矿山电气设备在线监测与故障诊断系统

于小燕

（山东中矿集团有限公司，山东 烟台 265401）

矿山开采工作受环境、工作条件、工作设备的影响，具有一定的复杂性和多样性，包括众多大型机械设备以及电气设备，这些电气设备的安全平稳运行是保障工作有序开展的重要保障。当前，由于电器安全管理方面出现的问题愈来愈多，严重影响着矿山开采工作的运行，甚至造成了相关的安全事故，因此，必须深入了解出现的新问题，做好矿山电气设备自动在线监测与故障诊断系统研究，以便促进矿山企业生产工作的顺利开展[1]。

1 矿山电气设备发生故障的主要原因

我国地大物博、幅员辽阔，拥有非常丰富的矿产资源。然而，矿产资源的分布环境较为复杂，电气设备必须面对各种恶劣的工作环境以及复杂的天气变化，因此，在矿产资源开采过程中，参与到开采过程中的众多机电设备容易发生各种电器故障问题。通过对以往电气设备以及各项重大机电设备出现的事故案例进行分析，造成故障的原因主要有以下几个方面。

首先，随着我国社会主义现代化事业的不断发展，国民经济水平以及人们生活水平有了较大程度的改善；而现代化事业的不断发展，促使各个行业在加快建设进程中需要越来越多的矿产品。矿产品需求的激增，要求矿山企业必须通过提高生产效率、增加工作时间来提升产量，由此而来的就是加大了对矿山机电设备的运行负荷。由于电气设备在运行过程中具有一定的核定功率与工作负载极限，因此在矿产资源开采过程中，一旦需要大量高负荷工作内容时，必将对电气设备造成过大的压力，机器也容易产生高负荷、超负荷的现象，将会对电气设备及机电设备造成极大的损伤，严重情况下将会引发各项安全故障问题。

此外，机电设备以及电气设备在日常运行过程中受到各种环境影响，经常发生磨损问题，运行能力不断下降，这也在很大程度上容易促发相关的安全事故。首先，矿山企业开采处于复杂多样的工作环境，具有一定的工作难度，因此在工作过程中，电气设备以及机电设备需要持续运行，而时间长，负荷大的工作强度极容易导致相关构件过热的问题；受工作环境影响，电气设备及机电设备的散热效果不佳，如果得不到及时、有效的处理，将会不断降低电气设备的工作效率，甚至会引发一连串的大型机电设备故障问题。其次，一部分矿山企业在工作过程中受各项因素的影响，在设备的安装以及使用过程中并没有严格按照标准执行，由于过分追求了经济利益，导致电气设备零件缺失或机电设备交替使用的情况发生，也会导致电气设备及机电设备工作效率低下，甚至引发故障问题。再次，众多电气设备内部结构复杂，构件之间需要紧密配合，一旦相关管理人员以及工作人员放松警惕，疏于日常运行管理，电气设备便会出现各种安全事故[2]。

2 矿山电气设备在线监测与故障诊断系统

2.1 系统架构

近些年来，随着我国社会主义现代化事业不断发展，矿产资源开采工作也有了较大程度的提高，开采总量不断加大，工程量也不断加大，对矿山电气设备的工作要求和效率标准也越来越高。矿山电气设备在线监测与故障诊断系统，可以有效应对电气设备的预防维护和消除故障，解决工作难题。在矿产资源开采过程中，对矿山电气设备运行过程中的常见故障进行分析及预防，对整体以及局部部门进行相关方面的安全监测，这样就能够保证避免各项问题的发生。从理论角度出发，矿山电气设备自动在线监测与故障诊断系统主要功能有电气设备运行状态的实时监测、电气设备出现故障时自动报警处理、电气设备运行状态下工作临界点的警告提醒，此外，还可以在电气设备运行过程中对各种故障进行实时的在线诊断，进一步确定故障发生部位，从而帮助技术人员进行及时的故障维修。矿山电气设备自动在线监测与故障诊断系统还能够为设备的维修和保养提供全面、科学的指导意见以及参考信息，在传统电气设备管理基础之上融合在线监测与故障诊断系统的现代性与先进性，能够进一步保障电气设备运行状态的实时监测，从而进行全方位的设备性能评估，切实提高矿山企业开采过程中的电气设备运行水平。

