电气设备状态监测与故障诊断技术

电气设备状态监测与故障诊断技术

万能龙 胡鹏 李琦

江西中烟南昌卷烟厂 江西南昌 330000

摘 要：电气设备的状态监测与故障诊断工作非常重要,应当基于其设备应用的具体范围与功能应用价值展开分析,并在工业生产系统运行过程中深度考量其运行状态问题。本文就围绕卷烟生产所需的电气设备状态检测与故障诊断技术进行相应的分析,以实现能够对提升电气设备安全和良好运行提供一定的参考价值。

关键词：电气设备；状态检测；故障诊断

引言：

目前,随着卷烟生产过程中所需要的各种电气设备数量的日益增多,日常工作中涉及的设备、质量、效率等对电气设备运行稳定性的要求也越来越高。电气设备的检修过程中,采用传统的方法,对于电气设备的动态性能不能提早进行发现,一旦发生电气设备的问题,就极易造成生产活动的停滞,势必给企业带来不同程度的经济损失。进行状态检测和故障诊断技术的改变,能够帮助电气设备通过实时的检修,尽早发现故障隐患,并且有针对性地围绕故障隐患尽早采取措施,降低设备出现重大故障的风险。

1电气设备在线监测和状态检修技术概述

传统的电气设备检修,在一定程度上需要进行设备的停机检修。设备被迫停止运行不仅带来经济损失,也影响无故障生产系统的运行稳定性,难以保障试验的准确定。在进行定期检测状态下,电气设备可能随时发生间隔期的故障,带来资源的浪费,而且使得检修过程中发生损伤。以实际运行案例进行分析,发现电气设备受到维修的因素影响,在难以保障科学保养的前提下,设备的使用寿命会大大缩短。采用电气设备的状态监测,根据设备的运行状态,实行信号的整理、传输、采集,从电气设备的带电情况下进行分析,改变了传统的数据采集方式,通过实时采集设备运行数据并整理分析,将相应的数据直观地呈现给技术人员,将能使技术人员更准确地了解电气设备的运行状态。同时电气设备的状态监测技术优势包括设备运行全方位多维度的监控,结合诊断状态进行监测，能够达到节约能源、防止过度使用,节约维修时间等目的^[1]。对于电气设备的最佳运行状态是起到维护作用的，让电气设备始终保持良好的使用效益。

2电气设备状态检修的流程

2.1电气设备参数整理

在电气设备的生产过程中,需要对其参数信息进行固定,而且会在说明书中编制参数信息。对于此参数,不仅在电气设备的安装和调试过程中要严格遵守和执行,而且还要在电气设备的使用过程中收集这些参数信息,来作为其运行状态的最佳参数也就是其初始参数。为了确保电气设备运行中始终保持其最佳的运行状况,就需要通过状态检修来对比电气设备的实际运行参数信息与上述初始参数信息,针对其中存在差异的参数信息来进行整理,并以此作为后续开展设备运行状态分析和运行异常状况诊断的主要依据。

2.2电气设备故障诊断

在收集整理上述电气设备的参数信息之后,将其与初始参数信息进行对比,并针对其中的异常参数信息进行分析和诊断,在对设备每项参数和整体运行状况进行详细和全面评价的基础上来开展全面诊断工作,保障电气设备设备处于正常使用状态以及最佳参数状态。

2.3电气设备状态检修

基于上述电气设备参数信息的收集、整理以及分析,在对设备的运行状态进行掌握以及对设备异常进行诊断之后,针对其中的异常来进行维修工作。在此过程中,不仅需要针对异常参数来开展设备维修工作,而且还可以预算此过程中所需要的维修费用,实现对设备维修成本的控制和节约,保障设备始终处于最佳运行状态。

3. 状态监测常用图谱 

3.1波德图 

波德图是反映机器振动幅值和相位随转速变化的关系曲线的一种图形。该图形的横坐标为转速,而纵坐标则包括振幅的峰-峰值和相位两个参量^[2]。通过波德图,我们可以获取以下信息: 

