摘要：ESA技術(shù)通過采集電動(dòng)機(jī)的電壓和電流參數(shù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來判斷電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，并進(jìn)行故障診斷，以此來確定檢修方案，從而減少了不必要的檢修，提高檢修效率，節(jié)約成本。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)機(jī)；ESA技術(shù)；電氣信號(hào)分析技術(shù)；故障診斷；頻譜分析 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP278 文章編號(hào)：1009-2374（2015）23-0051-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.027

1 概述

根據(jù)國(guó)內(nèi)核電站運(yùn)行狀況，主要通過對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行周期性的檢修再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)募m正性維修，使得設(shè)備的運(yùn)行條件得以保持和改善。檢修主要分兩種情況：一種是每個(gè)換料周期對(duì)需要檢修的設(shè)備進(jìn)行檢查維護(hù)工作；另一種是3～6個(gè)換料周期對(duì)需要檢修設(shè)備進(jìn)行解體大修。這樣周期性的檢修一定程度上避免了缺陷設(shè)備的帶病運(yùn)行，但是對(duì)于有些初始運(yùn)行狀態(tài)良好的設(shè)備，經(jīng)過帶有一定盲目性的檢修后，反而破壞了原有的良好狀態(tài)，造成大量人力、物力的浪費(fèi)。根據(jù)有關(guān)資料記載，對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)和診斷，可使設(shè)備維修費(fèi)減少25%～50%，設(shè)備事故率減少75%，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

2 電氣信號(hào)分析（ESA）技術(shù)原理

2.1 ESA技術(shù)原理介紹

ESA的概念是，在電機(jī)正常工作情況下，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集器，采集電機(jī)的電流和電壓信號(hào)，分析軟件對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理并分析調(diào)理的信號(hào)，從而識(shí)別各種故障。電機(jī)三相電壓和電流信號(hào)的采集可以直接從一次回路或通過CT在電機(jī)控制的二次回路獲得，可在控制中心測(cè)試，直接用電流鉗或電壓鉗采集，通過采集的電流和電壓信號(hào)對(duì)電動(dòng)機(jī)的整體運(yùn)行情況進(jìn)行分析。

對(duì)于理想的電機(jī)，理論上電機(jī)的電流信號(hào)是一個(gè)純50Hz的正弦波，在分析頻譜上只有一個(gè)峰值存在，當(dāng)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，如轉(zhuǎn)子條斷裂或有高阻連接等，諧波磁通在定子線圈上產(chǎn)生感應(yīng)電流，這些感應(yīng)電流疊加到50Hz的正弦波上，從頻譜圖上看會(huì)導(dǎo)致在50Hz峰值附近的極通過邊帶波峰的幅值增加。通過解調(diào)技術(shù)，邊帶可從電源峰值中分離出來，而且清晰可見，不受其他頻率的干擾。幅值波峰越高問題越嚴(yán)重。采集的電流和電壓信號(hào)，利用快速傅立葉變換，采用計(jì)算機(jī)分析軟件，可得到各種信號(hào)頻率的分布。以下是電氣信號(hào)分析技術(shù)的基本規(guī)則：（1）峰值出現(xiàn)在電流譜而非電壓譜，表示電機(jī)機(jī)械故障；（2）峰值同時(shí)出現(xiàn)在電流譜和電壓譜，表示電機(jī)電氣故障；（3）供電頻率（線頻）的準(zhǔn)差率、邊頻，表示轉(zhuǎn)子狀態(tài)；（4）對(duì)于軸承故障，峰值僅出現(xiàn)在電流譜，且存在線頻的非整數(shù)倍與轉(zhuǎn)頻非整數(shù)倍的頻率。下表1為不同故障對(duì)應(yīng)的特征頻率關(guān)系。

2.2 ESA技術(shù)優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)手段主要是通過單獨(dú)測(cè)量電機(jī)的溫度、振動(dòng)、電流、電壓值，聽電機(jī)的運(yùn)行聲音，現(xiàn)在還出現(xiàn)用超聲波檢測(cè)儀器來測(cè)量電機(jī)的在線運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行判斷，這些測(cè)量手段主要是針對(duì)電動(dòng)機(jī)某個(gè)點(diǎn)進(jìn)行判斷，方法單一，對(duì)技術(shù)人員要求比較高，數(shù)據(jù)分析繁瑣，且每次測(cè)量需要攜帶比較多的設(shè)備。而ESA監(jiān)測(cè)技術(shù)，很大程度上避免了以上的缺點(diǎn)，表2為傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)和ESA技術(shù)對(duì)比表。

通過對(duì)比可知，ESA技術(shù)實(shí)現(xiàn)了眾多設(shè)備的大多功能，而從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)來說，ESA在線檢測(cè)的功能已經(jīng)能滿足設(shè)備檢測(cè)需求。

3 ESA技術(shù)在電動(dòng)機(jī)故障特征識(shí)別中的應(yīng)用

3.1 電機(jī)總體運(yùn)行情況

電機(jī)在運(yùn)行過程當(dāng)中，往往會(huì)有各種干擾而導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行條件變差，如電源電壓不平衡、三相電流不平衡、電流和電壓諧波分量比例過大等，而電流不平衡和諧波分量情況往往反映了電機(jī)本身存在的問題，如匝間短路等問題。而通過檢測(cè)這些數(shù)據(jù)可以判斷電機(jī)的整體運(yùn)行狀態(tài)是否健康。

