關于成品油長輸管道站場高壓電機維護管理的探討

林明建

摘要：本文針對成品油長輸管道站場高壓電機維護方面存在的問題，提出了將PHM故障預測和健康管理技術應用到輸油站場輸油泵高壓電機中的設想，探討了PHM技術在成品油管道站場高壓電機的應用，并指出PHM在應用中所面臨的挑戰。

關鍵詞：高壓電機;故障及維護;PHM

高壓電機為成品油長輸管道站場離心泵驅動的核心設備，具有扭矩高、輸出功率大以及耐受沖擊等優越性能，因此在成品油長輸管道站場中得到了普遍應用。電機發生各種故障將影響管道輸量甚至停輸造成較大經濟損失，電機故障對輸油泵也可能造成嚴重破壞，對現場操作人員人身安全會造成極大威脅。因此，密切監測電機運行狀況，并對電機健康和故障預測，根據預測結果開展合理維護工作，對及時消除設備故障具有重要理論意義和實用價值。

1高壓電機常見故障及維護現狀

1.1高壓電機常見故障

高壓電機常見故障有振動大、軸承運行溫度高、運行聲音異常、繞組絕緣電阻低、繞組溫度高、三相電流不平衡、部件銹蝕或接線松動、接線端子過熱等，除去裝備制造安裝過程原因外，既與運行環境高溫、高濕、粉塵或化學污染腐蝕、電源質量（諧波等）、頻繁啟動有關，也與日常維護保養不及時或保養不當等因素有關。

1.2電機維護現狀

目前，成品油長輸管道站場高壓電機維護主要分為日常巡檢維護、預防性檢修維護和故障應急處理等。（1）日常巡檢維護。輸油站場值班人員按規定時間對高壓電機巡視檢查，定期對電機盤車和加注潤滑脂或潤滑油，在巡檢查過程中如發現電機出現異常狀態，會立即采取停泵或其他應急處理方式，以最快速度保證電機停運，避免設備故障擴大和事故發生。（2）預防性檢修維護。制定以月、季、年等為周期維護或檢修計劃，對電機各部位進行全方位認真檢查與維護，發現問題及時解決。定期開展電機接線盒防潮、絕緣電阻、吸收比、電機繞組電阻測試;開展相應電流互感器、電纜、溫度探頭、振動探頭試驗或測試，電機運行一段時間后更換潤滑油和軸承。（3）故障應急處理。根據歷年發生故障，整理、分析制定相對完備的應急處理方案，定期進行培訓，組織預案演練，保證值班人員在遇到問題時能快速處理，減少突發停機事故發生。此項工作需值班員具備較強的業務能力和應急反應能力。

1.3現階段電機維護遇到的問題

現階段，在高壓電機維護中，通常會遇到如下一些問題。（1）當高壓電機故障時，由于故障報警信息誘因不僅僅局限于某些特定部位或特定元器件，可能是因其上級供電電源或開關柜故障引發電機異常，因此對故障判斷，在很大程度上是基于維護技術人員自身經驗。（2）假設電機異常狀態是由上級電源或開關柜故障造成，但該部分表值數據并未觸發報警閾值，值班人員有可能會忽略該異常現象。（3）前期建設的輸油站場高壓電機大部分為進口西門子電機，軸承、密封件、溫度探頭等均為進口備件。由于進口備件進貨周期長，價格比較昂貴，配備數量較少，無法保證同時有幾臺電機突發故障時能得到及時處理。（4）高壓電機體積較大，也比較重，其核心部件為電機內部繞組、定子和轉子。其核心部件的維修無法在輸油站現場開展，需要將電機返廠拆解維修，整體維修作業時間較長。

2高壓電機PHM技術探討

PHM（PrognosticandHealthManagement）即故障預測與健康管理，是基于視情維修（ConditionBasedMaintenance，CBM）升級發展而來的一門用于設備故障預測和健康管理的技術，利用設備狀態監測數據和信息，通過各種故障模型和人工智能算法，監測、診斷、預測和管理設備健康狀態，最終目的是實現從“事后維修”和“定期維修”到“視情維修”和“基于狀態的維修”的轉變，實現基于設備狀態的維護和自主式保障。目前，國內PHM技術在風電機組上研究較多，可以在此基礎上開展成品油長輸管道站場高壓電機PHM技術探討[2]。