转子系统在各种转速下的振幅和相位； 

转子系统的临界转速； 

转子系统的共振放大系数(Q=Amax／ε)；一般小型机组Q在3～5甚至更小，而大型机组在5～7；超过上述数值，很可能是不安全的； 

转子的振型； 

系统的阻尼大小； 

转子上机械偏差和电气偏差的大小； 

转子是否发生了热弯曲。 

由这些数据可以获得有关转子的动平衡状况和振动体的刚度、阻尼特性等动态数据。

3.2．极坐标图 

极坐标图是将振幅和相位随转速变化的关系用通过极坐标的形式表示出来的一种图形^[3]。在极坐标图中用一个旋转矢量的点来表示转子的轴心,这个点在各个转速下所在位置的极半径则代表了轴的径向振幅,这个点在极坐标上的角度便是此时振动的相位角。通过极坐标表示方法在作用上与波德图基本相同,但相较而言它比波德图更加直观。 

通常振幅-转速曲线在极坐标图中呈现环状图样,临界转速位于环状振幅的最大位置,并且此刻从弧段上标记的转速须展现出最大变化率。当使用电涡流传感器检测轴的振动时,在极坐标图中能够很方便得到轴的原始晃度矢量,也就是与低转速所对应的矢量。而要将具有原始晃度的图形中扣除其原始晃度后获取振动曲线也很方便。对此,只需要把极坐标系中坐标的原点平行移动到需要扣除的原始晃度矢量后所对应的转速点,而原图的曲线形状继续保持。这样的得到的原曲线图形在新坐标系中的坐标便是扣除原始晃度后的振动响应。

3.3频谱瀑布图 

频谱瀑布图是用某一个监测点在启动停机(或者是正常运行状态)时连续测量得到的一组频谱图按照时间的顺序所组成的三维谱图。在频谱瀑布图中Z轴对应的是时间轴,而相同阶次频率的谱线集与Z轴呈平行状态。通过该图能够清晰地识别各种频率的振幅随时间的变化趋势。

3.4极联图 

极联图是一种在启动停机过程中转速发生连续变化时,不同的转速下得到的频谱图顺次构成的三维谱图。该图的Z轴对应转速,而工频以及各个倍频和分频的轴线在图中则均以0点为原点,呈现向外发射状态的直线。该图在分析振动与转速相关联的故障时非常直观。该图常用于了解在不同转速下振动频谱变化趋势,能够确定转子在临界转速及其振动幅值、半速涡动或油膜振荡的发生和发展过程等。

3.5轴心位置图 

轴心位置图是一种用以显示轴颈中心相对于轴承中心位置的图形^[4]。该图形通过观测转子在轴承中稳态位置变化的方法,来判断轴颈是否位于正常的位置。

当轴心位置超过一定范围时,表明轴承处于不正常的工作状态,以此能够判别转子的对中状态和轴承标高是否正常,轴瓦是否出现磨损或变形等裂化。倘若轴心位置向上偏移,则表明着转子不稳定状态的开端。借助对轴颈中心位置变化的监测和分析,能够有效预测到某些故障的端倪,为设备的预防维护提供早期预报。

通常而言轴心位置的偏位角应该处于20°~50°之间。

3.6轴心轨迹图 

轴心轨迹通常是指转子上的轴心一点相较于轴承座在其与轴线垂直的平面内的运动轨迹。一般而言,转子的振动信号中不仅包含有因不平衡引起的基频振动分量,还存在其他诸如由于油膜涡动、油膜振荡、气体激振、摩擦、不对中、啮合等因素造成的分数谐波振动、亚异步振动、高次谐波振动等多种复杂的振动分量,因此轴心轨迹的形状往往表现出许多不同的特征,使得其形状变得十分复杂,有时甚至是非常地混乱。

结语：

通过对卷烟生产电气设备的状态监测与故障诊断技术,对于电气设备的不平衡、不对中、轴弯曲和热弯曲、油膜涡动和油膜震荡等采用状态监测的方式,获取测试数据,并且针对设备的主要常见故障,运用相应的分析方法,根据工作原理进行诊断和判断。通过状态监测,可以尽早的发现电气设备的状态趋势和故障隐患,作为电气设备运行状态收集方式,提供重要的数据基础,为生产设备正常运行提供技术支持。

参考文献：

[1]张伟.关于电气设备的绝缘在线监测与状态检修分析[J].电子制作,2018(10):93-94+88.

[2]张博.刍议电气设备状态监测与故障诊断技术应用[J].数码世界,2016(8):52-53.

[3]章洪.解析电气设备在线监测与状态检修技术[J].低碳世界,2017(24):53-54.

[4]尹力,张红旺.基于在线监测系统的电气设备状态检修技术[J].电子技术与软件工程,2017(07):242.