tài)信號(hào)引至監(jiān)控后臺(tái)，不能實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的智能分析與判定。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、5G通信技術(shù)以及微電子技術(shù)的發(fā)展，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上的研究和應(yīng)用已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。短短十幾年間，從原始的人力監(jiān)測(cè)機(jī)制、信息故障遠(yuǎn)傳等發(fā)展到現(xiàn)今的在線監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)。過去的監(jiān)測(cè)手段只有二進(jìn)制1或0的判定。而智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于它可以根據(jù)頻譜曲線后臺(tái)分析進(jìn)行全天候預(yù)警，判定電動(dòng)機(jī)零部件的損耗程度及潛在隱患從而提升電動(dòng)機(jī)的安全穩(wěn)定性，防止電動(dòng)機(jī)因過度檢修、檢修工藝不達(dá)標(biāo)造成的事故停機(jī)。本文針對(duì)火力發(fā)電廠電動(dòng)機(jī)的兩種運(yùn)行狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)與診斷進(jìn)行探討，模擬一種智能化在線監(jiān)測(cè)手段的應(yīng)用前景，實(shí)現(xiàn)巡點(diǎn)檢數(shù)字化，數(shù)字管理推動(dòng)企業(yè)精細(xì)化管理和價(jià)值提升。

1 電動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)現(xiàn)存問題分析

在智能化系統(tǒng)不完善的時(shí)代，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)維人員對(duì)于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)只能依靠人工就地測(cè)量，這種近乎原始的監(jiān)測(cè)手段不但不準(zhǔn)確還有一定人身安全風(fēng)險(xiǎn)，但為了進(jìn)一步保證對(duì)設(shè)備的有效監(jiān)測(cè)，不得不增加電動(dòng)機(jī)巡檢頻次，這種方法十分耗費(fèi)人力。目前大多數(shù)火力發(fā)電廠依然在采用人力檢測(cè)，利用聽音棒、測(cè)振儀、測(cè)溫槍、集成點(diǎn)檢儀等設(shè)備進(jìn)行常規(guī)巡點(diǎn)檢。這種方式對(duì)運(yùn)維人員的技術(shù)儲(chǔ)備、運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)要求較高。當(dāng)一個(gè)資深運(yùn)維人員使用聽音棒聽到的電動(dòng)機(jī)細(xì)微雜音會(huì)判斷出電動(dòng)機(jī)的健康情況，但仍無法完全掌握電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、健康狀況、潛在隱患、哪些部件需要修理或更換、消耗性材料的使用臨界點(diǎn)等。越是資深的運(yùn)維人員親臨現(xiàn)場(chǎng)巡點(diǎn)檢的機(jī)會(huì)就越少，但新手普通運(yùn)維人員由于工作經(jīng)驗(yàn)不足可能無法發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的潛在隱患。

經(jīng)過發(fā)展，近年來電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)，以某火力發(fā)電廠為例，溫度傳感器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)溫度，經(jīng)溫度變送器輸出模擬信號(hào)到信號(hào)隔離器;振動(dòng)傳感器檢測(cè)分級(jí)篩振動(dòng)，經(jīng)振動(dòng)模塊輸出模擬信號(hào)到信號(hào)隔離器。信號(hào)隔離器輸出模擬信號(hào)到電控卡件。電控卡件計(jì)算溫度和振動(dòng)值并通過以太網(wǎng)交換機(jī)向電動(dòng)機(jī)綜合檢測(cè)系統(tǒng)提供溫度和振動(dòng)數(shù)據(jù)。由于控制系統(tǒng)是一個(gè)集成電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵等的操作系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)各部位的溫度及振動(dòng)值只能單獨(dú)出現(xiàn)在一個(gè)獨(dú)立的子畫面中，運(yùn)行人員需要點(diǎn)開畫面中的“溫度”才能進(jìn)入到此畫面，在參數(shù)監(jiān)視方面不夠直觀且不夠及時(shí)。此外，如若不特意調(diào)取歷史曲線，無法實(shí)時(shí)地分析溫度及振動(dòng)值的變化趨勢(shì)。該火力發(fā)電廠的DCS在經(jīng)過智能化改造后新增了智能報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸承溫度過高、零配件損耗嚴(yán)重、甚至是燒損時(shí)才會(huì)彈出報(bào)警頁面，最終結(jié)果就是跳閘停運(yùn)、電動(dòng)機(jī)損壞，給機(jī)組整體運(yùn)行方式造成極大不便。在火力發(fā)電廠，電動(dòng)機(jī)的逐步智能化監(jiān)測(cè)能有效減少人員頻繁接觸而引起的安全事故，提高工作效率及人力消耗。

