中国石化上海石油化工股份有限公司 上海市金山区 200540
摘要：以某石化企业电动机设备的运行与检修维护情况为例，该企业建立了一套电动机状态监测系统，针对企业生产运行中电动机进行离线和在线实时状态监测与数据分析，能够及时发现各类电机缺陷及隐患，为电动机运行中的缺陷原因分析管理与电机检修质量的提高提供了可靠的技术支持，不仅促进了电动机运行检修工作效率提升，而且有效节约了电动机运行维护与检修的成本费用，取得了较为显著的应用效果。本文将围绕该电动机状态监测系统及其在电动机运行维护与检修中的影响进行讨论，以供参考。
关键词：状态检测；电动机运行；检修质量；影响
电动机作为石化企业生产的重要电气设备，电动机运行的安全性与稳定性直接影响着石化企业生产运行的安全性和可靠性。尤其是随着社会经济发展，在满足安全性和可靠性前提下，石化企业对生产装置长周期运行要求的不断提高，这对电动机运行维护与检修质量提出了更高的要求。在这种情况下，传统的电动机故障维修与定时计划维修模式，已经逐渐不能适应当前企业电动机管理的工作要求，需要采取有效的状态检测技术，以对电动机运行进行全面、实时的检测，通过分析电动机轴承磨损和其它部件的老化状态等性能指标来决定电机维护时间和维护内容。在电动机出现故障及隐患之前，进行有效维护处理，对电动机运行的安全性和可靠性进行保障，进而确保企业的正常生产运行。
状态检测主要有两种，一种是机泵群在线状态检测，还有一种是离线的手持式人工状态检测。
1、机泵群在线状态检测系统及功能特点分析
某石化企业针对电动机运行与检修所采用的机泵群在线状态检测系统主要由数据采集与处理系统、数据库和Web服务器组成。其中，数据采集与处理系统主要用于系统设置与组态、信号数据的压缩、储存和定期备份等。WEB服务器主要提供数据浏览和WEB服务，使不同部门的人员根据其权限设置可以通过网络在IE浏览器上直接访问泵群监测系统，查看泵设备实时状态、月度体检报告、故障诊断报告；此外，WEB服务器数据可与DCS数据实现交互，并预留OPC SERVER接口。
该系统设计中，对管理人员监测系统采用B/S构架，用户端采用网页浏览器，无需安装软件，直接浏览数据信息，登陆和维护简单，满足用户需求多变、个性化程度高、第三方数据接口多等实际需求，把互联网中成熟的技术和特性成功移植到传统的软件系统中。技术人员监测系统采用C/S架构，在安装客户端后，能够在设置权限内浏览设备运行趋势图、波形图和频谱图，并能够有利用分析工具机型故障分析与诊断。
1.1 系统硬件设备与功能分析
1.1.1 信号采集与报警功能
该系统中主要硬件设备包括无线振动温度一体式监测器以及各种无线数据通讯站、Web服务器等。系统运行中，按照测定布置要求，通过将各监测器在机泵群的电机负荷端与传动泵有关部位进行合理布置后，由无线监测器采集传动链上径向或轴向的振动加速度、速度及位移信号，同时采集传感器测点的壳体温度信号，并实现每个测点振动和温度趋势的变化，超出报警门限值能实现及时报警通知。
1.1.2 运行状态检测与故障诊断
同时，该系统的硬件结构能够监测机组运行时主传动链（电机/汽机、齿轮箱、泵）系统上各轴、轴承、齿轮的运行状态，对轴承、齿轮箱及发电机故障的早期征兆进行及早发现，精确定位故障部件、故障类型以及严重程度，并通过在线监测系统软件自动报警。
1.1.3 数据自动采集与信号转换分析
此外，机泵群在线状态检测系统还能够自动、实时地采集、存储、分析、上传数据，能够监测机组机械部件的早期失效状况，判断轴承失效部位、严重程度以及寿命预期，并提供短信和邮件的预警。
无线监测器能够独立完成对采集的信号的处理和A/D转换，具备时域波形和长时域波形采集能力。时域波形采集需支持128K，支持2M的长时域波形采集，以实现现场机组的精密故障诊断分析；能够支持本地分析和远程分析、故障诊断，
1.2 系统软件功能分析
上述机泵群在线状态检测系统的应用软件，不仅具有移动端设备管理功能，通过安装移动（手机、平板等）客户端，随时了设备运行状态和报警处理结论，支持移动端服务请求功能；同时，还能够提供B/S和C/S系统软件，满足管理人员和技术人员使用需求，并且该系统软件结构还具备丰富的数据分析功能，能够对时域波形、频谱、倒谱、包络解调、交叉相位、瀑布图、多波形、多频谱、轴心轨迹等20余种分析方法进行支持，以根据不同用户的习惯来自定义进行图形颜色等方案调整。
此外，该系统具备分析振动的原始、趋势数据的功能，能够将多组、多点数据进行比较分析；具备强大的趋势分析功能，根据机组运行模式，形成所有轴承特征频率，可对振幅、有效值、峰峰值、翘度、歪度、通频值等多类指标进行历史趋势分析；具备丰富的报警参数设置功能，可按多种方式设置报警，如振动报警门限、频带报警参数、有效值、翘度、峰值、频段、窄带、宽带等各种指标。同时具备数据和趋势打印功能和辅助的诊断功能，通过系统提供的自动特征频率计算功能，根据结构参数计算出轴承、电机、叶轮等多种零部件的特征频率，可方便地标注在谱图上；具备根据不同机型及其运行特点设定有效的机组故障报警值，具备振动、温度以及报警结果与统计分析功能，能自动生成报表等；具备完善的自检功能，能对硬件系统的网络通信状态、串口通信状态、传感网络状态及内部硬件信息等进行检查，支持电池电压和电流趋势浏览，若存在异常，则给出提示信息，通过电脑或者短信等多种告警方式实现即时告警提示；具备设备故障劣化路径预测法分析设备故障，准确判定机组故障程度、故障原因、故障部位，提出检修建议，确定寿命预期，避免部件过早更换，制定合理的批次更换检修计划的依据非常关键，减少单个更换带来的重复成本；支持多类型数据采集策略，如同步振动采集、转速采集、基于转速的触发的振动数据采集以及异常状态下的加密采集，避免故障数据的遗漏。
