鋼鐵廠高壓電氣設備故障自動檢測系統設計與應用

徐田君

（1.河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067002；2.河北省釩鈦工程技術研究中心，河北 承德 067002）

由于鋼鐵廠高壓電氣設備的進一步優化設計，電氣設備的發展趨于大型化、復雜化，對于鋼鐵廠高壓電氣設備故障的自動檢測能力也必須隨之提高。考慮到高壓電氣設備故障出現的情況多種多樣，無法以一個定性標準進行自動檢測[1]。即使是電氣設備出現一個小小的故障也有可能導致整個鋼鐵廠停止工作，直接影響工作進程。國內學者對鋼鐵廠高壓電氣設備的故障自動檢測方面的研究較多，本文參考陳仁祥等人提出的卷積神經網絡在電氣設備故障自動檢測領域應用與挑戰研究，認為對于電氣設備故障信息的采集與處理是對故障進行有效檢測的重要手段。電氣設備一旦發生故障不但會造成極大的經濟損失，還會對電路板自身產生一定程度上的傷害，減少其使用壽命。對于電氣設備故障進行自動檢測，是確保電氣設備安全、穩定工作的重要前提條件。本文鋼鐵廠高壓電氣設備的故障自動檢測系統設計與應用，設計出一種故障自動檢測系統，致力于提高故障自動檢測效率。

1 鋼鐵廠高壓電氣設備的故障自動檢測系統硬件設計

根據故障自動檢測系統的多型號應用需求，故障自動檢測系統硬件采用B/S 模式，在系統硬件方面設計了傳感器檢測設備、微型數據處理設備以及可視化主機[3]。與此同時，配備硬盤、鍵盤、鼠標等一些基本硬件，但這些基本硬件不作為此次研究重點，以下將對上文提出的三個核心硬件進行詳細描述。

1.1 傳感器檢測設備設計

結合實際電氣設備的故障自動檢測的需要，本文設計的傳感器檢測設備型號為ME3-5894262，用于檢測電氣設備的實時狀態[2]。傳感器內置MPU-90120 芯片，MPU-90120 芯片作為一個封裝的復合型芯片，能夠有效提高電氣設備故障自動檢測的數據傳感精度。ME3-5894262傳感器，具體參數指標，如表1所示。

結合表1 所示，ME3-5894262 傳感器檢測設備工作電壓為2.8V～6.5V，所承受電流值小于40mA。ME3-5894262 傳感器檢測設備能夠測量工作以及非工作狀態下的高壓電氣設備故障參數，多種維度自動檢測高壓電氣設備中的各項故障參數指標，滿足電氣設備故障自動檢測的要求。

1.2 微型數據處理設備設計

為確保系統中的數據處理能夠高效進行，采用光柵感應設備探頭設計微型數據處理設備[3]。通過基站傳輸電氣設備中的各項故障數據，減小監測信源信號的冗余度，將出現傳輸錯誤的幾率降至最低。微型數據處理設備接口線路，如下圖1 所示。

圖1 微型數據處理設備接口線路

結合上述圖1 所示，若處理后的信號圖像呈現急劇波動或波形幅度劇烈增大，說明當前具有故障信號，將信號發送給終端等待數據進一步分析后可實施相應的處理措施。

1.3 可視化主機設計

將微型數據處理設備處理后的振動信息上傳至平臺，結合可視化主機的GPS 定位位置，確定故障點的位置[4]。在平臺上面，將故障點的位置，標注在地圖上面，并和檢測裝置做聯動拍照和聲光報警操作，當有聲音故障后，檢測裝置進行抓拍和聲光報警。將傳感器檢測設備內置于可視化主機中，采集的數據由可視化主機上傳至系統平臺，實時檢測電氣設備的故障信息。對于已經發生過故障的區域，做列表或者圖表統計，在地圖上面進行板塊式的標注，做到提醒巡線人員注意關注重點故障區域。

2 鋼鐵廠高壓電氣設備的故障自動檢測系統軟件設計

2.1 計算電氣設備故障偏振軸

鋼鐵廠高壓電氣設備故障偏振軸檢測作為確定電氣設備質量的關鍵依據，下述將通過計算的方式，檢測電氣設備故障偏振軸[5]。首先，圈定電氣設備中出現故障的故障范圍，采用探傷技術，將故障圓心與電氣設備邊緣進行連線，自定義該軸為偏振軸，電氣設備正常的發射矢量與偏振軸之間形成的角度為偏振角[6]。則其計算公式，如公式（1）所示。