2 基于傳動(dòng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的電動(dòng)機(jī)狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)

利用一種智能傳感器收集電動(dòng)機(jī)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的電壓、電流、各層面溫度、整體振動(dòng)值、軸承狀態(tài)（從0-1位的判定進(jìn)化至0-16-64位的多方面狀態(tài)判定，依次變差）、運(yùn)行轉(zhuǎn)速（實(shí)際轉(zhuǎn)速，通過磁場(chǎng)傳感器監(jiān)測(cè)）、運(yùn)行小時(shí)、啟動(dòng)次數(shù)、供電頻率（實(shí)測(cè)值）、3個(gè)方向的振動(dòng)值、電動(dòng)機(jī)總耗電量、電動(dòng)機(jī)輕微故障提醒、電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)值等信息，可以與運(yùn)維人員的手機(jī)或者安裝在現(xiàn)場(chǎng)的藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)通過藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)發(fā)生數(shù)據(jù)交換，收集到的數(shù)據(jù)通過手機(jī)網(wǎng)絡(luò)或藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)上傳到云端安全服務(wù)器，云端服務(wù)器通過后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行模擬，對(duì)現(xiàn)有異常數(shù)據(jù)對(duì)比數(shù)據(jù)庫中類似異常數(shù)據(jù)進(jìn)行配對(duì)分析，將現(xiàn)有異常數(shù)據(jù)可能產(chǎn)生的后果進(jìn)行分級(jí)并發(fā)至手機(jī)APP或用戶專享網(wǎng)頁供用戶判定。用戶數(shù)量及權(quán)限均可由使用者靈活定義。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

智能傳感器的軟件由兩部分構(gòu)成，一部分是手機(jī)APP，手機(jī)APP是運(yùn)維人員對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行點(diǎn)檢的重要工具，也是運(yùn)維人員及主管領(lǐng)導(dǎo)查看電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的重要工具，手機(jī)APP上可以顯示最近一次點(diǎn)檢的數(shù)據(jù)和結(jié)果，還能顯示APP推送的分析結(jié)論和建議并進(jìn)行進(jìn)一步人為分析，可以看到該電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及序列號(hào)和版本信息。用戶在軟件上直接可以通過信號(hào)燈分辨電動(dòng)機(jī)狀態(tài)和各參數(shù)狀態(tài).

智能傳感器硬件及安裝由1個(gè)智能傳感器、1個(gè)楔形底座、1個(gè)條形支架、若干螺絲組成，智能傳感器內(nèi)含低能耗藍(lán)牙傳輸裝置、內(nèi)置高電量電池、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、3方向振動(dòng)傳感器、磁場(chǎng)傳感器、噪聲傳感器，可以收集電壓、電流、溫度、振動(dòng)等參數(shù)。在不改動(dòng)電動(dòng)機(jī)原設(shè)計(jì)的前提下，方便快捷地實(shí)現(xiàn)傳感器的安裝。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)時(shí)，它經(jīng)歷由齒輪、皮帶、軸承等和其他電動(dòng)機(jī)的壽命周期內(nèi)變化的條件所引起的負(fù)荷變化。由這些因素引起的負(fù)荷變化進(jìn)而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)供電電流的變化。從其變化程度反映相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行特征，從而診斷與評(píng)估當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行的健康狀況。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，電壓、電流傳感器可方便地測(cè)試三相電流和電壓參數(shù)，評(píng)價(jià)供電電源、電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷機(jī)械問題，自帶的軟件包含特殊的專家智能診斷電動(dòng)機(jī)及其負(fù)荷的動(dòng)態(tài)運(yùn)行特征，在不需任何人工分析的情況下給出自動(dòng)評(píng)價(jià)的結(jié)果報(bào)告，同時(shí)為電氣、機(jī)械和狀態(tài)監(jiān)視人員提供進(jìn)一步分析診斷的平臺(tái)。幫助運(yùn)維人員早期檢測(cè)電動(dòng)機(jī)存在的問題，完成及時(shí)維修和避免嚴(yán)重的電動(dòng)機(jī)損壞。