2.2 硬件系统

矿山电气设备自动在线监测与故障诊断系统，对于矿山电气设备的平稳运行以及矿产资源开采工作都具有一定的积极意义。当前，受众多因素影响，电气设备产生故障涉及的环节较多，范围较广，必须要利用自动在线监测与故障诊断系统对矿山电气设备的运行状态做进一步的精细了解与掌握，以每个电气设备为载体，对矿山企业的整体设备状况进行实时监测，这样才能够系统性的构成矿山电气设备在线监测以及故障诊断系统，从而保证矿山企业电气系统的专业性和安全性。矿山电气在线监测系统由数据采集分站振动传感器以及振动分析仪等各项硬件组成，工作人员通过信息技术对各项数据进行收集和分析，实现进一步的现代化自动设备监测，解放传统的人力投入，极大程度地便利了工作人员的工作，也提高了工作的科学性和效率性。

2.3 软件系统

软件系统具有一定的科技性和现代性，可以看作是人类的大脑。虽然手脚具有一定的工作能力，但各项工作以及环节运行必须要经由大脑来支配和调节，否则这些功能以及各项机械便失去了实际的意义。因此，对于整体电气设备在线监测与故障诊断系统来说，软件系统就相当于大脑，能够对系统的进一步操作和提升进行调配。矿山电气设备所处环境较为复杂，需要专业性高、科学性好的软件系统支持，必须要结合行业特点以及矿山企业的发展现状，选择合适的软件，建立科学化的信息平台，这样才能够实现在线监测下电气设备信息数据的处理以及交互，进行真实的动画模拟、报警及故障维修等多项功能工作。

3 矿山电气设备在线监测与故障诊断设计

矿山电气设备在线监测与故障诊断系统涉及众多环节，因此在设计过程中，必须要考虑各方面的因素。在当前的工作条件以及科学水平下，在线监测与故障诊断系统具体分为四大部分，分别是数据采集、数据传输、参数监控以及故障诊断；系统利用当前不断发展的振动加速传感器以及温度传感器，从而对设备的运转情况及设备温度进行实时监测，通过矿用本安振动监测分析仪对信号数据进行进一步的采集转换以及处理，最终实现电气设备的在线监测与故障诊断。

3.1 核心部件设计

系统硬件设计以MHK18矿用本安振动检测仪为核心，用于矿产资源开采过程中的井下设备工作，特别是往复机械中的振动测量，能够对各项设备进行定期的巡检以及检验，实现对各种器械设备振动的在线监测以及故障诊断。

3.2 数据采集设计

数据采集设计选用KS16矿用本安型振动加速传感器以及LH516—S矿用本安型数据采集分站组成，能够在工作过程中对轴承振动进行进一步的监测和分析；将其安装在各种旋转机械装置的轴承盖上，使传统的压电加速传感器与电荷放大器基于一体，这样能够更加方便、快捷地进行数据的测量和分析，不断提高测试的精度和可靠性。振动加速器自身一定的加速特性导致晶体变形从而产生电压，因此正确计算出产生电压与所施加加速度之间的关系，就能够进一步促进加速度转化成电压输出。

3.3 系统软件设计

电气设备重要的滚动轴承振动信号由内部、外部因素共同组成。内部因素包括运转方式以及自身结构，外部因素包括其他设备或者部件对轴承的振动作用。在监测过程中，内外因素共同作用，使得滚动轴承的振动信号变得复杂多样，具有一定的随机性，因此基础工作必须要将特征信号从全部振动信号中提取出来，对信号进行具体的分析和监测；滚动轴承损坏程度越高，振动便越强烈，一旦滚动轴承发生开裂或破损现象，表面碰撞下将会直接导致与原有频率相互作用产生共振现象，可以采用包络法对共振信号进行监测和分析，提取故障特征[3,4]。

4 结语

总而言之，矿山电气设备具有一定的特殊性，在线监测与故障诊断系统对矿山电气设备的实时监测数据查询具有一定的积极意义，能够通过对大型电气设备进行在线监测、故障处理，提高电气设备运行的安全性和科学性，从而保证矿山企业的持续生产与稳健运行。