矿用大型设备高压电动机绝缘监测及管控系统.docx

          矿用大型设备高压电动机绝缘监测及管控系统                    摘 要：高压电动机绝缘失效是矿业生产中最常发生的停工、故障和灾难事故的原因之一相关从业人员的工作经验表明，监测和分析与矿用大型设备高压电动机绝缘系统有关的关键性能指标和物理参数，可以提高高压电动机安全性和使用寿命有限的部件，减少计划外维修和人工检查，以及减少未发现的故障本文据此出发，试图设计和构建一套行之有效地矿用大型设备高压电动机绝缘监测及管控系统，让故障在出现之前就能被发现，将维修对生产力的影响降至最小关键词：矿用大型设备；高压电动机；绝缘检测管控系统1. 引言矿业是现代工业发展的基础之一，而大型设备是矿业发展的核心之一在矿用大型设备中，高压电动机的使用寿命主要取决于其绝缘系统的状况这些绝缘系统在热、机械和电应力的影响下逐渐退化，最终绝缘失效[1]此时，需要对高压电动机进行大修、重绕或整机更换对于非专家来说，确定矿用大型设备高压电动机绝缘系统的状况并非易事由于绝缘材料、设计实践和操作环境的多样性，存在大量失效机制此外，现阶段缺乏对所有可能的故障机制敏感的单一测试或检查方法在此背景下，一套行之有效的高压电动机绝缘监测及管控系统非常适合矿业大型设备用户。

2. 矿用大型设备高压电动机绝缘故障原因矿用大型设备高压电动机的大多数短路都是由于绝缘故障而发生的绝缘系统通常在矿用大型设备高压电动机介电材料内，或固体和电极之间的边界空腔上这些空腔通常用击穿强度低于固体的介质（气体或液体）填充此外，填充介质的介电常数经常低于固体绝缘体的介电常数，这导致空腔中的场强高于电介质中的场强在绝缘系统的正常工作应力下，空腔两端的电压可能超过击穿值并可能在空隙中引发击穿因此，绝缘击穿取决于随时间积分的电压应力此时，峰值电压导致局部放电导致绝缘过早失效；高dV/dt会导致绕组两端的电压分布不均匀，前几匝两端的压降很高，从而导致绝缘故障[2]实际也是如此，高压电动机维修工作和故障的分析和研究表明，大多数绝缘故障都发生在第一个线圈的最后一匝附近，然后再进入绕组的第二个线圈3. 矿用大型设备高压电动机绝缘监测及管控系统设计3.1高压电动机绝缘监测及管控系统主要功能高压电动机绝缘监测及管控系统可以跟踪记录电动机的对地绝缘电阻值测量和绝缘状态诊断如果检测到电动机异常电阻值或判断到绝缘状态异常，则报警系统就会启动，系统通过电子邮件通知操作员当前电动机的状态及其对应的状态此外，除非操作员到达发动机位置检查，并扫描附在物料装置上的射频识别阅读器，否则警报不会被解除。

由于系统所使用的PLC的存储器和采样速率的限制，在系统中集成了一个 FFT算法，以捕获最主要的频率，并使用一个信号发生器来调整标准振动信号的频率、波形、偏移和幅度该算法基于神经网络算法、BPN算法和模糊算法，根据高压电动机的规格和期望的安全系数，来确定对地绝缘电阻值和绝缘状态[3]具体分作三种不同的状态：稳定，警告和警报一旦用户手动输入阈值，传感器扫描输入数据，将它们发送到数据记录中心，并使用python程序存储在csv文件中进行进一步分析其中，绿色LED表示稳定状态，黄色LED表示警告状态，红色 LED表示警报状态如果电动机的绝缘系统以稳定的状态运行，在预先设定的阈值内，LED绿灯亮；如果电动机的绝缘系统发生变化，LED黄灯亮；如果电动机的尖峰偏离最主要的频率，或者温度超过稳定的温度边界，并且落在警报状态边界内，报警机制就会启动，LED红灯亮一旦警报状态被激活，红色LED和蜂鸣器保持开启状态，通过对现场设备状态的感知，实现对大型设备高压电动机运行状态和停机备用状态的实时监测和控制，利用智能算法进行逻辑计算判断，通过专家库系统对设备故障进行预判、指导设备检修与维护，实现对电动机的多功能智能管控的目的。

