摘要：本文对谐波诊断技术在矿山大型电气设备中的应用展开研究，首先对谐波诊断技术的定义、原理、诊断流程进行分析，得出该技术具有在不停产、不拆分的基础上对设备劣化位置、程度等进行诊断的优势，并构建了矿山企业PHM系统，将其应用到大型电气设备之中，使故障诊断的准确性、有效性得到显著提升。
关键词：谐波诊断技术；矿山；电气设备
引言：随着科学技术的飞速发展，矿山行业对高技术、高产能的电气设备需求量不断增加，尤其在井下施工过程中，与地面相比工作环境较为恶劣，一旦大型电气设备发生故障不但维修困难，还可能导致人员伤亡。对此，矿山企业应积极引入谐波诊断技术，确保大型电气设备运行的高效与安全，促进企业的稳健发展。
1.谐波故障诊断技术
谐波主要是指一个周期电气量中的正弦分量，频率为基波频率的数倍。在生产过程中，为了提高电气设备运转效率，降低故障发生概率，减少成本与维修费用投入，谐波诊断技术应运而生，该技术在应用时无需拆分、停止、接触设备便可进行故障诊断。主要原理为：与电流法、谐波分析法相结合，利用电流谐波对设备的劣化状态进行分析，在不影响设备正常运行的情况下，对其内部是否存在劣化以及劣化程度进行检测和诊断，并且通过设备压力、机器劣化程度、性能等方面进行量化分析，预测机器的性能与可靠性，与以往需要对设备进行拆卸、停产来寻找故障原因的方式相比具有诸多便利。在对设备进行检测时，一旦发现其存在异常情况，还可对异常位置、劣化程度进行评价，并提出针对性的维修对策，极大的提高了维修效果。以电动机为例，谐波诊断法的主要流程如下：THD通过ATC-LK系列谐波检测仪对总谐波失真结果进行获取，得出各次谐波含有率。
（1）假设总谐波失真率的谐波次数为2—40次，可获得电流2中包含的总谐波失真THD；采用夹钳式测定器、检测项圈电磁测定器进行检测；
（2）用不同次数的谐波含有率HK与总谐波失真THD指数相除获得指数THK；
（3）将CHK与THK的大小进行对比，CHK的数值以K次谐波作为参考标准；
（4）诊断结束，得出诊断报告。
在上述诊断步骤中，对电动机与变频器的CHK计算方式存在差别，其中，对电动机中CHK的计算公式为：
式中，Ck代表的是k次谐波诊断值；f（Mk）代表的是k次谐波函数，可利用电流信号傅里叶计算而得；
对变频器中的CHK的计算公式为：
式中，f（Ns）f（Nc）f（Np）代表的是多个k次谐波函数，可利用电流信号傅里叶计算而得；只有当f（Nk）的数值为1.0时，CHK的数值才可为1.0[1]。
2.谐波诊断技术在矿山大型电气设备中的应用
矿山企业的经营不离开各类设备的支持，而电气设备主要由发动机、变频器组成，一旦出现故障问题势必会影响正常生产，为企业带来经济损失。在以往的故障检测中，主要采用振动诊断法，或者根据维修人员经验来例行检查，由于受到设备自身限制，很难对发动机绕组、变频器的故障程度进行检测。而谐波故障技术的应用则可在设备正常工作状态下进行检测，具有成本较低、可靠性强、安全性高等特征，故障诊断效率也十分理想。
2.1PHM系统功能
PHM系统目前在航空、矿山、船舶等多个领域中得到广泛应用，与矿山大型电气设备的运行要求、工作环境、常见故障相结合，设计出一套与井下大型电气设备故障检测相符合的PHM系统，该系统主要由信号采集与存储、数据分析、故障诊断、故障预测、维护方案制定等模块构成，主要具备以下功能：
（1）信号采集：对设备故障检测中的所需性能进行采集，在本文研究的矿山企业中所需采集的要素主要为电流谐波；
（2）处理干扰因素：在电力系统中，不但具备诸多谐波，还存在许多噪声。但谐波故障诊断法在应用过程中只需考虑谐波要素，对噪声等干扰因素及时滤除，以此提高谐波信号检测准确性；
