電氣設備狀態(tài)檢測的意義與環(huán)節(jié)

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本文作者：周兆科 單位：山東陽谷景陽岡冷軋薄板有限公司

冶金行業(yè)為各行各業(yè)的發(fā)展提供原材料，其行業(yè)本身具有技術性高、工藝復雜的特點，其對于控制系統(tǒng)的各項性能（系統(tǒng)的響應速度、設備可靠性等）也有較高的要求。包括檢測技術、控制技術、執(zhí)行機構技術以及系統(tǒng)技術的產業(yè)自動化技術是冶金工業(yè)自動化系統(tǒng)的基礎，其應用狀況直接體現(xiàn)了冶金工業(yè)自動化系統(tǒng)所達到的水平。

一、冶金行業(yè)的特點分析

冶金行業(yè)與其它以電氣及自動化產品為基礎的行業(yè)相比較，其技術要求更高，具體表現(xiàn)在其對產品可靠性、耐污染性、耐高溫性、抗干擾性、控制精度等方面都有較高的要求。首先，從產品可靠性要求的角度來看，冶金行業(yè)比其他行業(yè)的要求更高。例如在冷軋帶鋼的傳動控制系統(tǒng)中，一旦設備出現(xiàn)問題將會造成重大的財產損失甚至人員傷亡。對于熱軋高爐等重要部位，一旦出現(xiàn)事故就有可能造成鐵水溢流，煤氣泄漏等惡性事故。其次，由于鋼鐵企業(yè)粉塵較多，并且多是一些導電性粉塵，同時現(xiàn)場溫度極高，因此對于電氣及自動化產品的耐污染性及耐高溫性要求較高。第三，對于電氣及自動化產品要求具有很高的抗干擾性及抗振性，特別是在大型軋鋼系統(tǒng)及電爐的場合，電氣傳動設備本身就會在供電系統(tǒng)內部產生大量的諧波，這些諧波將有可能造成控制設備不能正常運行。第四，鋼鐵企業(yè)的傳動系統(tǒng)經常是一些特大容量的設備，并且要求極短的控制響應時間及極高的控制精度。例如1400mm可逆式冷軋雙機的電機容量要在1.5萬kW左右，5500m3高爐電動鼓風機的容量在5.7萬kW左右,2250mm的熱軋帶鋼主軋機電機容量要在1萬kW左右。

二、電氣設備狀態(tài)檢測的意義

狀態(tài)檢測可定義為一種檢測機器運行特性的技術或過程，通過提取故障特征信號（故障先兆），被檢測特性的變化或趨勢可用于在嚴重故障發(fā)生前預知維護需要，或者評估機器的“健康”狀況。狀態(tài)檢測利用了整個設備或者設備的某些重要部件的壽命特征，開發(fā)應用一些具有特殊用途的設備，并通過數據采集以及數據分析來預測設備狀態(tài)發(fā)展的趨勢。電氣設備狀態(tài)檢測及故障診斷在冶金行業(yè)得到了廣泛的應用，有效地進行設備檢測和故障診斷，可減少設備事故率75％，降低設備維修費用25％～50％。此外，檢測與診斷系統(tǒng)還可以使設備避免事故，從而帶來可觀的經濟收益。

三、狀態(tài)檢測與故障診斷系統(tǒng)的基本環(huán)節(jié)

(一) 信號采集

設備在線檢測系統(tǒng)是指在設備使用期內連續(xù)不斷檢查和判斷設備狀態(tài)，預測設備狀態(tài)發(fā)展趨勢的系統(tǒng)。通常通過設備運行狀態(tài)量反映設備運行情況，首先獲取診斷對象的狀態(tài)信息，采集電力設備的電壓、電流、頻率、局部放電量以及磁力線密度等信號(包括正常信號和異常信號)。

(二)數據傳送

信號處理系統(tǒng)通常距檢測設備較遠，因為在傳輸過程中易受干擾、易損失及相移難以一致(受環(huán)境因素影響較大)，故需先作模數轉換、預處理和壓縮打包，再經路徑傳輸到處理控制中心。

