基于模糊灰色关联度分析的船用三相异步电动机技术状态评估

张松涛，吉 哲，吕 飞



基于模糊灰色关联度分析的船用三相异步电动机技术状态评估

张松涛，吉 哲，吕 飞

(海军士官学校，安徽蚌埠 233012)

对船用三相异步电机进行技术状态评估，可科学掌握电动机的技术状态，为装备维修提供辅助决策。本文在查阅文献、征求专家意见的基础上，系统地建立了船用三相异步电动机技术状态评估指标体系，并通过模糊数的方法确定了各指标权重，最后建立了基于灰色关联度分析的技术状态评估模型。经实例分析表明，基于模糊灰色关联度分析的船用三相异步电动机技术状态评估方法合理可行。

船用三相异步电动机 灰色关联度分析 模糊 评估

0 引言

船用三相异步电动机广泛应用于船舶电力拖动设备，是船舶上一种重要的动力设备。船用电动机虽然比普通电动机有更高的防护等级，但其长期工作在“高温”、“高湿”、“高盐”的工作环境中，极易受到恶劣环境的影响，使电动机的技术性能受到较大影响，进而影响船舶电力拖动设备的正常使用。

为了确保船用电动机的正常使用，船员会定期对电动机的绝缘值等部分技术参数进行测量，以初步判断电动机能否允许正常启动，但并不能确定电动机的技术状态。文献[1]通过测量电机的振动值对电机进行在线状态监测，文献[2]通过测量电机的温度、电量和振动值对电机进行在线状态监测与故障诊断，文献[3]通过测量异步电动机的振动、转速波动、电流和绝缘对电动机进行故障分析状态监测，以上方法均选取了影响电动机技术状态的部分参数对其进行状态评估，指标体系不够全面，为了更加客观地对船用电动机的技术状态进行评估，需要建立更加全面的评价指标体系，并采用适当的评估方法，进而对电动机的技术状态做出客观的评估。

1 船用三相异步电动机技术状态评估指标体系的建立

通过调研、查阅文献和专家咨询，按照各指标相互独立的原则，对船用三相异步电动机的技术参数进行深入分析，选取了绝缘、电流、振动、温升和转速波动共5个参数作为评估指标。

1.1 绝缘

船用电动机的绝缘是各项技术参数中非常重要的一个指标，电动机的绝缘测量也是船员的一项经常性工作，电动机的绝缘一旦低于规定值（一般为0.5MΩ），就不允许启动，否则容易造成事故。三相电动机绝缘值包括相间绝缘和三相对地绝缘值共6组数据，为了能够严格地电动机的技术状态做出评估，选取测得绝缘值的最低值作为评估指标值。

1.2 电流

测量三相异步电动机正常运行的线电流值共3组数据，分别计算三相电流不平衡度，取三相电流不平衡度的最大值作为评估值。

1.3 振动

引起电动机振动的主要原因有电气故障和机械故障，参数包括位移、速度和加速度等，在进行实际振动测量时，多采用位移作为判断依据。

1.4 温升

电动机的温升值也能反应出电动机的技术状态。

1.5 转速波动

当电动机出现转子导条故障、轴承损坏等故障时，转速会出现波动，通过转速波动的测量也能反应出电动机的技术状态。

2 指标去量纲化

由于各指标的量纲不同，而且各指标数值差异较大，不能直接进行状态评估，应把各指标值进行去量纲化处理。对于指标值越大，技术状态越好的指标称为正指标，反之，为负指标。本文建立的指标体系中，绝缘为正指标，其余均为负指标。设每个评价对象有个指标，则对于正指标，采用公式（1）进行无量纲化处理：

对于负指标，采用公式（2）进行无量纲化处理：

i为去量纲化处理后的数值，i为去量纲化处理之前的数值，max、min分别为同一指标中的最大值和最小值。

3 基于模糊数的权重确定

确定权重时，先向船用电动机的设计研究员、操作使用员和维修员进行问卷调查，由其对各指标间的相对重要程度进行判定，建立判断矩阵，进而求出权重。指标相对重要程度比较多采用确定数值，由于调研对象的个人偏好和判断能力不同，很难用一个确定数值把比较值表示出来，如果采用模糊数来表示就容易些，具体标度规则见表1。

