郭斌1，张剑平1，向爱霞1，周凤星2，高立新3
摘要：由于直流大电机运行负荷重、工作环境差、维护困难，且常受突发事件损害，因而需要进行监控。本文介绍以振动、电参量、温度为主的直流大电机在线监测诊断系统，通过对大电机的机械故障进行诊断，说明共振解调技术在诊断电机轴承和减速机齿轮等设备时应用效果良好。
关键词：直流大电机；共振解调；故障诊断
一、直流电机监测诊断系统的主要功能
1．振动监测
本系统监测和诊断的对象为ZR1、ZR2轧机的14台大电机，通过安装在电机轴承座和减速机齿轮箱上的加速度传感器监测轴承和齿轮的工作状态。
轴承、齿轮等关键部件出现故障征兆的明显特征是振动信号中含有冲击信息，这是对设备做精密诊断的重要依据。冲击故障信号和振动信号会发生复杂的调制现象，而由此产生的低频冲击调制信号用普通的频谱分析很难发现故障。对上述调制信号做解调处理，提取出表征故障特征的冲击信号，是准确诊断故障部位的关键。
解调谱诊断是按照解调波形的理论所描述的多阶解调谱的特征来确定故障，从而增加了诊断可靠性。在依据解调法的精密诊断中，没有故障就不出现故障谱线，有故障就出现多阶谱线。
2．电参数监测
对电机的电压、电流、励磁电流、速度进行监测，实时接受前端采集机发送的跳闸数据，并作出响应，自动生成跳闸数据文件（跳闸前3s、后4s数据）。跳闸波形是分析电机事故的重要依据。
二、直流电机振动信号的解调分析
采用共振解调技术的主要目的是检测机械设备出现故障时的微冲击。可以利用加速度传感器监测机械设备的振动来获取轴承、齿轮及其它旋转机械因碰撞而产生的微冲击信息。由于冲击信号自身包含无限次谐波的脉冲，高频分量尤其丰富，利用这一特点，采用高频谐振器剔除难以区分正常与否的低频振动信息，获取由碰撞冲击而产生的高频成分，由谐振器转换成一种高频自由衰减振荡的共振波形，再由解调电路转换为低频信号，就可以从幅值和频率两方面实现高信噪比的故障诊断。
图1验证了共振解调可将微小冲击信号准确提取出来；图2则证明由共振解调的频谱准确表明了故障的特征频率，说明采用共振解调技术从强大的低频信号中提取夹带的微小冲击信号是十分有效的方法，可满足齿轮、轴承的故障诊断。
三、直流调速系统各种电参数监测分析
1．电参数监测流程（图3）
2．诊断实例
2004年7月26日，1#森吉米尔轧机出现直流大电机环火故障，造成轧机系统重大故障跳闸。
图4、5为监测系统提供的电机振动波形图，可见波形剧烈跳动并间断，说明电机的电动力矩产生了剧烈的波动和强大的冲击，这是由转子绕组局部短路所致。
图6为跳闸前3s、后4s的电参数监测波形图，由趋势分析可知：(1)此时为第三道次轧制，系由右向左轧，速度450m/s，并刚开始减速操作（跳闸前3s）；(2)1#主电机在跳闸时电压由750V突降为350V，电流由1200A突升到2050A，说明系由于外部原因（非系统故障）导致大量电能突然释放。分析现场情况，认为是由于外部湿度较大，造成电机内表面空气绝缘击穿，形成环火；(3)结论为非设备故障，属正常状态。
通过在线监测系统，可以快速查阅电机系统故障前后的主要参数变化情况，分析大电机重大故障的原因。
四、结论
1．直流大电机在线监测诊断系统为轧钢机电设备维护管理提供了一个有效工具，是轧钢生产线安全可靠运行的保证。其中，振动监测系统采用共振解调技术提取电机运行过程中的冲击信号特征。
2．现有的监测系统没有接入控制系统，只具有报警功能，系统监测到运行异常状况后，不能及时切断主回路，防止酿成事故，故应提高监测系统的可靠性和智能性。
3．武钢主体厂许多大、中型电机已接近或超过寿命周期，在生产中又至关重要，但无备品。除加强维护外，如何进行行之有效的故障监测是当务之急。
参考文献：
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