ESA技术在电动机在线监测诊断系统中的应用探讨

徐俊辉

（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300452）

1 ESA技术介绍

电气特征分析技术，即ESA，起源于20世纪70年代，由于可靠性需要提出了对位于核反应堆内部的电动机进行状态监测的需求，后续的研究表明电动机的电流总是被其内部的故障状态所影响或调制，并且研制出了新的电流和电压信号调理技术，用于对信号的分析和确定故障的性质。电气特征分析的概念是，采集电动机的电流和电压信号，对信号进行调理和数字处理，然后根据故障对信号的影响机理分析识别各种故障。三相信号的采集可以直接从一次回路（低压电动机）或通过CT在二次回路（高压电动机），因此可在电动机控制中心(MCC)进行测试。

目前主要的诊断可由专家诊断系统软件全自动实现，这项技术提供对电动机的全面地分析和诊断，并得到了实际检验。采集数据站采集数据存入数据库，专家系统通过对电气数据进行变换得到频谱，通过输入的电动机铭牌参数计算出电动机的故障特征频率，在频谱里面寻找对应的幅值分量大小，结合知识库给出维护建议，实行预测维修，从而提高设备的可用性。

2 电动机在线监测诊断系统介绍

2.1 系统结构

电动机在线监测诊断系统包括：DMT600电动机数据采集站，EMA-Suite电动机监测和故障诊断软件平台。电动机在线监测系统的软件包括：EMA-Net网络版电动机在线监测诊断软件、DMT-OLM电动机在线监测管理软件、EMA-Web电动机状态浏览服务软件。

DMT-MX数据采集站（机箱）在MCC对连接的电动机进行数据采集，监测主机安装DMT-OLM在线监测管理软件，按系统设置要求实现对各数据采集站的控制和数据通讯，将定期采集的数据处理并存储到数据库服务器。

局域网上的任何PC可以安装运行EMA-Net电动机监测诊断软件，为状态监测分析师提供系统设置和监测分析平台。也可以另设一个Web服务器，安装EMA-Web服务软件，提供工厂内部网络或远程互联网进行电动机状态浏览和分析，实现信息共享。

2.2 DMT600电动机数据采集站

DMT608采集站为标准3U机箱，包含10个板卡槽，其中，1个为固定为DMT-PWR电源模块，1个固定为DMT-DAQ数据采集模块，另8个可插入信号调理模块：DMT-V6M/L双路三相电压信号调理模块和DMT-C6X双路三相电流信号调理模块。

可以将电动机的三相电压电流信号全部引入一个监测柜中，DMT600数据采集站可以对电动机进行集中数据采集，一个监测柜中最多可放置两台DMT608，最多监测28台电机。

采集的数据分为两类，即电量参数采集和波形数据采集。电量参数包括：三相电压/电流有效值，偏离值；三相电压/电流平衡值；电压电流尖峰值；有效功率，功率因数；电源频率，谐波值等43个基本电量参数。波形包括：三相电流和电压的高频数据采集、三相电流和电压的低频数据采集。波形数据包含最全面的诊断信息，得到了关于电源、电动机电气和机械，以及被驱动设备的状态和故障指示信息。

2.3 系统显示

基本电量参数可以通过电压、电流和功率三组趋势图显示，每组可勾选不同的参数组合，满足分析的关注内容、参数的关联、并清晰显示趋势的变化。

电量参数EMP-2是软件从波形中提取的参数，除电量参数外，EMP-2还包含谐波参数，电气诊断参数和机械诊断参数。这些参数值是评判电机健康状态最重要的参数，是诊断报告的基础。通过波形数据分析，得到电动机测量报告和诊断报告。测量报告格式包括三相电压、电流和功率类数据，VDF电压降级因子，THDF变压器谐波降级因子，转速，滑差，负荷，输出功率，扭矩，电动机效率，谐波分析数据等。

诊断报告包括电源的评价、电动机的评价以及对机械的评价。每个诊断项目提供直观的状态等级色码表示电动机的状态。色码分为5个等级，1为最严重等级，需尽快维修；2为计划维修，即安排合适的时机维修；3为小问题需要进行小调整，或需要进一步确认；4为有问题的趋势，需要趋势跟踪；5表示设备正常。

EMA-Net软件对电动机进行故障分析基本上由专家知识库自动完成，但仍建议对诊断结论进行数据和绘图上的验证确认，有时也需要进行必要的调整，以使诊断更准确可靠。另外，对应专家系统不包含的被驱动设备和负荷过程的分析，专业诊断工程师可以利用软件提供的绘图工具进行具体详细的分析。

3 电动机在线监测诊断系统优点

电动机在线监测诊断系统有以下诸多优势：

（1）对电动机进行状态监测，提前发现和全面分析旋转设备存在的问题，实施行之有效的预测维修，避免非计划停机造成的生产损失和高昂维修成本，保证电动机安全可靠绿色运行。

（2）只需在MCC控制室集中采集电动机的三相电压和电流数据，无须在电动机现场安装传感器、仪器和布线。

（3）可以24小时/7天连续监测电动机的状态，可通过联网进行监测分析，及时发现状态变化，通知报警和浏览。

（4）诊断覆盖电源，电动机，被驱动设备和工艺过程。包括：转子电气健康状态，转子机械平衡状态，气隙静态和动态偏心状态，绕组阻抗，匝间短路评价，绕组松动评价；电气平衡状态，功率输出，功率因数，电动机效率，电源谐波分析；被驱动机械和动态负荷分析，轴承故障分析。如图1所示。

图1

（5）适用于交流异步、变频、同步和发电机，和直流电动机。

（6）也支持本地或云数据库，支持远程专家诊断。

4 案例应用

某海上平台压缩机，安装电动机在线监测诊断系统后，通过全面检测电气和机械故障，跟踪和预测其发展，及时获得设备状态信息，为生产运行和设备可靠性维护提供决策依据，实行预测维修，避免设备事故和非计划停机造成的恶劣影响和经济损失，保证电动机安全、可靠并绿色运行，提高设备可用性和使用寿命。

系统投入使用后，系统自动生成诊断报告，如图1。