3 基于電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子監(jiān)測(cè)的電動(dòng)機(jī)狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)

電動(dòng)機(jī)狀態(tài)智能化監(jiān)測(cè)傳感器的多元化應(yīng)用，不僅可以在傳動(dòng)系統(tǒng)中發(fā)揮作用，還可以實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行狀況下對(duì)定、轉(zhuǎn)子線圈進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。以往對(duì)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子線圈的監(jiān)控只局限于三相匝間預(yù)設(shè)的ITBT元件，監(jiān)測(cè)手段單一的只有溫度?，F(xiàn)在智能化監(jiān)測(cè)傳感器已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)全方位立體化防控監(jiān)測(cè)手段，通過局部放電監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到繞組外絕緣放電及繞組外絕緣老化情況。這樣可以有效地監(jiān)測(cè)到電動(dòng)機(jī)實(shí)際使用壽命及更換周期，讓運(yùn)維人員及時(shí)做好備品備件、備用電動(dòng)機(jī)的儲(chǔ)備工作，避免因無備品而造成的機(jī)組非計(jì)劃降出力，甚至長(zhǎng)時(shí)間非停。

4 結(jié)束語

針對(duì)火力發(fā)電廠電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)智能化監(jiān)測(cè)與診斷，本課題主要分析探討了利用智能傳感器及大數(shù)據(jù)后臺(tái)分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測(cè)與診斷，改變以往由人工巡檢監(jiān)測(cè)的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)智能化升級(jí)，提高監(jiān)測(cè)與診斷的準(zhǔn)確性與機(jī)組安全穩(wěn)定性，創(chuàng)造很大的經(jīng)濟(jì)效益。

（1）實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)之前需人工就地測(cè)溫或測(cè)振動(dòng)，耗時(shí)耗力，對(duì)于火力發(fā)電廠眾多的電動(dòng)機(jī)，逐個(gè)人工測(cè)量是不現(xiàn)實(shí)的。實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)后，雖然一定程度上節(jié)省了人力，后臺(tái)實(shí)時(shí)顯示更是實(shí)現(xiàn)了設(shè)備管理自動(dòng)化，但由于測(cè)點(diǎn)眾多，無法直觀地顯示在主界面上，依然給運(yùn)行監(jiān)視人員監(jiān)盤造成不便。

（2）利用集成傳感器，能進(jìn)一步監(jiān)測(cè)所有重要部件包括轉(zhuǎn)子、定子、軸承、冷卻器、碳刷、滑環(huán)、齒輪箱及負(fù)載等參數(shù)，有利于運(yùn)維人員根據(jù)數(shù)據(jù)分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)故障，提前消除潛在隱患，在預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃里，維護(hù)人員能獲得明確的建議。這意味著類似部件磨損等問題可以在預(yù)定的停機(jī)時(shí)間內(nèi)獲得解決，而無需等到故障的實(shí)際發(fā)生，這能很好地避免計(jì)劃外停機(jī)并且降低成本。

（3）由于提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性，實(shí)現(xiàn)了少停電、多供電，便于實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，減少因年度計(jì)劃預(yù)試小修而造成的重復(fù)性停電;可以在不停電狀態(tài)下，進(jìn)行設(shè)備參數(shù)監(jiān)測(cè)。在線監(jiān)測(cè)還有利于對(duì)設(shè)備的缺陷進(jìn)行跟蹤分析，及時(shí)掌握電動(dòng)機(jī)部件老化的趨勢(shì)，可遠(yuǎn)距離隨機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)絕緣狀況連續(xù)監(jiān)測(cè)。該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修，提高電力設(shè)備健康水平，也為減員增效，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益創(chuàng)造了前提條件。

（4）電動(dòng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)和診斷實(shí)施的結(jié)果是減少了現(xiàn)場(chǎng)的工作量，特別是減少了因?yàn)槎ㄆ跈z修帶來的停運(yùn)的次數(shù)，因而使得供電的可靠性得以明顯提高。減少由于維護(hù)和檢修而造成的供電可靠性降低的問題。采用電動(dòng)機(jī)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)減少了設(shè)備的檢修工作量和設(shè)備操作，從而減少了誤操作的概率，對(duì)確保人身安全和設(shè)備安全十分有利。

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