(山东金洲集团矿业有限公司 山东威海 264500)
摘要：电气设备对于整个电力系统来说，是很重要的一个环节，其地位举足轻重。对于隧道的维护工作来说，它也应该倍受重视。因此，认真细致地做好电气设备故障诊断，同时进行合理维护，对于保证各类电气设备实现健康运行来说，是重要的前提和基础。本文首先分析电气设备的故障类型，并分析在维护管理方面应该采取什么有效措施，希望对实现有效提升电气设备的总体运行水平发挥一定的借鉴和参考作用。
关键词：矿山电气设备；在线监测；故障诊断；
引 言：矿山开采工作中涉及了包括了变压器、输送机、提升机在内的众多大型电气设备，这些电气设备的安全、稳定运行是矿产工作有序开展的重要保障。滚动轴承是大部分电气设备中的核心部件，也是较易损坏的部件，目前，由于设备故障导致的安全事故时有发生，其中由滚动轴承导致的故障约占40%。因此，利用先进技术对轴承进行在线监测和故障诊断可以有效保障电气设备正常运行，提升设备性能。
1.电气设备基本故障类型及诊断
1.1故障基本类型
电气设备在实际使用的过程中，以故障发生的不同时期来进行分类，可以分为以下几种：第一种是早期故障。这种故障的成因，多为设计时存在缺陷造成的，也可能是由于部分生产厂家为了节约成本而使用了一些质量不合格的产品而导致的。很多企业所使用的电气设备刚刚投用是正常的，但稍运行一段时间之后，就会产生这样或那样的故障，但随着设备逐步趋于稳定状态时，会造成故障率逐步降低和减少。第二种是中期故障。这种故障的成因多为偶然因素造成的，其特点是出现的次数较少，几率也较低，这种也通常被称为偶然故障。第三种是后期故障。一般来说，这类故障所占的比例较大，通常这种故障也被称作是“耗损故障”。這种故障，一般是因为电气设备处于长期运行状态，受高电压、高电流影响，使其各个元件逐步老化或是长期磨损而造成的。此外，由于操作人员工作水平不同，维护工作能力有差别，使得设备运行质量受到不良影响，长此以往造成故障。
1.2电气设备常见的诊断方法
主要有以几种方法。第一种称作是短路诊断方法。该方法，实际是以人为方式，将电气通道中某些部分进行短路处理，从而打下回路故障检测工作的基础。该方法缺点在于维修人员要带电操作，需要做好高质量的安全防护。第二种称作是分析诊断方法。该方法是以电气设备自身基本线路以及工作原理并与具体操作流程相结合，进行分析和诊断。在这方面，检修技术人员是否具备经验优势，十分重要。只有经验丰富的人员，才能在短时间内查出具体原因，明确故障位置。第三种称作是替换诊断方法。该方法也称作是代换法。是要以大致确定故障具体部位为基础，用已知正常的元件去代替怀疑存在问题的元件。如果恢复正常，则证明故障点位置被正确确定。该方法使用较多，不足之处在于要准备大量的备件。第四种称作是对比诊断方法。该方多用于无图纸资料情况下的故障诊断。通常以相同型号和线路的电器设备为标准，对现存的设备故障进行细致对比和分析工作，实现通过找出不同之处确定实际故障点。
2.矿山电气设备在线监测与故障诊断系统硬件设计
在线监测与故障诊断系统由数据采集、数据传输、参数监控以及故障诊断四大部分组成。利用振动加速传感器和温度传感器对设备滚轴运转情况及设备温度进行检测；利用矿本安振动监测分析仪对信号数据进行采集、放大和转换，将数据通过以太网传送到数据服务器上，最终实现在线监测与故障诊断。图1为某矿山的自动化控制设备系统。
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图1 自动化控制设备系统
2.1核心部件设计系统的硬件设计
以MHK18矿用本安型振动检测仪为核心。振动检测仪适用于煤矿井下机械设备常规振动的测量，特别是往复机械中的振动测量。对各种设备的点检、巡检、定期检验，能方便地进行各种机械设备振动的状态监测和故障诊断。主要功能内置剪切式压电加速度传感器，频率范围宽；配备不同尺寸的探头，适应不同工况现场；液晶屏加背光方式，可在光线不足环境下使用；20小时续航时间，具备电量提示功能；无操作延时自动关机；数据存储功能。振动检测仪能够检测信号的振动峰值、振动频率以及故障，实现对信号的智能处理。
2.2数据采集设计系统的数据采集
主要由KS16矿用本安型振动加速度传感器和LH516-S矿用本安型数据采集分站组成。KS16矿用本安型振动加速度传感器主要是用于测量轴承的振动，主要是安装在各种旋转机械装置的轴承盖上，将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，能够直接与记录显示和采集仪器连接，简化了测试系统提高了测试的精度和可靠性。振动加速器利用其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。工业操作振动的测量一般的灵敏度考虑在50mV/g，100mV/g和200mV/g的加速度传感器，然而对传感器的频率范围则必须根据不同的测量对象进行选择。
3.系统软件设计
滚动轴承的振动信号由内、外部因素共同作用形成，内部因素包括自身结构和运转方式等，外部因素包括其他设备或部件对轴承的振动作用。内、外部因素共同作用使得滚动轴承的振动信号复杂随机，将特征信号从全部振动信号中提取出来是利用振动信号分析进行故障监测和诊断基础。对振动信号进行时域分析。滚动轴承的损坏程度越高，振动越强烈，时域分析指标越高。采用信号峰值来检测信号振动强度，一般振动越强，峰值越高，滚动轴承磨损也越严重。在时域分析中引入峭度系数K来反映函数图像的曲度，峭度系数可以监测到早期故障。对振动信号进行频域分析。通过傅立叶变换将时域信号的横坐标从时间变为频域信息，得到振动信号的频域信息。分析振动信号的频率信息，可以准确定位滚动轴承故障的具体位置。对振动信号进行包络分析。包络分析可以确定局部故障类型，特别是对磨损故障和开裂故障具有显著效果。
4.系统的功能实现
将系统数据采集器监测到的图像和信号数据转化为HTML格式文件，利用图像界面实现web远程监控。根据系统的具体要求对每个单元点的参数分别进行设置，分析振动信号的特征，结合故障专家数据库进行故障类型、故障位置的判断，将诊断结果返回到终端显示器，同时向系统进行报警。同步显示功能能够显示设备的轴承的环境温度、振动参数等，对超出预设值的信号进行报警提示。统计查询功能可以统计和导出监测数据，为信号分析提供数据支持。诊断功能采用时域分析、频域分析以及包络分析方法对信号进行判别，从而得出诊断报告。
结束语
综上所述，根据矿山电气设备特点设计的在线监测与故障诊断系统，实现了对矿用电气设备信息的实时监控、数据查询、报警处理以及故障诊断等功能，实现了对大型电器设备的实时监控以及故障的及时诊断处理，有效提高了电气设备运行的稳定性和安全性。矿山电气设备在线监测与故障诊断系统的开发和利用对提高生产效率，保障矿产工作的安全性具有十分重要的意义。
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