礦山電氣設備在線監測與故障診斷系統

于小燕

（山東中礦集團有限公司，山東 煙臺 265401）

礦山開采工作受環境、工作條件、工作設備的影響，具有一定的復雜性和多樣性，包括眾多大型機械設備以及電氣設備，這些電氣設備的安全平穩運行是保障工作有序開展的重要保障。當前，由于電器安全管理方面出現的問題愈來愈多，嚴重影響著礦山開采工作的運行，甚至造成了相關的安全事故，因此，必須深入了解出現的新問題，做好礦山電氣設備自動在線監測與故障診斷系統研究，以便促進礦山企業生產工作的順利開展[1]。

1 礦山電氣設備發生故障的主要原因

我國地大物博、幅員遼闊，擁有非常豐富的礦產資源。然而，礦產資源的分布環境較為復雜，電氣設備必須面對各種惡劣的工作環境以及復雜的天氣變化，因此，在礦產資源開采過程中，參與到開采過程中的眾多機電設備容易發生各種電器故障問題。通過對以往電氣設備以及各項重大機電設備出現的事故案例進行分析，造成故障的原因主要有以下幾個方面。

首先，隨著我國社會主義現代化事業的不斷發展，國民經濟水平以及人們生活水平有了較大程度的改善；而現代化事業的不斷發展，促使各個行業在加快建設進程中需要越來越多的礦產品。礦產品需求的激增，要求礦山企業必須通過提高生產效率、增加工作時間來提升產量，由此而來的就是加大了對礦山機電設備的運行負荷。由于電氣設備在運行過程中具有一定的核定功率與工作負載極限，因此在礦產資源開采過程中，一旦需要大量高負荷工作內容時，必將對電氣設備造成過大的壓力，機器也容易產生高負荷、超負荷的現象，將會對電氣設備及機電設備造成極大的損傷，嚴重情況下將會引發各項安全故障問題。

此外，機電設備以及電氣設備在日常運行過程中受到各種環境影響，經常發生磨損問題，運行能力不斷下降，這也在很大程度上容易促發相關的安全事故。首先，礦山企業開采處于復雜多樣的工作環境，具有一定的工作難度，因此在工作過程中，電氣設備以及機電設備需要持續運行，而時間長，負荷大的工作強度極容易導致相關構件過熱的問題；受工作環境影響，電氣設備及機電設備的散熱效果不佳，如果得不到及時、有效的處理，將會不斷降低電氣設備的工作效率，甚至會引發一連串的大型機電設備故障問題。其次，一部分礦山企業在工作過程中受各項因素的影響，在設備的安裝以及使用過程中并沒有嚴格按照標準執行，由于過分追求了經濟利益，導致電氣設備零件缺失或機電設備交替使用的情況發生，也會導致電氣設備及機電設備工作效率低下，甚至引發故障問題。再次，眾多電氣設備內部結構復雜，構件之間需要緊密配合，一旦相關管理人員以及工作人員放松警惕，疏于日常運行管理，電氣設備便會出現各種安全事故[2]。

2 礦山電氣設備在線監測與故障診斷系統

2.1 系統架構

近些年來，隨著我國社會主義現代化事業不斷發展，礦產資源開采工作也有了較大程度的提高，開采總量不斷加大，工程量也不斷加大，對礦山電氣設備的工作要求和效率標準也越來越高。礦山電氣設備在線監測與故障診斷系統，可以有效應對電氣設備的預防維護和消除故障，解決工作難題。在礦產資源開采過程中，對礦山電氣設備運行過程中的常見故障進行分析及預防，對整體以及局部部門進行相關方面的安全監測，這樣就能夠保證避免各項問題的發生。從理論角度出發，礦山電氣設備自動在線監測與故障診斷系統主要功能有電氣設備運行狀態的實時監測、電氣設備出現故障時自動報警處理、電氣設備運行狀態下工作臨界點的警告提醒，此外，還可以在電氣設備運行過程中對各種故障進行實時的在線診斷，進一步確定故障發生部位，從而幫助技術人員進行及時的故障維修。礦山電氣設備自動在線監測與故障診斷系統還能夠為設備的維修和保養提供全面、科學的指導意見以及參考信息，在傳統電氣設備管理基礎之上融合在線監測與故障診斷系統的現代性與先進性，能夠進一步保障電氣設備運行狀態的實時監測，從而進行全方位的設備性能評估，切實提高礦山企業開采過程中的電氣設備運行水平。

