[基于基建大型机电设备电气参数监测与故障诊断装置研究]机电设备故障诊断

　 基于基建大型机电设备电气参数监测与故障诊断装置研究

　摘要：设备不仅是企业固定资产的重要组成部分，本文主要针对大型机电设备电气参数监测分析、大型机电设备常见故障分析以及大型机电设备故障维修诊断现状进行简要分析，仅供参考。

　关键词：大型机电设备；电气参数监测；故障诊断装置

　1导言

　作为企业出产主要东西的机电设备正向大型化、自动化、机电一体化等方面开展，其性能与复杂程度不断提高，各部件之间的相互相关、耦合度也越来越亲近。如果设备呈现的微小故障不能及时被检测、排除，将有也许形成设备失效，乃至全部出产线瘫痪，乃至致使严重的灾难性结果。因而，各出产公司迫切需要一套监测、确诊设备，对大型机电设备的运转参数进行监测、确诊，及早发现设备异常预兆与劣化信息，并找出故障的切当原因，及时提示工作人员采纳准确的操作处理，从而有用避免故障发生，减少故障停机时间和停机丢失。当前大型机电设备的运转参数监测仪一般选用动态监测技术，即侦测其机械振荡、温度、压力等运转参数。因为机电设备运转时存在谐波共振、自激振荡、混沌振荡与分叉现象，选用振荡监测难以对异常预兆作出准确判别。而金属温度改变具有滞后性，选用温度监测也难以实时监测。机电设备的压力具有非线性、时变性与非平稳性的特点，选用压力监测也相同难以实现故障的准确断定。

　2大型机电设备电气参数监测分析

　2.1系统结构设计及工作原理

　物联大型机电设备电气参数实时监测与故障动态诊断装置由多个电气参数监控仪与故障动态诊断中心构成。为了确保监控仪与故障动态诊断中心间的通信质量以及便于工程施工，采用WIFI无线通信方式，如图1所示。电气参数监控仪的功能是实时监测、显示机电设备的电气参数，并进行故障动态诊断，实行相关控制与预警操作。同时，将电气参数无线传送到远端服务器，由故障动态诊断中心读取数据。此外，可接收远端服务器发来的控制指令，进行相关处理。电气参数监控仪由电气参数采集、嵌入式微处理器、实时时钟、LCD显示、WIFI无线通信与控制等模块构成。

　故障动态诊断中心的功能为读取服务器上各个电气参数监控仪的电气参数，并进行处理、存储以及故障动态诊断、预警。同时，可对相关电气参数监控仪进行远程控制。因此，故障动态诊断中心为基于服务器的电气参数管理软件，由VC、数据库实现。

　2.2主要电路设计

　2.2.1电气参数监测电路设计

　电气参数监测是电气参数监控仪的重要组成部分，采用高精度三相电能计量芯片ATT7022D。该芯片由7路二阶sigma-deltaADC模拟信号采样、DSP、脉冲生成、SPI通信接口、时钟控制电路单元等单元构成。ATT7022D监测机电设备的电气参数，包括A、B、C各分相与合相的电流、电压、功率、电能以及功率因数、线频等参数。微处理器通过SPI接口读取该芯片的寄存器进行运算处理，便可获得实际电气参数值。其电路设计如图3所示，图中只给出了A相接法，而B、C相接法与A相完全相同。

　2.2.2WIFI通信电路设计

　WIFI无线通信采用WIFI-03A模块，其内置无线网络IEEE802.11协议栈、TCP/IP协

　议栈与WEB服务器，通过UART接口实现用户数据到无线网络之间的交换。WIFI-03A支持透明数据传输模式，支持AT指令集，支持DHCP协议动态IP地址分配和DNS域名解析功能。

　2.2.3微处理器电路设计

　微处理器采用低功耗16bit嵌入式RISC结构的MSP430F2616芯片，集成了硬件乘法器、6路12bitADC转换器、2路12bitDAC转换器、16bit定时/计数器和4路通用串接口，存储容量为92KB的FlashROM与4KB的RAM。

　2.2.4实时时钟电路设计

　为了确保电气参数采集的实时性，采用SD2058作为系统的实时时钟。该芯片具有标准I2C串口与后备电池切换功能，微处理器通过该接口读取时钟寄存器(包括年、月、日、星期、时、分、秒等信息)[8]。

　3大型机电设备常见故障分析

　3.1设备绝缘

　对于长期处于高电压、高电场工作下的大型机电设备而言，保证绝缘十分关键。由于绝缘问题而引发的正常供电受阻等问题将引发重大事故，所以大型机电设备故障维修中，对于绝缘问题的处理是重中之重。

　常见的绝缘问题主要包括以下几种：变压器绝缘故障；电压电流互感器绝缘故障；电力电缆绝缘故障。其中，设备老化、密封不严等问题是导致绝缘故障的主要因素。由于外界异物侵蚀而导致的绝缘能力丧失问题，是高压电流互感器出现设备故障的主要原因。作为大型机电设备的核心部位，电压电流互感器要承受大量的负荷，本身老化速度就很快，再加上其为电容均压结构，如果不能进行很好的密封，进水受潮事件将频繁发生。

