李志宣
摘要：该文归纳总结了国内外故障诊断技术的发展，重点介绍了故障检测诊断技术在矿井提升机、大中型采煤机、通风机和矿用高压异步电动机等主要煤矿机电设备中的应用。
关键词：煤矿故障检测诊断技术机电设备
0引言
诊断技术是以计算机技术、传感器技术、信号处理技术等多学科为基础的综合技术，其在工业发达国家起步最早，发展最为迅速。随着煤炭科学技术的发展，故障诊断技术在煤矿也得到了较为广泛的应用。
1矿井提升机检测与故障诊断
提升机是矿井生产、运输的主要设备之一，它担负着提升原煤、矸石、下放材料、升降人员和运送设备的任务。提升机运行的安全可靠性状况不仅直接影响煤矿的生产，还影响到煤矿生产人员的生命、财产安全。提升机的故障可分为“硬故障”和“软故障”两类，硬故障是指由一些特定的参数超限表现的故障，该类故障应由保护装置来解决；而“软故障”需要许多工况参数的测量，并经过一定的数据处理才能诊断出来。由于软故障牵涉变量多，导致故障诊断的准确率较低。但“软故障”往往是“硬故障”的前兆，因此对“软故障”的及时诊断和预报极为重要。为了确保提升机的安全运行，许多科技人员开展了大量的研究工作，取得了一些成果，开发出了不少提升机的检测诊断装置，如中国矿业大学研制的KJ46型矿井提升机状态监护系统、ASCC型全数字提升机控制系统等都包含了对提升机运行参数的检测和故障诊断功能，具有制动失灵保护、过卷保护、超速保护功能，取得了比较好的效果。矿井双筒提升机松绳现象经常发生，而松绳现象常常带来很大的危害。这里介绍一种简单实用的松绳检测装置。该装置主要由单片机和霍尔传感器组成，其原理是：在提升机每个天轮一侧安装一周小磁钢，并在适当位置安装霍尔传感器检测两天轮的转速，在正常运行(即无松绳)时，两天轮的转速相同，则两个传感器输出的计数脉冲个数基本相同，该装置内单片机计算出的两天轮的行程差几乎为零；当钢丝绳出现松绳现象时，两天轮的行程不同，该装置可计算出两天轮之间的行程差，当行程差达到预报警值时发出松绳报警信号；当行程差达到保护值时，该检测装置发出控制信号，使提升机及时刹车，起到保护作用。
2采煤机工况检测和故障诊断
我国从20世纪80年代后期开始研究交流电牵引采煤机，与国外先进采煤机相比，国产采煤机的整机水平还有相当大的差距，主要表现在检测范围很不全面、检测参数较少，基本上无故障诊断功能。为了从根本上改变国产采煤机检测水平低、无系统化的故障检测诊断功能的落后状况，原煤炭部将“电牵引采煤机工况检测及故障诊断系统”的研制列入了“九五”重点科技攻关计划。该故障检测诊断系统主要有：①左、右摇臂检测单元。②机身外围检测单元o③高压控制箱检测单元。④变频器通信单元。所用变频器可检测27个工况检测参数，并有独立的液晶显示屏，能显示采煤机的牵引速度、牵引电机电流、变频器输入电压等参数，并具有温度保护、过压、欠压、过流、过载等多种保护功能。变频器通信单元的主要功能是将变频器上述检测信号传送到工况检测及故障诊断中心，由检测中心进行相应的处理，并进行中文或图形方式集中显示。⑤工况检测及故障诊断单元。该单元嵌入微型计算机中，采用Windows操作系统。该单元与采煤机控制中心采用接点通信方式，一旦故障诊断单元检测、诊断出有故障或事故发生时，屏幕立刻显示出故障类型，并向控制中心发出相应信号，由控制中心进行相应的控制操作，如进行声光报警或进行故障保护。
3通风机的检测诊断技术
目前用于主风机故障检测诊断的产品还不多，比较典型装置是江西煤炭工业研究所研制的KFCA型通风机集中检测仪、煤炭科学总院重庆分院研制的FJZ型矿井主风机在线监测与故障诊断仪。FJZ型矿井主风机在线监测与故障诊断仪是一个以8098单片机为核心的通风机在线检测与故障诊断系统，它将主风机在线监测与机械故障诊断一体化。8098单片机系统是目前面向控制应用领域性能价格比最高的单片微型计算机系统，其主要特点是：16位中央处理器、丰富高效的指令系统、四通道10位A／D转换器、高速输入／输出接口、8个中断源、两个16位定时器、16位监视定时器和具有多用途的接口。系统的主要功能：①实时检测，主要检测量：风机振动烈度、轴心轨迹、轴温、风量、负压、通风机电流，并可巡回显示②报警、打印。各种参数报警值可任意设定，超限时即可进行报警并随机打印。③进行加速度时域和频谱分析。④智能诊断。利用主机内专家系统，对通风机常见的“转子偏心”等机械故障进行诊断。故障诊断采用灰度理论，对风机故障类型进行快速定位。首先利用高精度加速度传感器测出通风机敏感部位的振动加速度，并计算其烈度值和功率谱，根据功率谱的分布与存入专家系统中的设备标准故障模式进行灰色关联度分析，依据关联度的大小，诊断通风机的机械故障类型。
4矿用高压异步电动机的检测及诊断技术
在煤矿生产中的水泵、局扇、提升机、压风机等均采用6kv高压异步电动机拖动，在其运行过程中，由于绝缘老化、机械损伤等原因，使电动机长期带“病”工作，致使电动机频繁烧坏，这不但会给煤矿带来很大的经济损失，而且也影响正常的煤炭生产。常见的故障特征提取方法包括信号处理、模式识别和参数辩识。现代信号处理技术的发展为故障诊断提供了强有力的工具，人工智能技术的应用大大提高了诊断的精度和范围。模糊逻辑、人工神经网络、专家系统等人工智能技术都被应用于异步电动机的故障诊断，取得了较好的效果。异步电动机故障常见的检测与诊断方法有：①局部放电检测。高压电动机定子侧的许多电气故障都呈现出放电现象加剧的趋势，这种放电现象与电机的绝缘剩余寿命有关，所以放电强度的准确测定不仅可以提供早期的报警信号，还可以提供绝缘剩余寿命的信息。利用检测定子电流的电流互感器(CT)和高频检测仪，或通过射频天线和带通滤波器检测局放脉冲，可辨别各种局放源以诊断定子的不同故障。这种方法对有些低压电机效果较差。②电流高次谐波检测。定子绕组故障可引起定子电流的高次谐波增加，尤其是定子绕组匝间短路故障。据研究，匝间短路时定子电流的5，7，11次谐波显著增加，其中5次谐波增加较多。根据电动机故障所表现的不同特征，又分为对称故障和不对称故障两大类。a对称故障如过载、堵转和三相短路等，这类故障最明显的特征是电动机电流明显增大，因此可通过电动机过流程度来诊断这类故障。b不对称故障如断相、相间短路、匝间短路、单相接地和两相接地等。有关研究表明，当定子绕组的一个线圈对中性点短路时，三相电流的幅值为1.07，0.89，0.91(标么值)。
因此，利用定子电流的不平衡现象检测异步电动机的定子绕组故障较为方便有效。这类故障最明显的特征是电动机电流中出现负序电流和零序电流，因此以零序电流和负序电流分量作为鉴别不对称故障的判据有较高的可靠性。不对称故障根据故障点的不同又可分为接地性和非接地性两大类，故障的类型不同其信号的检测方法也不同。