2.2 硬件系統

礦山電氣設備自動在線監測與故障診斷系統，對于礦山電氣設備的平穩運行以及礦產資源開采工作都具有一定的積極意義。當前，受眾多因素影響，電氣設備產生故障涉及的環節較多，范圍較廣，必須要利用自動在線監測與故障診斷系統對礦山電氣設備的運行狀態做進一步的精細了解與掌握，以每個電氣設備為載體，對礦山企業的整體設備狀況進行實時監測，這樣才能夠系統性的構成礦山電氣設備在線監測以及故障診斷系統，從而保證礦山企業電氣系統的專業性和安全性。礦山電氣在線監測系統由數據采集分站振動傳感器以及振動分析儀等各項硬件組成，工作人員通過信息技術對各項數據進行收集和分析，實現進一步的現代化自動設備監測，解放傳統的人力投入，極大程度地便利了工作人員的工作，也提高了工作的科學性和效率性。

2.3 軟件系統

軟件系統具有一定的科技性和現代性，可以看作是人類的大腦。雖然手腳具有一定的工作能力，但各項工作以及環節運行必須要經由大腦來支配和調節，否則這些功能以及各項機械便失去了實際的意義。因此，對于整體電氣設備在線監測與故障診斷系統來說，軟件系統就相當于大腦，能夠對系統的進一步操作和提升進行調配。礦山電氣設備所處環境較為復雜，需要專業性高、科學性好的軟件系統支持，必須要結合行業特點以及礦山企業的發展現狀，選擇合適的軟件，建立科學化的信息平臺，這樣才能夠實現在線監測下電氣設備信息數據的處理以及交互，進行真實的動畫模擬、報警及故障維修等多項功能工作。

3 礦山電氣設備在線監測與故障診斷設計

礦山電氣設備在線監測與故障診斷系統涉及眾多環節，因此在設計過程中，必須要考慮各方面的因素。在當前的工作條件以及科學水平下，在線監測與故障診斷系統具體分為四大部分，分別是數據采集、數據傳輸、參數監控以及故障診斷；系統利用當前不斷發展的振動加速傳感器以及溫度傳感器，從而對設備的運轉情況及設備溫度進行實時監測，通過礦用本安振動監測分析儀對信號數據進行進一步的采集轉換以及處理，最終實現電氣設備的在線監測與故障診斷。

3.1 核心部件設計

系統硬件設計以MHK18礦用本安振動檢測儀為核心，用于礦產資源開采過程中的井下設備工作，特別是往復機械中的振動測量，能夠對各項設備進行定期的巡檢以及檢驗，實現對各種器械設備振動的在線監測以及故障診斷。

3.2 數據采集設計

數據采集設計選用KS16礦用本安型振動加速傳感器以及LH516—S礦用本安型數據采集分站組成，能夠在工作過程中對軸承振動進行進一步的監測和分析；將其安裝在各種旋轉機械裝置的軸承蓋上，使傳統的壓電加速傳感器與電荷放大器基于一體，這樣能夠更加方便、快捷地進行數據的測量和分析，不斷提高測試的精度和可靠性。振動加速器自身一定的加速特性導致晶體變形從而產生電壓，因此正確計算出產生電壓與所施加加速度之間的關系，就能夠進一步促進加速度轉化成電壓輸出。

3.3 系統軟件設計

電氣設備重要的滾動軸承振動信號由內部、外部因素共同組成。內部因素包括運轉方式以及自身結構，外部因素包括其他設備或者部件對軸承的振動作用。在監測過程中，內外因素共同作用，使得滾動軸承的振動信號變得復雜多樣，具有一定的隨機性，因此基礎工作必須要將特征信號從全部振動信號中提取出來，對信號進行具體的分析和監測；滾動軸承損壞程度越高，振動便越強烈，一旦滾動軸承發生開裂或破損現象，表面碰撞下將會直接導致與原有頻率相互作用產生共振現象，可以采用包絡法對共振信號進行監測和分析，提取故障特征[3,4]。

4 結語

總而言之，礦山電氣設備具有一定的特殊性，在線監測與故障診斷系統對礦山電氣設備的實時監測數據查詢具有一定的積極意義，能夠通過對大型電氣設備進行在線監測、故障處理，提高電氣設備運行的安全性和科學性，從而保證礦山企業的持續生產與穩健運行。