煤矿设备智能诊断技术研究应用

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摘要：煤矿企业生产机械化因其种类繁多，结构复杂，运转速度快、负荷高、自动化水平高，对合理使用和安全操作的要求十分严格。同时，井下环境的复杂性和危险性对于设备安全运转构成巨大威胁。设备一旦发生故障，不仅会迫使矿井停产，甚至危及作业人员人身安全。本文重点对煤矿机电设备智能诊断技术及应用方法进行了研究，对确保煤矿企业设备正常运行具有借鉴和参考意义。

关键词：矿井设备；设备故障；智能诊断

对矿井设备的运行情况进行全面检测和预警是煤矿机电设备管理的重中之重。结合电气设备的“谐波诊断方法”分析技术，利用驱动电气在工作过程中不同部件故障特征和特征产生的对驱动电流扰动而引起电磁场变化的原理，利用矿用本安型谐波诊断设备，构建基于谐波分析技术的矿井设备智能诊断系统，以实现对矿井设备运行的状态检测及趋势管理，减少日常维护及维护不到位的情况。

1主要研究内容

（1）建立符合实际情况的基于全生命周期管理的煤矿机电设备管理系统，实现设备管理、检修维护等规范管理。煤矿机电设备管理系统以设备个体的生命周期为线索，将设备需求计划、招标采购、到货入库、领用出库等物资管理流程，与设备出库后使用、维护保养、移交、维修、报废、处置等设备、资产管理流程衔接起来，形成了以设备流动的全部过程为导向，以设备的实际应用环节为跟踪依据的全面跟踪管理，实现对煤矿机电设备各种基础信息、技术参数建账，技术资料归档、检修维护、故障信息管理等功能。（2）采用谐波诊断仪对大型矿用电气设备健康状态进行诊断，采用设备巡点检仪对煤矿中小设备及其旋转部分进行检测，建立起全面的机电设备健康档案库。通过定期、连续检测，积累个性数据，可对设备状态进行趋势管理，也为设备维保、定期检修提供参考。可以正确有效地揭示潜在故障的发生、发展和转移，智能地诊断出设备故障原因与故障严重程度，为应急控制和维修管理提供准确、可靠的依据，从而节约维修费用，避免重大事故发生。（3）通过对机电设备健康状态的长期检测（6个月以上），建立起符合实际情况的机电设备巡点检的标准体系和状态检修维护的管理体系，完善机电设备检修维护管理制度，实现由定期检修向状态检修、预知检修的转变，提升机电设备的管理水平。

2关键技术应用

因电气设备如电动机、变频器、变压器、发电机等在不同状态、不同工作状态下，会产生不同的高次谐波，电气设备中的高次谐波与设备部位、情况有密切关系，利用谐波分析技术能为电气设备的检测和管理提供依据。关键技术在于利用电气设备产生的高次谐波及谐波含有率与设备故障位置及其程度的关系，针对煤矿设备设计矿用型谐波诊断仪，构建基于谐波分析技术的“矿井设备智能诊断系统”。该关键技术包括三个方面：①高精度谐波信号采集及分析技术；②基于人工神经网络进行设备异常诊断的智能诊断技术；③设备健康状态预警和生成趋势图的技术。通过这些关键技术，最终实现实现谐波信号的采集、转换、处理、分析、诊断等功能。谐波检测技术与传统检测方法的对比如表所示：

3采用的研究方法和技术路线

3.1研究方法

吸收国内外各种设备状态维修与检测设备及系统的经验基础上，开发基于RFID技术和振动诊断技术的设备巡检点检仪，引入利用驱动电气在工作过程中不同部件故障特征和老化特征产生对驱动电流扰动而引起电磁场变化原理设计的谐波诊断仪。设备巡点检仪可以智能地诊断出设备可能存在的不对中、不平衡、配合松动、装配不当以及轴承疲劳损伤等潜在故障，适用于煤矿通风机、皮带输送机、水泵等重要机电设备的运行状态监测与故障诊断分析。可以正确有效地揭示潜在故障的发生、发展和转移，智能地诊断出设备故障原因与故障严重程度，为应急控制和维修管理提供准确、可靠的依据，从而节约维修费用，避免重大事故发生。谐波诊断仪可以对各种驱动电气，包含各种电机、发电机、变频器、变压器、工业电容、UPS、大功率电池组已经工业输电电缆等进行检测。检测时仅需使用谐波传感器对设备电源母线进行信号采集，谐波诊断仪将自动记录、分析采得的谐波信号，输出设备状态报告，对设备的状态以及以后的设备维护提出建议。上述两种设备配合基于全生命周期煤矿机电设备管理软件系统，能够实现对煤矿机电设备日常维护保养以及故障前期诊断的现场管理，以提高煤矿机电维护人员工作效率，为保障设备完好率和设备连续不断运行提供管理手段。通过定期、连续检测，积累个性数据，可对设备状态进行趋势管理，也为设备维保、定期检修提供参考。