　3.2设备机械故障

　大型机电设备的振动、磨损、疲劳等问题都是设备机械故障的主要原因。众所周知，电机主要由定子、转子以及轴承构成，相互独立的电路和耦合电路磁场是电机工作系统的主要成分，而不同的绝缘结构又是独立电机绝缘系统的构成成分，它不单纯是维持各部位正常运转的基本机械系统，也是通风散热的主要系统。该类故障的高隐蔽性使得检修的技术难度被大幅度提升。此外，常见的设备故障还有高压断路等，例如：因缺油常常导致断流问题，如果电弧此时没有被熄灭，设备烧毁乃至爆炸情况都很有可能发生。

　3.3设备发热导致的故障

　承担着能量转换与传递责任的大型机电设备，极其容易因为发热问题被严重损坏。热故障的处理在大型机电设备维修中十分重要。总之，大型机电设备故障出现的形式多种多样，想要对设备进行及时的整修与维护，必须全方位、多角度进行分析研究。

　4大型机电设备故障诊断现状

　4.1断路法

　断路法就是对大型机电设备中的所有输电线进行分阶段断路，从而对出现故障的区域进行准确判断。将断路法测得的故障部位予以标记，然后利用表测法锁定故障区域，以便进行更加精确地诊断。该方法以简单易行、操作方便等特点成为当前检测大型机组或者输电设备的主要方式。断路法的使用需要遵循先易后难、从简单方面入手的原则，对于存在明显故障的区域首先进行观测，然后对故障发生频率较高的电源设备进行检测，最后对负载设备进行诊断。

　该方法的使用可以同时发现多处安全隐患，能够达到一石二鸟的效果，对于隐蔽性较强的故障而言也能够准确的排查出来，所以很多电气故障诊断过程都使用这项技术。不过，虽然操作简单但是该方法的使用工作量很大，持续时间较长，使用人力也比较多，极其容易造成资源的浪费。一旦遇上紧急情况，诊断滞缓等问题终将导致重大事故的发生。

　4.2利用红外线对设备发热故障进行监测

　大型机电设备由于长期、持续的工作性质，发热现象比较常见。利用红外线对发热故障进行诊断同样需要遵循先易后难的工作原则。近年来，随着大型机电设备的不断改进与更新，在提高了自身工作效率的同时也加大了故障诊断、检修的难度。而红外线诊断是解决这些问题的有效方法。

　电厂大型机电设备由于工作量较大，升温速度很快，开机十几分钟就能达到高温，即使多次停机降温也很难从根本上改善升温较快的问题。此时如果使用红外线对大型机电设备进行检测，得到的结果将更加直观、准确，加之没有和机组大型机电设备相连接，两者之间的相互影响十分微弱。此外，大型机电设备的需求量大、供电范围广等因素极其容易导致常规诊断难以发现设备故障，红外线诊断以其较强的针对性，能够及时对需要检修的部位进行定位，以实现迅速消除隐患的效果。

　4.3加大机电设备的维修管理

　由于我国的核电站工作性质特殊，大部分都建在比较偏远的地方，交通不便，经济文化发展水平普遍落后，所以，在这种状况下，要保证核电站的正常运行就需要付出很大的努力，特别是要加大机电设备维修管理工作的力度。只有这样，才能保证核电站的有效运转。针对核电站的机电设备，应当建立有效的维修管理制度，一方面，要制订严格的检修周期，定期按时检查机电设备，一旦发现故障就要及时维修和养护；另一方面，随着设备的更新换代，要不断地对相关技术管理人员进行技术培训，增强他们对设备的操作、维护和维修能力，使技术人员熟悉机电设备，能迅速排查和处理常见的故障。只有严格执行检修制度，不断提高技术人员的水平，才能保证核电站机电设备的正常运转，保证核电站正常工作。

　5结论

　综上所述，制定完善的设备管理体系以确保大型机电设备的安全有效运转，这是当前大型机电设备行业的相关人士需要重点关注的问题。此外，关于大型机电设备的在线检修工作将是未来设备检修的主要研究方向，通过综合运用各领域技术手段，掌握设备的工作状态，对设备可能发生的故障进行提前遏制，借助技术分析，实现检修决策和管理的先进性与有效性对于大型机电设备检修而言也十分重要。

　参考文献

　[1]马宏忠.电机状态监测与故障诊断[M].北京：机械出版社,2007.

　[2]徐贞禧.汽轮机设备故障诊断与预防[M].北京：中国电力出版社,2011.

　[3]金立军,钱政,关永刚.现代电气检测技术[M].北京：电子工业出版社,2007.

　[4]史铁林,陈勇辉,李巍华,等.提高大型复杂机电系统故障诊断质量的几种新方法[J].机械工程学报,2003,9(39):1-10.