矿山机电设备故障诊断技术探讨

刘江斌

（陕西澄城董东煤业有限责任公司，陕西渭南715200）

1 矿山机电设备故障诊断技术介绍

1.1 简单的主观诊断

利用简单的诊断仪器和从业人员诊断方面的经验对故障进行诊断和检修。主观诊断技术有以下几种方式:感官检查、参数测量、逻辑分析、故障分析等。其中直觉法就是利用人体的感官对故障的原因进行查找和分析；此种方式可即时的对故障进行查找和排查，并进行解决这种诊断技术对从业人员经验要求较高，虽然直接方便、速度快，但是可靠性低，容易造成误判。

1.2 仪器诊断法

仪器诊断法就是利用监测仪器，如示波器#频谱分析仪等对矿山机电进行状态监测和数据采集。如：振动幅值、频率、相位、转速、模态以及温度、压力、流量等工艺参数，然后用仪器显示的结果，或者相应软件分析的结果，记录分析结果并判断故障的情况。一旦机电设备再出现故障，可以把当前的数据和历史数据进行比较，再结合体现出来的故障特征，利用设备故障诊断知识，做出新一轮的故障判别，并再次做好记录。通过这样的方式，建立一种此类机电设备的故障诊断的数据库，以应对复杂多变的矿山机电设备故障问题。

1.3 无损检测诊断技术

无损检测技术是指在不破坏被检测对象的情况下，对机电设备本体或者零件表面、金属材料内部、零部件之间的结合部等产生的缺陷和缺陷变化进行探测的技术，一般包括$超声波检测技术、射线照相检测技术#表面缺陷的检测技术。这种故障诊断和检测技术不会对检测主体造成破坏，但是它的技术含量高，充分结合了计算机技术、传感器技术和频谱分析技术，费用也相对较高，所以目前这种技术在很多方面还不是很成熟，但是它是机电设备故障诊断技术的一个未来发展趋势。

1.4 智能诊断技术

随着人工智能技术的不断发展，以知识处理为核心的智能故障诊断技术已经成为设备故障诊断技术的一个主要发展方向。智能故障诊断技术是在自动测试技术和信号处理技术的基础之上，将人工智能的理论和方法应用到机电设备故障诊断领域，实现诊断过程的智能化。目前神经网络系统和专家系统是现代化机电设备主要的智能故障诊断技术。

2 采煤机工况的故障检测与诊断

2.1 变频器通信单元

所用变频器可检测27个工况检测参数，并有独立的液屏，显示屏，能显示采煤机的牵引速度牵引电机电流、变频器输入电压等参数，并具有温度保护、过压、欠压、过流、过载等多种保护功能。变频器通信单元的主要功能是将变频器工述检测信号传送到工况检测及故障诊断中心，由检测中心进行相应的处理，并进行中文或图形方式集中显示。

2.2 工况检测及故障诊断单元

该单元嵌入微型计算机中，采用Windows操作系统。该单元与采煤机控制中心采用接点通信方式，一旦故障诊断单元检测、诊断出有故障或事故发生时，屏幕立刻显示出故障类型，并向控制中心发出相应信号，由控制中心进行相应的控制操作，如进行声光报警或进行故障保护。

2.3 检测152.4mm显示单元

该显示单元由一块480×640线的彩色液晶显示屏及有关电路组成。显示内容包括采煤机所有工况检测参数、操作及运行状态报警提示和故障诊断结果等。此外还有左、右摇臂检测单元；机身外围检测单元；高压控制箱检测单元三个主要单元。

3 矿用高压异步电动机的故障检测与诊断

常见故障特征提取方法包括信号处理、模式识别和参数辩识。现代信号处理技术的发展为故障诊断提供了强有力的工具，人工智能技术的应用大大提高了诊断的精度和范围。模糊逻辑、人工神经网络、专家系统等人工智能技术都被应用于异步电动机的故障诊断，取得了较好的效果。异步电动机故障常见的检测与诊断方法有：

3.1 局部放电检测

利用检测定子电流的电流互感器(CT)和高频检测仪，或通过射频天线和带通滤波器检测局放脉冲，可辨别各种局放源以诊断定子的不同故障。这种方法对有些低压电机效果较差。

3.2 电流高次谐波检测

定子绕组故障可引起定子电流的高次谐波增加，尤其是定子绕组匝间短路故障。据研究，匝间短路时定子电流的5、11、17次谐波显着增加，其中5次谐波增加较多。根据电动机故障所表现的不同特征，又分为对称故障和不对称故障两大类：(1)对称故障如过载、堵转和三相短路等，这类故障最明显的特征是电动机电流明显增大，因此可通过电动机过流程度来诊断这类故障。(2)不对称故障如断相、相间短路、匝间短路、单相接地和两相接地等。有关研究表明，当定子绕组的一个线圈对中性点短路时，三相电流的幅值为1.07、0.89、0.91（标幺值）。因此，利用定子电流的不平衡现象检测异步电动机的定子绕组故障较为方便有效。这类故障最明显的特征是电动机电流中出现负序电流和零序电流，因此以零序电流和负序电流分量作为鉴别不对称故障的判据有较高的可靠性。不对称故障根据故障点的不同又可分为接地性和非接地性两大类，故障的类型不同其信号的检测方法也不同。

3.3 磁通检测

电机的定子故障会使内部磁通在径向和切向工的分量发生变化，所以只要检测出这两个分量的磁通变化情况，也可诊断出定子故障。这种方法在高压电机的定子侧的多种故障检测得到了应用，但这种方法需要专门的磁通检测仪器，使用不方便，对弱信号不易检测。

4 矿井提升机设备的故障检测与诊断

提升机是矿山机电设备中最常见、使用最频繁的设备之一，其主要作用和职能是对材料、矿石，煤炭和工作人员的升降，因此它与矿山企业的正常生产和工作人员的生命安全息息相关。提升机最容易出现的故障就是松绳故障，一旦发生其危害性是非常重大的，有可能会造成严重的经济损失或人员伤亡。

目前，比较先进、高效、简单的松绳监测装置，主要包括霍尔传感器、单片机两部分，工作原理是：在提升机天轮上逐个安装小磁钢，并将霍尔传感器安装在最合理的位置，进而实现对提升机天轮运转速度的有效检测。提升机在正常工作状态下，也就是不会出现松绳故障时，提升机天轮的运转速度是保持不变的，霍尔传感器测算出来的计数脉冲个数也并无差异，所以单片机得出的天轮行程差为零。而当矿用提升机的钢丝存在松绳隐患时，提升机的两个天轮行程会出现不同程度的差异，这时单片机能够对两个天轮的行程差进行快速的计算，当其达到预警值后会及时发出报警信号。当保护值和行程差一致时，该装置会及时发出对提升机设备的控制信号，使提升机能够及时刹车并停止运转，进而确保提升机周边环境的安全。

5 结语

矿山机电设备的故障检测诊断技术可以为矿山机电设备的相关维护人员和维修人员及时并有效地进行机电设备的故障预测，发现机电设备的故障源头，分析并找到机电设备的故障原因以及给出机电设备的故障解决方案，防止并预防煤矿机电设备安全事故的发生。因此煤矿企业应该大力推动矿山机电设备智能诊断检测技术的研究和发展，以保证矿山机电设备的安全性与可靠性，减少并力争避免安全事故的产生。