3.2 轉(zhuǎn)子故障診斷分析

在冷卻效果較差時(shí)，起動(dòng)電流產(chǎn)生的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力較大，當(dāng)在重載和頻繁啟動(dòng)情況下，籠條與端環(huán)焊接處是經(jīng)常發(fā)生開焊和斷裂的部位。正常情況下，在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流特征中，電動(dòng)機(jī)極通過頻率PPF（滑差×極數(shù)）表現(xiàn)為工頻的邊帶，在FL±PPF處可看到峰值。工頻峰值和極通過頻率邊帶峰值的幅值差是轉(zhuǎn)子條健康的狀態(tài)指標(biāo)。相關(guān)研究表明這個(gè)差大于60dB指示。圖1顯示是頻率為50Hz電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子有頻譜狀況，變頻邊帶峰值大于60db，運(yùn)行狀態(tài)良好。通過監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子的頻譜變化來判斷轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)。

3.3 軸承診斷

對(duì)于軸承故障，因軸承支撐轉(zhuǎn)子，軸承故障將引起氣隙長(zhǎng)度的變化，如對(duì)滾動(dòng)軸承來說，氣隙在半徑方向發(fā)生變化，其結(jié)果可看作沿兩個(gè)方向運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)偏心。軸承故障可通過定子電流特征頻率反映出來，電流特征頻率與電源頻率和振動(dòng)頻率有關(guān)，振動(dòng)頻率特征又與軸承結(jié)構(gòu)有關(guān)，可通過相關(guān)參數(shù)計(jì)算出來，從而找到振動(dòng)和電流頻譜之間的關(guān)系。軸承故障主要由于負(fù)載過重、潤(rùn)滑不良、加工裝配質(zhì)量不佳、軸電流、異物進(jìn)入等原因，引起軸承磨損、腐蝕、碎裂、銹蝕等現(xiàn)象。軸承出現(xiàn)故障后將會(huì)引起電動(dòng)機(jī)異常振動(dòng)。

每種軸承運(yùn)行中都會(huì)使得電流產(chǎn)生一組獨(dú)特的特征頻率，當(dāng)軸承內(nèi)部有缺陷時(shí)，特征頻率會(huì)發(fā)生畸變，可以通過好的軸承運(yùn)行頻率的對(duì)比來識(shí)別軸承問題，并可對(duì)軸承劣化趨勢(shì)進(jìn)行分析。在電流頻譜中這些故障頻率峰值的存在指示軸承故障，劣化的程度根據(jù)這些峰值的幅值大小進(jìn)行評(píng)估。如圖2，以下是監(jiān)測(cè)到某電機(jī)軸承（內(nèi)圈、外圈、保持架）的運(yùn)行頻率，可定期通過監(jiān)運(yùn)行頻率的變化來判斷軸承的運(yùn)行狀態(tài)。

4 ESA技術(shù)在核電廠的運(yùn)用前景

4.1 加強(qiáng)電動(dòng)機(jī)及系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性

ESA技術(shù)致力于分析電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行一個(gè)整體的評(píng)價(jià)，并通過建立電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，形成電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行趨勢(shì)分析圖，而據(jù)此判斷故障電動(dòng)機(jī)還能運(yùn)行多久、是否馬上需要進(jìn)行檢修、需要提前準(zhǔn)備哪些備件，最大化地保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，減少了一些盲目性檢修帶來的設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 節(jié)約人工及電動(dòng)機(jī)檢修成本

通過ESA技術(shù)分析結(jié)果，判斷電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)一些運(yùn)行狀態(tài)良好的電機(jī)，可以取消相應(yīng)的檢修活動(dòng)，延長(zhǎng)檢修周期。運(yùn)用ESA技術(shù)可以在正常班組人員的配置上進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)即可，無(wú)需額外增加人員需求。另外，每次對(duì)電機(jī)進(jìn)行檢修都要消耗一定耗材，如密封圈、潤(rùn)滑油、軸承、清洗劑、電氣擦拭紙等，而這些費(fèi)用的支出基本和人工費(fèi)用支出相當(dāng)。

5 結(jié)語(yǔ)

ESA技術(shù)是一種相對(duì)綜合的診斷技術(shù)，它通過在線采集的電流、電壓信號(hào)，診斷出電動(dòng)機(jī)在定子、轉(zhuǎn)子及機(jī)械方面等存在的問題。該方法使用簡(jiǎn)單，對(duì)技術(shù)人員無(wú)特殊要求，且無(wú)需更多的人力物力投入，就可以得到明顯的效果。此技術(shù)在美國(guó)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的使用已經(jīng)相當(dāng)普及，如果能在核電廠有效的推廣和使用，定能更好地維護(hù)設(shè)備，提高設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，還能減少一定的財(cái)力投入。

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作者簡(jiǎn)介：王仲恒（1986-），男，浙江三門人，三門核電有限公司工程師，研究方向：電氣設(shè)備狀態(tài)檢修的運(yùn)用。

（責(zé)任編輯：陳 倩）