2.1數據采集與處理技術

成品油長輸管道站場高壓電機數據采集主要使用數字化傳感器、電流互感器、熱電阻、振動探頭等手段獲取能夠反映電機實時運行狀態的監測數據，為基于數據驅動的PHM提供所需數據集。數據處理主要是對原始采集數據進行整理、去噪以及相關特征的提取和選擇，為后續研究能夠獲得較高精準度提供保障。

2.2狀態評估、故障診斷和預測

狀態評估被用來評估電機當前狀態以及退化程度，然后根據評估結果決定是否對電機進行診斷。故障診斷被用來執行診斷檢測、隔離和識別故障，其診斷結果可用于預測模型的輸入，以判斷下次發生該故障的時間等信息。故障預測是PHM的核心功能，為實現后續預測性維護決策提供關鍵性支持。故障預測充分利用狀態監測和故障診斷功能流和信息流，對特定類型早期故障信號的發展趨勢進行預測，以確定系統或部件的剩余壽命為目的，確定系統、部件失效或發生嚴重故障的剩余時間。

2.3決策支持

PHM生成維修決策，并主導電機維修活動，依據故障預測和健康管理的評估結果，啟動電機維修檢測計劃，科學合理地安排設備維修檢測活動，科學有序地組織電機維修檢測工作，主要解決“怎么維修”的問題，快速恢復原有工作狀態。在電機PHM周期的基礎上，可以給出適合電機PHM的基本流程框架，如圖1所示。

3高壓電機PHM技術展望

目前，高壓電機PHM技術的研究還屬于初步階段，尤其是高壓電機的維護與運營管理領域，可以借鑒PHM的理論與技術體系，進一步提高高壓電機的運行安全性、系統可靠性、可保障性和可維修性。雖然目前對于PHM方法各環節均有較為明確的思路，但將PHM技術用于高壓電機還有許多挑戰性問題需要解決。（1）數據質量提升。目前，成品油管道站場已積累了大量高壓電機狀態相關數據，包括運行工況、停電試驗、帶電測試、在線監測、運行檢修、故障缺陷以及設計圖紙等，但數據存儲形式各異、數據質量參差不齊，主要表現在運行數據常以人工記錄的文檔形式存儲，壞數據得不到及時的識別和剔除，這對后續數據分析造成了極大的阻礙。（2）環境因素。環境因素環境因素往往影響著電機的檢測結果。在實際應用中，電機受到周圍的溫度、振動、粉塵、腐蝕性氣體、雷擊等環境條件的影響，其性能可能會發生一定的變化，為此，電機日常巡檢過程中，除了電機本身檢測外還要根據周圍環境的不同做一些特殊的檢查和處理，以此來保證電機的可靠運行，延長其剩余壽命。（3）深度故障診斷。故障診斷方法在高壓電機PHM周期中是研究較為深入和廣泛的方面。但針對故障診斷的研究，多是變換不同的模式識別方法，對故障數據進行分類。電機的故障診斷仍處于較淺的診斷程度，且多局限于常見的定子繞組、匝間短路、接地異常、軸承故障等的診斷層次。雖一定程度上給出了故障原因，但對于維修人員的決策分析還不夠具體，對高壓、大功率的電機故障診斷要求還遠遠不夠。

4結束語

本文介紹了成品油長輸管道站場高壓電機維護管理現狀，提出了PHM技術應用于高壓電機維護管理上的可行性，今后一段時間，圍繞高壓電機的管理、維護工作，還需要充分挖掘現有技術并分析未來的發展趨勢，開展有序的技術攻關與部署。

參考文獻：

[1]劉闖.數據驅動的電機故障診斷與預測系統的設計與實現[D].青島大學，2020.

[2]何金輝.PHM故障預測和健康管理技術在實際工作中的應用[J].廣播電視信息，2019（06）：76-81.

[3]李剛，于長海，劉云鵬，范輝，文福拴，宋雨.電力變壓器故障預測與健康管理：挑戰與展望[J].電力系統自動化，2017，41（23）：156-167.