电气设备状态检测的意义与环节

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本文作者：周兆科 单位：山东阳谷景阳冈冷轧薄板有限公司

冶金行业为各行各业的发展提供原材料，其行业本身具有技术性高、工艺复杂的特点，其对于控制系统的各项性能（系统的响应速度、设备可靠性等）也有较高的要求。包括检测技术、控制技术、执行机构技术以及系统技术的产业自动化技术是冶金工业自动化系统的基础，其应用状况直接体现了冶金工业自动化系统所达到的水平。

一、冶金行业的特点分析

冶金行业与其它以电气及自动化产品为基础的行业相比较，其技术要求更高，具体表现在其对产品可靠性、耐污染性、耐高温性、抗干扰性、控制精度等方面都有较高的要求。首先，从产品可靠性要求的角度来看，冶金行业比其他行业的要求更高。例如在冷轧带钢的传动控制系统中，一旦设备出现问题将会造成重大的财产损失甚至人员伤亡。对于热轧高炉等重要部位，一旦出现事故就有可能造成铁水溢流，煤气泄漏等恶性事故。其次，由于钢铁企业粉尘较多，并且多是一些导电性粉尘，同时现场温度极高，因此对于电气及自动化产品的耐污染性及耐高温性要求较高。第三，对于电气及自动化产品要求具有很高的抗干扰性及抗振性，特别是在大型轧钢系统及电炉的场合，电气传动设备本身就会在供电系统内部产生大量的谐波，这些谐波将有可能造成控制设备不能正常运行。第四，钢铁企业的传动系统经常是一些特大容量的设备，并且要求极短的控制响应时间及极高的控制精度。例如1400mm可逆式冷轧双机的电机容量要在1.5万kW左右，5500m3高炉电动鼓风机的容量在5.7万kW左右,2250mm的热轧带钢主轧机电机容量要在1万kW左右。

二、电气设备状态检测的意义

状态检测可定义为一种检测机器运行特性的技术或过程，通过提取故障特征信号（故障先兆），被检测特性的变化或趋势可用于在严重故障发生前预知维护需要，或者评估机器的“健康”状况。状态检测利用了整个设备或者设备的某些重要部件的寿命特征，开发应用一些具有特殊用途的设备，并通过数据采集以及数据分析来预测设备状态发展的趋势。电气设备状态检测及故障诊断在冶金行业得到了广泛的应用，有效地进行设备检测和故障诊断，可减少设备事故率75％，降低设备维修费用25％～50％。此外，检测与诊断系统还可以使设备避免事故，从而带来可观的经济收益。

三、状态检测与故障诊断系统的基本环节

(一) 信号采集

设备在线检测系统是指在设备使用期内连续不断检查和判断设备状态，预测设备状态发展趋势的系统。通常通过设备运行状态量反映设备运行情况，首先获取诊断对象的状态信息，采集电力设备的电压、电流、频率、局部放电量以及磁力线密度等信号(包括正常信号和异常信号)。

(二)数据传送

信号处理系统通常距检测设备较远，因为在传输过程中易受干扰、易损失及相移难以一致(受环境因素影响较大)，故需先作模数转换、预处理和压缩打包，再经路径传输到处理控制中心。

(三)数据处理

对所采集到的数据进行处理和分析，例如读取特征值，作时域频域分析、平均处理等，为诊断提供有效的数据。

(四)故障诊断

对处理后数据及历史数据、判据、规程以及运行经验等进行分析比较，对设备的状态及故障部位作出判断，为采取进一步措施提供依据，必要时提供预警。

四、在线状态检测与故障诊断技术

在线状态检测及故障诊断系统，是指利用现代传感器技电气设备状态检测技术在冶金工业的应用分析山东阳谷景阳冈冷轧薄板有限公司　周兆科术、信息技术、计算机技术以及各领域技术，综合构成的辅助运行系统。电气设备在线状态检测与诊断包括以下基本过程：信号检测、数据采集、数据处理、诊断。检测与诊断步骤如下：通过各种传感器(如光、电、温度、振动、流量、化学等)检测出设备的状态信号，并使其可被传输，转换，采集，处理。然后由数据采集单元采集并存储于存储器中。传送载体可以是电缆或光缆，为了提高其抗干扰能力，多采用光缆或数字信号传输。数据采集可以采用三种方式：采集信号波形、采集信号峰值或记录峰值超过阀值的脉冲。进行数据处理时，主要为抑制干扰，保留或增强有用信号，提炼信号特征。依据所得的特征信号，采用各种诊断方法，如模糊逻辑、人工神经网络、专家系统等得出诊断结果。电气设备在线检测与诊断依靠的主要技术有传感器技术、数据处理和分析以及网络通信技术。

（一）先进的传感器技术是实现在线检测的重要手段，设备的故障诊断依靠传感器获取的尽可能多的准确的状态量数据。为满足在线检测的要求，传感器技术在不断进行改进，如光传感器、气体传感器以及温度传感器等，他们都可以准确地测量电气设备的状态量，并将它转化成相应的数字信号进行传输。为了对输变电设备绝缘子的盐密进行在线检测，相关研究人员已经提出用光传感器来对绝缘子的污秽程度进行检测，尽管现在并未得到大范围推广，但对电力系统现行的等值盐密检测方法却是一种突破。

（二）对采集到数据进行处理和分析，是在线检测的又一关键步骤。信号的处理和分析是要从现场采集到的大量在噪声背景下的信息对有用的信息量进行提取，通过对这些信息量与注意值的分析，从而判断设备是否趋向故障或是已处在故障状态，根据需要确定是否退出运行。从运行中的电气设备提取信号，不可避免地会受到现场噪声环境的影响。为了消除噪声的影响，除了应用硬件滤波，往往还需要运用许多数字滤波技术，比如目前常用的小波变换滤波技术，它可以有效消除稳态干扰信号，把有用信号提取出来进行分析。随着新技术的不断出现，更加有效的数据处理技术必将推陈出新。在对故障的分类方面，大多数的处理思路是寻找某一个或一些特征量来进行模式识别。

（三）电力设备在线检测技术的发展经历了单片机检测到基于DSP技术的检测，再到基于计算机技术的检测系统阶段，而基于新型总线技术和网络技术的综合检测系统也正在被越来越多的学者认可。目前在线检测的形式多种多样，有集中性在线检测系统，也有分散性在线检测装置；在线检测可以在设备终端进行信号处理后进行传输，也可将数据传输到服务器后对其集中处理。

五、结语

冶金行业具有工艺复杂，技术要求高的特点，对电气及自动化技术和产品的要求也颇高。电气自动化技术的功能与性能日新月异为冶金行业新工艺的发展提供了全新的选择，发展在线状态检测与故障诊断技术，不仅是状态检修的需要，也是工业发展的要求。