3.2技术路线

机电设备健康状态检测主要是实现设备状态监测与故障诊断，是识别设备(机器或机组)运行状态的一门综合性应用科学和技术，它主要研究设备运行状态的变化在诊断信息中的反映；通过测取设备状态信号，并结合其历史状况对所测信号进行处理分析，特征提取，从而定量诊断(识别)设备及其零部件的运行状态(正常、异常、故障)，进一步预测将来状态，最终确定需要采取必要对策的一门技术。主要内容包括监测、诊断(识别)和预测三个方面。具体技术结构关系如下图：

3.3机电设备健康状态检测管理信息系统

（1）系统软件部分：实现在煤矿统一软件产品平台上将各个与设备管理有关的各个方面、层次的管理制度规范化，数据信息格式规范化，并充分考虑现有资源情况，充分实现数据共享；（2）系统硬件部分：包括矿用本安型谐波诊断仪及相关附件，矿用本安型设备点检仪（以及相关附件）和现场标示；点检仪部分提供点检任务管理和数据采集功能，现场设备标示部分安装在现场。系统框架图如下：系统主要功能模块包括机电设备基础信息管理、设备树管理、台账管理、跟踪管理、移交管理、申领管理、维修管理、报废管理、处置管理、折旧管理；设备日常维修管理、保养管理、故障管理、巡点检管理、谐波检测管理、预警管理与设备状态趋势分析等功能。

3.4设备管理流程

（1）首先建立煤矿机电设备全生命周期管理系统，实现对煤矿机电设备、高压电缆等的集中管理，实现对所检测设备的基本信息、技术参数台账、检修维护信息、故障记录等集中管理；（2）选取主要类别机电设备，如主副井提升机、变频器、主排水泵电机和水泵、主扇、局扇、瓦斯抽放泵站、压风机、工作面刮板运输机机尾电机、割煤机电机、转载机电机、皮带电机、减速机、高压电缆作为检测设备对象，建立设备技术参数台账和检测周期；（3）对检测设备进行现场检测、趋势跟踪，根据设备检测报告在检修时进行设备状态验证，建立设备检测台账、健康档案、对比分析报告以及检修档案；（4）提交谐波法诊断仪及点检仪在煤矿设备健康状态检测的详细成果报告。

4主要经济技术指标

研究方法和成果进一步提升机电管理水平，降低维修成本，满足矿井安全生产需要，达到安全、经济、高效的目标。（1）依据诊断仪所给出的检修时间、检修项目，可以实现针对性的检修维护，显著降低设备备件的库存量，减少设备定期检修工时、节约维修人工费20%以上，节约维修费用20万元以上；（2）使用谐波诊断仪对大型电气驱动设备进行现场诊断及趋势管理，可以大幅降低各生产环节设备的非正常停机时间，如果每月减少20小时的非正常停机时间，可以实现增产数千吨煤炭，增加产值500万元以上；（3）连续的设备健康状态检测及设备状态趋势管理，可以预测故障与隐患，指导进行提前排除，降低因设备不确定性故障造成的安全事故的发生次数等。

5效益分析

矿井设备的智能诊断系统使用非接触式信号测量探头，可以对远距离设备、遮挡或水下设备等进行检测，系统中的谐波检测仪体积小、重量轻、携带方便，可大大降低维护工人工作强度。系统大大促进矿井设备安全和人员安全，使操作人员避免一些相对危险的环境；系统操作简单，不需专家分析，可以快速直接生成详细报告。检测能同时检测矿井设备电气部分和机械部分，并在设备运行状态下完成检测，不需要停机检测，可实现提前对设备健康状态预警和生成趋势图。提前发现问题并预警，避免突发事故，并指导维修，对生产不造成影响；系统通过长期的检测可以建立设备健康管理档案库，为设备长期跟踪和预警提供可靠依据，对设备进行全生命周期管理，提高了煤矿机电管理水平，增长了煤矿经济效益。促进煤矿安全生产。

参考文献：

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作者：许夫鹏 高峰 单位：兖州煤业股份有限公司东滩煤矿