2、离线状态检测系统及功能特点分析
离线状态检测是采用一种多功能、手持式数据采集/信号分析仪，用于定期监测和诊断电动机机械状态。该仪器作为一个数据记录器，使用专用软件从计算机上下载‘测量路径顺序’，操作者沿预定路线工作并按‘测量路径顺序’测量，可采集振动值、温度、轴承冲击脉冲等信号。当完成测量后，可将结果上传到计算机上，并可进行趋势图和频谱图、瀑布图等技术分析。
3、状态监测系统对电动机维护运行与检修的影响
根据上述两种状态监测系统功能的分析可以看出，在电动机运行中，通过对电动机设备运行的工作参数与状态信息自动采集、上传、分析后，针对其中存在的异常情况进行及时报警提示，同时结合电动机设备的工作运行状态，对其可能发生的故障及潜在隐患进行合理的预测判断，以为电动机运行维护与检修实施提供可靠的依据和支持，促进电动机运行维护与检修的效率和质量水平提升。
以上述机泵群在线状态监测系统对电动机运行中的振动检测为例，利用安装设置在电动机以及泵、风机等设备运行测点的振动分析仪对设备运行中的加速度、速度以及位移等振动信号进行在线采集后，通过数据信号的自动转换趋势图和频谱图进行分析，按照系统设定的振动检测判断标准，实现设备运行振动情况的在线检测与诊断，并进行诊断信息发送，以为电动机运行检修提供准确的信息支持。
图1.电动机翘脚的故障频谱图
例1.在状态监测中发现一台185kW的两极高压电机轴伸端垂直振动突然增大，由之前的约1.3mm/s增大至约3.89mm/s。观察该位置测量数据的频谱图如图1，发现其特征频率表现为100Hz（两倍电源频率），且未发现极通过频率边带。分析认为电机可能存在翘脚的故障，通过翘脚检测，发现电机其中一个底脚翘脚约100丝。电机消除翘脚现象后投入运行，各方向振动即恢复至良好状态。
例2.如下图2所示，即为利用机泵群在线状态监测系统进行某装置电动机运行的定期预防性振动检测时，系统显示电动机振动数据异常变化。
（1）振动速度
（2）振动加速度
图2 机泵群在线状态监测系统对电动机振动故障的检测分析
根据该电动机运行的振动速度与加速度变化情况可以看出，其前轴承振动加速度升高最大值达到140mm/s2，速度为4mm/s，温度为75℃。在进行电动机运行的振动故障分析中，由于振动加速度与速度作为其故障参数，根据其变化情况判断为高频振动，其中，振动加速度为主要故障参数，存在振动速度超标但不是导致故障发生的主要原因，同时根据该监测系统的故障报告提示显示为电动机轴承磨损引起内部发热对其润滑性能产生影响。值得注意的是，针对该电动机振动情况的检测分析结果，对电动机进行检修维护过程中，考虑到设备停机检修对整个企业生产的影响，因此，上述机泵组在线状态检测系统虽然对电动机运行振动异常给出提示，但考虑该异常变化值未超过系统要求的停机检修标准，可以根据系统对该电动机运行振动的变化监测，在其振动加速度达到150mm/s2时，对电动机进行润滑补充，确保其润滑充分，同时根据系统监测的电动机运行温度变化，对其温度进行加强控制，以减少对电动机运行的振动影响，至装置停工检修时再进行检修更换，以避免单台设备停机造成的装置生产中断。
4、机泵群在线状态检测系统的应用效果。
根据上述机泵群在线状态监测系统及其在电动机运行与检修质量中的影响，某石化企业自2014年现场电气集中后，积极利用机泵群在线状态监测系统，对企业生产应用的重要电动机设备实施在线状态监测与检修维护管理，由管理、操作和检修三方人员采用离线仪器对所以电动机开展状态监测，建立全面的电动机状态监测与检修管理体系，促进电动机运行巡检与检修质量提升，满足企业安全与稳定生产的设备需求。电动机状态检测工作开展四年来，电动机检修台数从2015年的1123台，到2018年的870台，同期比较下降了22.5%；检修费用从2015年的538.19万元，到2018年的310.90万元，同期比较下降了42.2%，如下表1所示，取得了十分显著的应用效果。
表1 某石化电动机状态监测工作情况
5、结束语
总之，对状态检测在电动机运行和检修质量的影响探讨，有利于促进状态检测技术与系统在电动机运行与检修中的推广应用，从而促进电动机运行维护与检修工作质量和效率提升，具有十分积极的作用和意义。
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论文作者:刘骁
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/16
标签：电动机论文; 状态论文; 在线论文; 故障论文; 系统论文; 功能论文; 数据论文; 《基层建设》2019年第18期论文;