（3）故障检测：通过对一种或多种设备故障进行诊断，获取故障的类型与等级；
（4）数据存储：根据特定准则对数据信息进行存储，便于数据及时更新与使用，需要存储的数据信息包括：性能检测数据、系统配置数据、中间或结论数据等；
（5）状态判断：以采集到的性能数据为依据，对当前系统检测对象的运行状态进行判断与分析；
（6）维修方案制定：根据部分单项性能或多项性数据检测结果，给出结论或预警。
2.2PHM系统在电气设备中的应用
2.2.1现场检测
在某矿山大型电气设备检测中，在谐波故障诊断技术的支持下，采用LK系列故障诊断器进行检测，LK故障诊断器的应用流程如下：
一是采用LK系列谐波检测仪第谐波信号进行检测；
二是对检测到的谐波信号进行预处理，确保谐波参数的准确无误；
三是对谐波参数进行记录和存储，并根据实际情况对设备的运行状态进行预测与分析；
四是将所得信息与专家数据库进行对比，得出最终设备运行状态检测报告；
在利用电气设备故障诊断器后，通过现场检测获得HK数值与THD数值，二者相除后得到指数THK，然后与K次谐波基准CHK进行对比，从中判断出电气设备的健康状态[2]。
2.2.2诊断报告
根据上文的谐波诊断流程，对该矿山煤场中大型电气设备进行故障诊断，
（1）电机地脚螺栓诊断
在电机地脚螺栓诊断中发现，该设备的马达部分存在间隙不一致情况，在负载作用下对校准造成影响，从而在运行中出现振动现象。针对这一问题给出了维修对策，在马达位置安装逆变器，注入润滑油等，在实地考察结束后，发现诊断报告与实际情况基本一致；
（2）电机振动项测试
在电机振动诊断中，发现该企业205电机存在振动项高度异常情况，经常出现异常振动、不平衡振动。经过现场分析后得知，产生异常振动的主要原因在于负载振动筛与电机之间共用同一个底盘。在维修过程中，在电机中重新增设了一个底盘，调整后的振动情况得到明显改善，检测结果准确。
（3）电机轴承测试
在电机轴承测试方面，针对轴承进行了6次测试，从测试结果可知，马达部分在高温振动的作用下，出现异常振动情况。将轴承拆卸后可知，反负载一侧的轴承类型为双列滚珠轴承，在该企业上次检修时，只对其中一侧滚珠进行了润滑，忽视了另一侧，导致电机温度上升。根据诊断报告，对电机故障进行维修，将反负载端轴承进行替换。另外，在检查时发现皮带严重脱离轨道，一并进行了调整。经过调整后，马达轴承状态从B2提高到B1，负载部分转轴老化现象得到明显改善，带轮系统的老化情况也从B1提高到A，这意味着维修后设备的运行状态得到明显的增强，诊断结果与实际情况相一致。
结论：综上所述，本文在故障诊断学的指导下，对谐波故障诊断技术的应用原理与主要流程进行分析，并在PHM体系的基础上，根据矿山大型电气设备建立了PHM系统，利用LK系统对设备的运行状态、劣化程度、劣化位置等进行验证，并有针对性的提出调整措施，提高故障诊断的有效性，促进矿山企业的高效发展。
参考文献：
[1]凌标灿，杨舒迪，李胜楠.谐波故障诊断法在新集二矿的应用研究[J].煤炭技术，2017，36（5 ）：246-247.
[2]高沣.矿山电网谐波的抑制分析及有源谐波滤波器的应用[J].机械管理开发，2015（2 ）：93-95.
作者简介：
性别：男，籍贯：山东省莱州市学历：本科，毕业于山东科技大学；现有职称：电气工程师；研究方向：矿山电气工程；单位所在地：山东省莱州市金城镇
论文作者:刘明山
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/13
标签：谐波论文; 电气设备论文; 设备论文; 故障诊断论文; 矿山论文; 故障论文; 电机论文; 《电力设备》2019年第2期论文;