3.2高压电动机绝缘监测及管控系统总体结构针对高压电动机绝缘监测及管控系统功能，系统主要由上位机智能管控软件平台、物联网通讯单元、绝缘监测单元、加热除湿单元、信号采集单元、智能控制单元组成本系统具有电动机运行、检测除湿以及停机检修三种工作状态，可通过手动/自动方式选择不同工作状态，PLC依据选定的工作状态控制断路器与检测除湿装置分别处于相应的工作（或试验）位置，为后续操作做好条件准备断路器与检测除湿装置设有机械和电气闭锁，保证工作状态转换操作可靠、电机运行与检测除湿系统安全隔离3.2高压电动机绝缘监测及管控系统详细设计高压电动机绝缘监测及管控使用状态监测系统，用于持续监控关键设备该系统非常灵活，并且比其他系统具有许多优势，它可以结合过程和机械信息，增强从不同资源关联相关参数的能力系统还与设备保护系统配合使用以在需要时执行停机进行这种监控是为了在潜在故障发生之前主动发现潜在故障，可以提前捕捉潜在的故障以避免故障为此，系统采用了西门子SR40 PLC这是一款极其强大的计算设备，具有1.33GHz双核Intel Atom 处理器、8GB非易失性存储、2GB DDR3内存和Xilinx Kintex-7 160T FPGA。

为了使系统更加灵活，可以根据绝缘失效故障的本质，实施智能数据处理解决方案，提供系统识别绝缘缺陷的类型所需要的参数、幅度、极性、峰值、脉冲宽度等，来分析高压电动机绝缘缺陷及其位置因此，系统采用数据拟合技术获取电机绝缘性能与绝缘电阻及环境因素的数据模型，实现电动机运行状态的智能感知PLC收到电动机绝缘检测指令后，控制断路器退出到试验位置，推进至检测除湿装置工作位置，首先对电机绕组对地放电，随后控制绝缘电阻测试仪对电动机绝缘状况进行绝缘检测4. 矿用大型设备高压电动机绝缘监测及管控系统运行定期和连续监测是常用的状态评估方法根据先前观察的严重性、经济价值、威胁的强度和缺陷进展速度，进行定期监测并进行记录具体来说，该系统的功能和准确性在开滦荊各庄矿进行了测试，并分析和提出了先导测试结果其中，在荊各庄矿地面压风机房中，该系统对1#、2#风机电动机分别进行绝缘检测绝缘检测采用周期循环检测方式，试验检测周期设定为24小时，绝缘检测实时曲线及检测终了值该系统符合绝缘电阻测试仪测量误差5%的实际要求，可以确定绝缘检测仪检测结果准确可靠5. 结论综上所述，本文描述了矿用大型设备高压电动机绝缘监测及管控系统的开发，以帮助维护人员评估其机器的绝缘状况。

所提出的矿用大型设备高压电动机绝缘监测及管控系统基于PLC技术，使用神经网络算法、BPN算法和模糊算法，在电压与电容和损耗因数的最大变化之间，建立相关的可能性，通过上位机智能管控软件平台，对电动机的各项参数进行进行检测和管控，并提供有关必要维修或更换组件的诊断建议参考文献[1]陈金刚.隔爆型三相异步电动机检测要点分析[J].防爆电机,2019,54(02):31-34.[2]陈兆明.电动机绝缘电阻检测及故障处理[J].防爆电机,2016,51(06):37-39.[3]龚维明,龚静雅,张宇.高压电动机定子绕组绝缘薄弱点的有效定位[J].排灌机械工程学报,2015,33(12):1091-1096.2  -全文完-。