煤矿设备故障带电智能诊断系统的应用

李 明

（山西晋煤集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048006）

1 研究背景

给煤矿一类负荷供电要保障设备的连续运行，此种模式下设备检修尤为重要。以岳城煤矿地面主扇、瓦斯泵站为例，此类大型设备通常每月一次倒机检修，平时只有巡检设备的电流、声音等作为设备完好的凭证，一旦发生故障后果比较严重。如果采取对设备过度维修的方式来保证设备连续稳定运行，设备运行成本就大大增加。因此有必要研发一套智能化系统，能够实现不停电、不停机状态下对系统运行状况进行状态监测、对设备故障建立预警机制，保证矿井供电可靠性。

2 现场概况

岳城煤矿为高瓦斯矿井，机电队、运行队共计拥有瓦斯抽放泵、压风机、胶带输送机等各类矿用设备84 套，其中以地面主风机、风井泵及首站瓦斯抽放泵最为重要。目前设备已稳定运行了12 年左右，每年均按照煤矿安全规程要求进行定检。

3 研究内容

为进一步提升设备可靠性，拟建立基于谐波检测法的“设备动态智能管理系统”，利用驱动电气设备在工作过程中，不同部件故障特征和劣化特征产生的对驱动电流扰动而引起电磁场变化的原理，开发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劣化诊断系统[1]，对矿井一定范围内的机电设备健康状况进行全生命周期性跟踪管理。

4 功能设计

HDS 设备动态智能管理系统是实现谐波法设备检测数据集中管理和统计分析的管理工具，其主界面如图1 所示。

4.1 设备管理

图1 HDS 设备动态智能管理系统主界面

设备管理主要功能为查看以企业、设备为分类的设备检测记录。可以通过设备名称、检测日期等查询要求，可更快更清晰地查看检测记录。单击谐波检测编号可以查看更详细的记录。

4.2 检测台账

检测台账是用来对检测记录的查看，可以看到企业有多少设备，是哪一个设备在使用并且被检测。设备检测记录查询页面中，在查询条件中可输入谐波编号、设备名称、检测日期、后点击“查询”可搜索到符合条件的设备检测信息，点击检测编号可查看详细信息。

4.3 预警管理

1）到期检测预警。到期检测预警查询页面中，在查询条件中可输入谐波检测编号、设备名称所属企业、状态等级、距离到期还有几天，然后点击“查询”可搜索到符合条件的设备检测信息，点击谐波检测编号查看详细信息。

2）异常状态预警。异常状态预警查询页面中，在查询条件中可输入谐波检测编号、设备名称所属企业、状态等级、最近检测日期、下次检测日期、逾期状态，然后点击“查询”可搜索到符合条件的设备检测信息，点击谐波检测编号查看详细信息。

3）漏检报警。漏检报警查询页面中，在查询条件可输入谐波检测编号、设备名称所属企业、状态等级、最近检测日期后点击“查询”可搜索到符合条件的设备检测信息，点击谐波检测编号查看详细信息。

4.4 设备趋势分析

设备趋势分析检测项目统计页面中，通过选择企业和设备，则可以查看该设备的趋势分析图。设备的趋势分析分为四种：马达部、负载部、逆变器、变压器，针对不同种类设备提出不同的分析趋势，达到辅助决策的作用[2]。

5 现场实验

该系统于2019 年8 月开始在岳城矿进行了为期6 个月的工业性实验，对地面主风机、回风井泵及首站瓦斯抽放泵等重要设备进行了带电监测，结果如下：

1）回风井泵站2 号真空泵监测结果见图2。该泵负载侧L2（轴承损坏、异物附着）、L3（回转轴异常、接触部磨损）在2019 年9 月3 日和2019 年11月25 日的4 次检测中均显示劣化程度超过90%，同时负载模式处于0.06～0.10 之间，属负载正常。系统根据以上信息给出建议：轴承注入润滑油、检查和清理轴承、调整泵阀门。根据系统建议对设备进行清理维修后，设备正常运转，暂无故障发生。

图2 回风井泵站2 号真空泵劣化程度监测曲线

2）地面主风机监测结果如图3。2019 年10 月23 日对其进行了5 次谐波检测，其中有2 次检测显示电机的M2（线圈绝缘、震动）劣化程度为85%左右，同时负载模式处于0.06～0.10 之间，属负载正常。系统根据以上信息给出建议：轴承注入润滑油、清理内部灰尘。随后矿方对设备进行清理后，设备正常运转，暂无故障发生。

图3 地面主风机劣化程度监测曲线

3）首站瓦斯抽放泵站4 号加压泵监测结果如图4。2019 年8 月27 日和2019 年10 月18 日对其进行了1 次、6 次谐波检测，劣化程度维持在70%以下，同时负载模式处于0.06～0.10 之间，属负载正常。系统建议：清理内部灰尘。对该设备进行清灰后定期进行复检，目前设备正常运转，暂无故障发生。

图4 首站瓦斯抽放泵站4 号加压泵劣化程度监测曲线

6 效益分析

1）依据采用HDS 电气设备带电状态诊断系统所给出的检修时间、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[3]，如果按照晋煤集团全部设备维修成本估计，每年可节约维修费用千万元以上。

2）使用采用HDS 电气设备带电状态诊断系统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 h 的非正常停机时间，可以实现增产千吨以上。