電氣設(shè)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(shù)性高、工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，其對于控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能（系統(tǒng)的響應(yīng)速度、設(shè)備可靠性等）也有較高的要求。包括檢測技術(shù)、控制技術(shù)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)技術(shù)以及系統(tǒng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)自動化技術(shù)是冶金工業(yè)自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其應(yīng)用狀況直接體現(xiàn)了冶金工業(yè)自動化系統(tǒng)所達(dá)到的水平。
一、冶金行業(yè)的特點(diǎn)分析
冶金行業(yè)與其它以電氣及自動化產(chǎn)品為基礎(chǔ)的行業(yè)相比較，其技術(shù)要求更高，具體表現(xiàn)在其對產(chǎn)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(chǎn)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(shè)備出現(xiàn)問題將會造成重大的財(cái)產(chǎn)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(dǎo)電性粉塵，同時(shí)現(xiàn)場溫度極高，因此對于電氣及自動化產(chǎn)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(chǎn)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(shè)備本身就會在供電系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生大量的諧波，這些諧波將有可能造成控制設(shè)備不能正常運(yùn)行。第四，鋼鐵企業(yè)的傳動系統(tǒng)經(jīng)常是一些特大容量的設(shè)備，并且要求極短的控制響應(yīng)時(shí)間及極高的控制精度。例如1400mm可逆式冷軋雙機(jī)的電機(jī)容量要在1.5萬kW左右，5500m3高爐電動鼓風(fēng)機(jī)的容量在5.7萬kW左右,2250mm的熱軋帶鋼主軋機(jī)電機(jī)容量要在1萬kW左右。
狀態(tài)檢測可定義為一種檢測機(jī)器運(yùn)行特性的技術(shù)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(yán)重故障發(fā)生前預(yù)知維護(hù)需要，或者評估機(jī)器的“健康”狀況。狀態(tài)檢測利用了整個(gè)設(shè)備或者設(shè)備的某些重要部件的壽命特征，開發(fā)應(yīng)用一些具有特殊用途的設(shè)備，并通過數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)分析來預(yù)測設(shè)備狀態(tài)發(fā)展的趨勢。電氣設(shè)備狀態(tài)檢測及故障診斷在冶金行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，有效地進(jìn)行設(shè)備檢測和故障診斷，可減少設(shè)備事故率75％，降低設(shè)備維修費(fèi)用25％～50％。此外，檢測與診斷系統(tǒng)還可以使設(shè)備避免事故，從而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)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(shè)備在線檢測系統(tǒng)是指在設(shè)備使用期內(nèi)連續(xù)不斷檢查和判斷設(shè)備狀態(tài)，預(yù)測設(shè)備狀態(tài)發(fā)展趨勢的系統(tǒng)。通常通過設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)量反映設(shè)備運(yùn)行情況，首先獲取診斷對象的狀態(tài)信息，采集電力設(shè)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(shù)據(jù)傳送
信號處理系統(tǒng)通常距檢測設(shè)備較遠(yuǎn)，因?yàn)樵趥鬏斶^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(shù)轉(zhuǎn)換、預(yù)處理和壓縮打包，再經(jīng)路徑傳輸?shù)教幚砜刂浦行摹?/p>
(三)數(shù)據(jù)處理
對所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，例如讀取特征值，作時(shí)域頻域分析、平均處理等，為診斷提供有效的數(shù)據(jù)。
(四)故障診斷
對處理后數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)、判據(jù)、規(guī)程以及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行分析比較，對設(shè)備的狀態(tài)及故障部位作出判斷，為采取進(jìn)一步措施提供依據(jù)，必要時(shí)提供預(yù)警。
四、在線狀態(tài)檢測與故障診斷技術(shù)
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(shè)備狀態(tài)檢測技術(shù)在冶金工業(yè)的應(yīng)用分析山東陽谷景陽岡冷軋薄板有限公司 周兆科術(shù)、信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及各領(lǐng)域技術(shù)，綜合構(gòu)成的輔助運(yùn)行系統(tǒng)。電氣設(shè)備在線狀態(tài)檢測與診斷包括以下基本過程：信號檢測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)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(xué)等)檢測出設(shè)備的狀態(tài)信號，并使其可被傳輸，轉(zhuǎn)換，采集，處理。然后由數(shù)據(jù)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(shù)字信號傳輸。數(shù)據(jù)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，主要為抑制干擾，保留或增強(qiáng)有用信號，提煉信號特征。依據(jù)所得的特征信號，采用各種診斷方法，如模糊邏輯、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等得出診斷結(jié)果。電氣設(shè)備在線檢測與診斷依靠的主要技術(shù)有傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和分析以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。
（一）先進(jìn)的傳感器技術(shù)是實(shí)現(xiàn)在線檢測的重要手段，設(shè)備的故障診斷依靠傳感器獲取的盡可能多的準(zhǔn)確的狀態(tài)量數(shù)據(jù)。為滿足在線檢測的要求，傳感器技術(shù)在不斷進(jìn)行改進(jìn)，如光傳感器、氣體傳感器以及溫度傳感器等，他們都可以準(zhǔn)確地測量電氣設(shè)備的狀態(tài)量，并將它轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。為了對輸變電設(shè)備絕緣子的鹽密進(jìn)行在線檢測，相關(guān)研究人員已經(jīng)提出用光傳感器來對絕緣子的污穢程度進(jìn)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(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，是在線檢測的又一關(guān)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(jìn)行提取，通過對這些信息量與注意值的分析，從而判斷設(shè)備是否趨向故障或是已處在故障狀態(tài)，根據(jù)需要確定是否退出運(yùn)行。從運(yùn)行中的電氣設(shè)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(yīng)用硬件濾波，往往還需要運(yùn)用許多數(shù)字濾波技術(shù)，比如目前常用的小波變換濾波技術(shù)，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(jìn)行分析。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，更加有效的數(shù)據(jù)處理技術(shù)必將推陳出新。在對故障的分類方面，大多數(shù)的處理思路是尋找某一個(gè)或一些特征量來進(jìn)行模式識別。
（三）電力設(shè)備在線檢測技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了單片機(jī)檢測到基于DSP技術(shù)的檢測，再到基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的檢測系統(tǒng)階段，而基于新型總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合檢測系統(tǒng)也正在被越來越多的學(xué)者認(rèn)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(shè)備終端進(jìn)行信號處理后進(jìn)行傳輸，也可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器后對其集中處理。
五、結(jié)語
冶金行業(yè)具有工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高的特點(diǎn)，對電氣及自動化技術(shù)和產(chǎn)品的要求也頗高。電氣自動化技術(shù)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(shù)，不僅是狀態(tài)檢修的需要，也是工業(yè)發(fā)展的要求。