(三)數據處理

對所采集到的數據進行處理和分析，例如讀取特征值，作時域頻域分析、平均處理等，為診斷提供有效的數據。

(四)故障診斷

對處理后數據及歷史數據、判據、規(guī)程以及運行經驗等進行分析比較，對設備的狀態(tài)及故障部位作出判斷，為采取進一步措施提供依據，必要時提供預警。

四、在線狀態(tài)檢測與故障診斷技術

在線狀態(tài)檢測及故障診斷系統(tǒng)，是指利用現(xiàn)代傳感器技電氣設備狀態(tài)檢測技術在冶金工業(yè)的應用分析山東陽谷景陽岡冷軋薄板有限公司　周兆科術、信息技術、計算機技術以及各領域技術，綜合構成的輔助運行系統(tǒng)。電氣設備在線狀態(tài)檢測與診斷包括以下基本過程：信號檢測、數據采集、數據處理、診斷。檢測與診斷步驟如下：通過各種傳感器(如光、電、溫度、振動、流量、化學等)檢測出設備的狀態(tài)信號，并使其可被傳輸，轉換，采集，處理。然后由數據采集單元采集并存儲于存儲器中。傳送載體可以是電纜或光纜，為了提高其抗干擾能力，多采用光纜或數字信號傳輸。數據采集可以采用三種方式：采集信號波形、采集信號峰值或記錄峰值超過閥值的脈沖。進行數據處理時，主要為抑制干擾，保留或增強有用信號，提煉信號特征。依據所得的特征信號，采用各種診斷方法，如模糊邏輯、人工神經網絡、專家系統(tǒng)等得出診斷結果。電氣設備在線檢測與診斷依靠的主要技術有傳感器技術、數據處理和分析以及網絡通信技術。

（一）先進的傳感器技術是實現(xiàn)在線檢測的重要手段，設備的故障診斷依靠傳感器獲取的盡可能多的準確的狀態(tài)量數據。為滿足在線檢測的要求，傳感器技術在不斷進行改進，如光傳感器、氣體傳感器以及溫度傳感器等，他們都可以準確地測量電氣設備的狀態(tài)量，并將它轉化成相應的數字信號進行傳輸。為了對輸變電設備絕緣子的鹽密進行在線檢測，相關研究人員已經提出用光傳感器來對絕緣子的污穢程度進行檢測，盡管現(xiàn)在并未得到大范圍推廣，但對電力系統(tǒng)現(xiàn)行的等值鹽密檢測方法卻是一種突破。

（二）對采集到數據進行處理和分析，是在線檢測的又一關鍵步驟。信號的處理和分析是要從現(xiàn)場采集到的大量在噪聲背景下的信息對有用的信息量進行提取，通過對這些信息量與注意值的分析，從而判斷設備是否趨向故障或是已處在故障狀態(tài)，根據需要確定是否退出運行。從運行中的電氣設備提取信號，不可避免地會受到現(xiàn)場噪聲環(huán)境的影響。為了消除噪聲的影響，除了應用硬件濾波，往往還需要運用許多數字濾波技術，比如目前常用的小波變換濾波技術，它可以有效消除穩(wěn)態(tài)干擾信號，把有用信號提取出來進行分析。隨著新技術的不斷出現(xiàn)，更加有效的數據處理技術必將推陳出新。在對故障的分類方面，大多數的處理思路是尋找某一個或一些特征量來進行模式識別。

（三）電力設備在線檢測技術的發(fā)展經歷了單片機檢測到基于DSP技術的檢測，再到基于計算機技術的檢測系統(tǒng)階段，而基于新型總線技術和網絡技術的綜合檢測系統(tǒng)也正在被越來越多的學者認可。目前在線檢測的形式多種多樣，有集中性在線檢測系統(tǒng)，也有分散性在線檢測裝置；在線檢測可以在設備終端進行信號處理后進行傳輸，也可將數據傳輸到服務器后對其集中處理。

五、結語

冶金行業(yè)具有工藝復雜，技術要求高的特點，對電氣及自動化技術和產品的要求也頗高。電氣自動化技術的功能與性能日新月異為冶金行業(yè)新工藝的發(fā)展提供了全新的選擇，發(fā)展在線狀態(tài)檢測與故障診斷技術，不僅是狀態(tài)檢修的需要，也是工業(yè)發(fā)展的要求。