如上述公式所示，為偏振角的計算公式。公式（1）中γ指的是電氣設備故障檢測的偏振角度；l指的是偏振軸長度，取值范圍通?！?，計算單位為cm；R z指的是傳感器檢測設備正常狀態下的發射偏振方向；r指的是為圈定故障范圍的圓心，通常以坐標的形式進行表達。根據偏振角度的計算，下述將進行偏振軸的檢測，預測電氣設備可能出現故障的位置。

2.2 故障信息分析處理

針對上述計算得出的電氣設備故障偏振軸，對收集的故障信號執行后期的數據信息處理，同時安全處理異常故障信號，實現最終故障信息分析處理[7]。該模塊采用計算機C 語言形式對模塊進行輸出，進行篩選可通過輸入C 語言編碼。電氣設備故障信息分析處理C 語言編碼，如圖2 所示。

圖2 電氣設備故障信息分析處理C 語言編碼

結合圖2 所示，通過計算機語言設置好程序代碼后，每一指令根據條件進行循環執行，通過計算機指令對故障信息收集模塊收集的信號進行處理，保證檢測系統的正常運行。這樣一來，通過C 語言編碼中的deviceld 指令減少電氣設備故障自動檢測中的冗余值，傳輸實時動態檢測數據，提高檢測效率。

2.3 顯示自動檢測電氣設備故障信息

利用NB-IOT 技術將系統電氣設備故障自動檢測的報警功能連接后臺，顯示自動檢測電氣設備故障信息。顯示數據包括：電氣設備運行狀態、參數指標以及偏振軸等。通常情況下，數據在終端的顯示映射取值在0～1.0 之間，通過計算每個數據的映射值，以此獲得電氣設備故障信息自動檢測結果。設電氣設備故障信息自動檢測結果的表達式為Q，則其計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中：E指的是電氣設備的故障檢測時線路的電流極值；φ指的是鋼鐵廠高壓電氣設備中的故障點個數；K指的是離散型故障信號的有效值；A指的是電氣設備故障時電流的流經強度。通過公式（2），計算得出的映射值作為電氣設備故障信息自動檢測的關鍵依據，結合檢測數據的實時傳遞情況，傳輸終端數據，并顯示數據信息，完成鋼鐵廠高壓電氣設備的故障自動檢測。

3 實例分析

3.1 實驗準備

構建實例分析，實驗對象為RabbitMQ 鋼鐵廠高壓電氣設備，實驗過程中相關準備及設備參數，如下表2 所示。

表2 選型設備及參數值

結合表2 所示，在保證實驗具有有效性的前提下，選擇同一個測試指標進行，實驗的內容為測試本文系統與傳統系統之間的檢測吞吐率。檢測吞吐率越高證明該系統對于鋼鐵廠高壓電氣設備的故障自動檢測效率越高。在此次的實驗中, 首先使用本文系統自動檢測電氣設備的故障信息，利用Heapchyer 軟件記錄測得的檢測吞吐率，使其為實驗組；再使用傳統系統自動檢測電氣設備的故障信息，同樣利用Heapchyer 軟件記錄測得的檢測吞吐率，設其為對照組，共進行10 次實驗。針對Heapchyer 軟件測得的吞吐率，記錄實驗結果。

3.2 實驗結果分析與結論

采集10 組實驗數據，實驗結果如下圖3 所示。

圖3 檢測吞吐率對比圖

通過圖3 可得出如下的結論：本文系統檢測吞吐率均在3reqs/s 以上，遠高于實驗對照組的檢測吞吐率，電氣設備的故障自動檢測效率更高。通過實驗結果證明，設計系統其各項功能均可以滿足設計總體要求，可以廣泛應用于電氣設備的故障自動檢測方面。

4 結語

通過鋼鐵廠高壓電氣設備的故障自動檢測系統設計與應用，希望能夠在確保電氣設備的故障自動檢測效率的同時，提高電氣設備的故障自動檢測的穩定性。在后期的發展中，應加大本文設計檢測系統在電氣設備的故障自動檢測中的應用，為電氣設備的故障自動檢測的進一步優化提供參考依據。但本文存在不足之處在于沒有對故障自動檢測系統的抗干擾能力進行深入分析，這一點可以作為日后研究方面。通過實例分析結果表明，本文設計的檢測系統在保證電氣設備的故障自動檢測效率方面中的具體優勢已經顯現出來，有必在現實中廣泛投入使用。