采用基于模糊数的互补两两比较赋权法[4-6]，得出判断矩阵：

Lee和Li定义了模糊集的综合指标：

是由决策者确定的权值，可反映决策者对均值和散布的重视程度，这里取=0.6。最后，对求得的数据进行归一化处理，即得出权重。

通过对8名设计研究员、7名操作使用员和10名维修员的问卷调查，经过计算得出1=0.3153，2=0.1985，3=0.1305，4=0.2538，5=0.1019。

4 基于灰色关联度分析的评估模型

灰色关联度分析[8-11]是一种多因素统计方法，以样本数据为参考，用灰色关联度来描述各因素（指标）间关系的大小和排序，一般有以下几个步骤：

4.1 确定分析序列

ij(1≤≤,1≤≤)为无量纲化处理后的第个评价对象的第个指标值，0j(1≤≤)为选定的参考值。

4.2 计算差序列

利用公式（8）建立一个差序列，

4.3 求关联系数

通过公式（9）求得关联系数，建立关联矩阵。

4.4 计算关联度

通过公式（10）求得关联度，进而得出评估结果。

5 实例研究

设为某型船用三相异步电动机技术状态评估指标，i(i=l，2，⋯，5)依次表示绝缘、电流、振动、温升和转速波动，该型电动机的技术状态等级分为优（I）、良（II）、中（III）、差（IV）四个等级，具体技术状态分级标准如表2所示。

某台该型电动机的技术状态检测数据如表3所示。

按照前文的步骤，进行计算，在计算过程中，选取级别I的指标值作为参考值，同时把各分级标准的指标值与待评估电机的各指标值一并列入分析序列进行计算排序，以确定待评估电机的技术状态等级。经计算排序，得出关联度排序结果：级别I=1>待评估电机=0.7597>级别II=0.7590>级别III=0.5364>r级别IV=0.4444。可以看出，待评估电机的关联度高于级别II的关联度，低于级别I的关联度，因此待评估电机的技术状态为II级，即技术状态为“良”，与专家的判断评估完全一致，说明本方法可行。

6 结语

本文综合采用船用三相异步电动机的绝缘、电流、振动、温升和转速波动等参数，建立了电机技术状态评估指标体系，用三角模糊数确定了难以直接量化的权重值，建立了基于灰色关联度分析的评估模型，最后通过案例分析验证了本方法的可行性，本文提出的方法可用于船舶三相异步电动机的维修辅助决策。

[1] 席鑫宁，潘宏侠．基于DSP的电机控制与状态监测系统设计[J]．大电机技术，2009, (3)：31-33, 37．

[2] 付蔚，张永，邓晓渝等．基于IOS平台的异步电机状态监测与故障诊断系统设计[J]．机床与液压，2016，44(7)：165-167．

[3] 刘金生．异步电机的常见故障分析及状态监测[J]．炼油与化工，2016，27(5)：59-60．

[4] 孔峰．模糊多属性决策理论、方法及其应用[M]．北京：中国农业科学技术出版社，2008．

[5] 李晨懿，杨家莉，徐永海等．模糊综合评价在电压暂降源识别中的应用[J]．电网技术，2017，41(3)：1022-1028.

[6] 张晶晶，许修乐，丁明等．基于模糊层次分析法的变压器状态评估[J]．电力系统保护与控制，2017，45(3)：75-81.

[7] 徐玖平，吴巍．多属性决策的理论与方法[M]．北京：清华大学出版社，2006．

[8] 邓聚龙．灰色系统基本方法[M]．武汉：华中理工大学出版社，1987．

[9] 胡永宏，贺思辉．综合评价方法[M]．北京：科学出版社, 2000．

[10] 张继芳．改进型灰色关联算法在变压器故障诊断中的应用研究[J]．变压器，2017，54(10)：33-36．

[11] 徐闻婕，阮江军，宋斌．灰色关联度分析法在变压器三比值缺码数据故障诊断中的应用[J]. 科技通报，2017, 33(10)：129-133．

Technical Condition Assessment of Three-Phase Asynchronous Motor for Ships Based on Fuzzy Theory and Grey Relation Analysis

Zhang Songtao, Ji Zhe, Lyu Fei

(Navy Petty Officer Academy, Bengbu 233012, Anhui, China)

TM301

A

1003-4862（2018）07-0038-04

2018-03-15

张松涛（1982-），男，硕士，讲师。研究方向：舰艇电气。