基于模糊灰色關聯度分析的船用三相異步電動機技術狀態評估

2018-08-14 06:18:42張松濤

船電技術 2018年7期

張松濤，吉哲，呂飛

張松濤，吉哲，呂飛

(海軍士官學校，安徽蚌埠 233012)

對船用三相異步電機進行技術狀態評估，可科學掌握電動機的技術狀態，為裝備維修提供輔助決策。本文在查閱文獻、征求專家意見的基礎上，系統地建立了船用三相異步電動機技術狀態評估指標體系，并通過模糊數的方法確定了各指標權重，最后建立了基于灰色關聯度分析的技術狀態評估模型。經實例分析表明，基于模糊灰色關聯度分析的船用三相異步電動機技術狀態評估方法合理可行。

船用三相異步電動機灰色關聯度分析模糊評估

0 引言

船用三相異步電動機廣泛應用于船舶電力拖動設備，是船舶上一種重要的動力設備。船用電動機雖然比普通電動機有更高的防護等級，但其長期工作在“高溫”、“高濕”、“高鹽”的工作環境中，極易受到惡劣環境的影響，使電動機的技術性能受到較大影響，進而影響船舶電力拖動設備的正常使用。

為了確保船用電動機的正常使用，船員會定期對電動機的絕緣值等部分技術參數進行測量，以初步判斷電動機能否允許正常啟動，但并不能確定電動機的技術狀態。文獻[1]通過測量電機的振動值對電機進行在線狀態監測，文獻[2]通過測量電機的溫度、電量和振動值對電機進行在線狀態監測與故障診斷，文獻[3]通過測量異步電動機的振動、轉速波動、電流和絕緣對電動機進行故障分析狀態監測，以上方法均選取了影響電動機技術狀態的部分參數對其進行狀態評估，指標體系不夠全面，為了更加客觀地對船用電動機的技術狀態進行評估，需要建立更加全面的評價指標體系，并采用適當的評估方法，進而對電動機的技術狀態做出客觀的評估。

1 船用三相異步電動機技術狀態評估指標體系的建立

通過調研、查閱文獻和專家咨詢，按照各指標相互獨立的原則，對船用三相異步電動機的技術參數進行深入分析，選取了絕緣、電流、振動、溫升和轉速波動共5個參數作為評估指標。

1.1 絕緣

船用電動機的絕緣是各項技術參數中非常重要的一個指標，電動機的絕緣測量也是船員的一項經常性工作，電動機的絕緣一旦低于規定值（一般為0.5MΩ），就不允許啟動，否則容易造成事故。三相電動機絕緣值包括相間絕緣和三相對地絕緣值共6組數據，為了能夠嚴格地電動機的技術狀態做出評估，選取測得絕緣值的最低值作為評估指標值。

1.2 電流

測量三相異步電動機正常運行的線電流值共3組數據，分別計算三相電流不平衡度，取三相電流不平衡度的最大值作為評估值。

1.3 振動

引起電動機振動的主要原因有電氣故障和機械故障，參數包括位移、速度和加速度等，在進行實際振動測量時，多采用位移作為判斷依據。

1.4 溫升

電動機的溫升值也能反應出電動機的技術狀態。

1.5 轉速波動

當電動機出現轉子導條故障、軸承損壞等故障時，轉速會出現波動，通過轉速波動的測量也能反應出電動機的技術狀態。

2 指標去量綱化

由于各指標的量綱不同，而且各指標數值差異較大，不能直接進行狀態評估，應把各指標值進行去量綱化處理。對于指標值越大，技術狀態越好的指標稱為正指標，反之，為負指標。本文建立的指標體系中，絕緣為正指標，其余均為負指標。設每個評價對象有個指標，則對于正指標，采用公式（1）進行無量綱化處理：

對于負指標，采用公式（2）進行無量綱化處理：

i為去量綱化處理后的數值，i為去量綱化處理之前的數值，max、min分別為同一指標中的最大值和最小值。

3 基于模糊數的權重確定

確定權重時，先向船用電動機的設計研究員、操作使用員和維修員進行問卷調查，由其對各指標間的相對重要程度進行判定，建立判斷矩陣，進而求出權重。指標相對重要程度比較多采用確定數值，由于調研對象的個人偏好和判斷能力不同，很難用一個確定數值把比較值表示出來，如果采用模糊數來表示就容易些，具體標度規則見表1。

采用基于模糊數的互補兩兩比較賦權法[4-6]，得出判斷矩陣：

Lee和Li定義了模糊集的綜合指標：

是由決策者確定的權值，可反映決策者對均值和散布的重視程度，這里取=0.6。最后，對求得的數據進行歸一化處理，即得出權重。

通過對8名設計研究員、7名操作使用員和10名維修員的問卷調查，經過計算得出1=0.3153，2=0.1985，3=0.1305，4=0.2538，5=0.1019。

4 基于灰色關聯度分析的評估模型

灰色關聯度分析[8-11]是一種多因素統計方法，以樣本數據為參考，用灰色關聯度來描述各因素（指標）間關系的大小和排序，一般有以下幾個步驟：

4.1 確定分析序列

ij(1≤≤,1≤≤)為無量綱化處理后的第個評價對象的第個指標值，0j(1≤≤)為選定的參考值。

4.2 計算差序列

利用公式（8）建立一個差序列，

4.3 求關聯系數

通過公式（9）求得關聯系數，建立關聯矩陣。

4.4 計算關聯度

通過公式（10）求得關聯度，進而得出評估結果。

5 實例研究

設為某型船用三相異步電動機技術狀態評估指標，i(i=l，2，?，5)依次表示絕緣、電流、振動、溫升和轉速波動，該型電動機的技術狀態等級分為優（I）、良（II）、中（III）、差（IV）四個等級，具體技術狀態分級標準如表2所示。

某臺該型電動機的技術狀態檢測數據如表3所示。

按照前文的步驟，進行計算，在計算過程中，選取級別I的指標值作為參考值，同時把各分級標準的指標值與待評估電機的各指標值一并列入分析序列進行計算排序，以確定待評估電機的技術狀態等級。經計算排序，得出關聯度排序結果：級別I=1>待評估電機=0.7597>級別II=0.7590>級別III=0.5364>r級別IV=0.4444。可以看出，待評估電機的關聯度高于級別II的關聯度，低于級別I的關聯度，因此待評估電機的技術狀態為II級，即技術狀態為“良”，與專家的判斷評估完全一致，說明本方法可行。