在线检测与诊断技术在轧线电动机维修的应用
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摘要：介绍开展2800KW电动机在线检测及故障诊断的缘由、必要性和取得的显著效果，论述应用在线监测与诊断技术是提高电气设备管理与维修现代化水
平的必要条件。
关键词：在线检测；状态监测；诊断技术；设备管理
中图分类号：TG33.311 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2012）0120118-02
1 开展在线检测与故障诊断技术工作的缘由
棒材厂大型车间原设计为带钢车间开坯，年产50万吨，2001年为适应
莱钢全连铸而转产大圆钢和模具扁钢，虽然工艺发生了改变，但设备均是
原开坯设备，特别是主轧机2800KW直流传动电机，已连续运行超过40年。
该电机为60年代的产品，由于设计思想和产品性能受时代限制，各种保护
功能不全，对电机的运行存在潜在的隐患。由于使用时间长，电机内部绝
缘老化，并呈不断裂化趋势；绝缘一旦老化，将造成维修成本剧增和长时
间停机，严重制约生产。目前设备的运行状态参数轴瓦温度、绕组温度、
风压、系统等设备重点监控点仍然停留在传统的点检维护状态，依靠
维护人员的监控对设备维护增加了难度和风险系数。总结过去的设备管理
工作，我们认识到：单凭感观和经验来判断设备故障已无法满足大型设备
现代化生产的需要。
2 开展电气设备在线检测及故障诊断技术应用的必要性
采用在线检测的方法可以根据设备绝缘状况的好坏来选择不同的检修
周期，使检修的有效程度明显提高。在线检测可以积累大量的数据，将被
检修设备的当前数据和以往的监测数据相结合，用各种数值分析方法进行
及时、全面地综合分析判断，就可以发现和捕捉早期缺陷、确保安全运
行，从而减小由于预防性检修间隔长所带来的误差。
在线检测的推广和应用有利于从定期维修制过渡到更合理的状态维修
制。按事先制订的检修周期进行停机检修，虽对设备可靠性起了一定作
用，但由于未考虑设备的具体状况，且制定的周期往往比较保守，以至于
出现过多的不必要的停机及维修，甚至因拆卸、组装过多而出现过早损
坏。我们目前执行的大多是定期维修制，一般要求“到期必修”，没有考
虑设备实际状态如何，以致超量维修，造成了人力物力的大量浪费。状态
维修的基础就在于绝缘监测及诊断技术，既要通过各种检测手段来正确诊
断被检测设各的目前状况，又要根据其本身特点及变化趋势等来确定能否
继续运行或停电检修。
目前，设备状态监测和故障诊断技术作为现代化设备管理的重要组成
部分，是设备管理与维修管理必不可少的手段。尤其是在市场竞争日益激
烈的今天，设备维修成本的控制和降低是企业最可挖掘的潜力之一。因
此，应用在线检测与诊断技术，使预知维修取代传统而落后的事后维修和
定期预防维修是历史的必然。
根据车间2800KW主电机技术特征及检测与故障诊断技术要求，制定此
在线监测系统方案。
3 系统组成
设备故障诊断技术是通过了解和掌握设备在线使用的状态，结合设备
的运行历史，对设备可能要发生的或已经发生的故障进行预报、分析判
断，确定故障性质、类别、程度、原因、部位，指出故障发生和发展的趋
势及后果，提出控制故障继续发展的措施，通过采用调整、维修、治理的
对策消除故障，最终使设备恢复正常状态。
通常，一种电力设备的在线检测仪器和系统，由传感器系统、信号采
集系统、分析诊断系统组成。传感器系统用于感知所需要的电气参量或非
电器参量，信号采集系统是将传感器得到的模拟量转化为数字量进行传
输，应用数字滤波技术对采集到的信号进行滤波处理，抑制和消除外界干
扰和背景噪声，提取真实信号，并进行信号的还原，光电转换和光纤传输
的引入有效地解决了高压隔离的问题；分析诊断系统利用小波分析技术、
神经网络技术、模糊诊断技术、专家分析技术等方法对所采集的信号进行
分析、处理诊断，得到所测电力设备绝缘的当前状况，并根据需要进行绝
缘诊断和寿命评估。
4 系统工作原理
4.1 现场检测及数据采集部分
4.1.1 温度检测
需要检测的电机温度点主要有：电机负荷侧轴瓦温度、电机非负荷侧
轴瓦温度、电机定子绕组温度、冷却风入口温度、冷却风出口温度。
现场温度检测：轴瓦温度和进出风温度，采用插入式PT100热电阻。
定子绕组温度，采用埋入式PT100热电阻。所检测的温度信号由隔离
型热电阻输入模块进行采集，进行相应的信号处理，输入模块与上位机采
用CAN总线数据通讯方式，由CAN总线通讯卡将温度信号采入上位机。
4.1.2 电流检测
需检测电机电枢电流及励磁电流。
现场检测采用6RA70装置实际电流模拟输出口进行检测，由于输入信
号为非标准信号，输入模块及上位机无法识别，我们采用特制的信号转换
模块将信号转换成标准信号，再由隔离型模拟量输入模块进行采集，并通
过CAN总线通讯卡将电流信号采入上位机。
4.1.3 绝缘电阻检测
需检测的绝缘电阻有：定子绝缘电阻和转子绝缘电阻
采用AN6934智能绝缘电阻测试仪，将其工作状态改为自动切换工作模
式，即在主电机工作状态时，AN6934自动停止工作，主电机一停机，
AN6934立即投入工作状态，检测主电机的定子及转子对地绝缘电阻，该功
能可以通过主回路AK开关和S7200软件实现。AN6934与上位机实行串行通
讯，绝缘电阻信号进入上位机。
4.2 系统控制输出
控制命令由上位机发出，通过隔离型数字量输出模块输出开关量信
号，根据温度、电流等参数量输出报警信号。
5 上位机部分
根据所采集的现场各种检测信号，经过软件实现数值的实时显示及各
类报表、数据存储等功能。
5.1 画面
可以实现多种画面，画面可在线滚动，每幅画面均有状态提示和当前
报警行提示，操作人员可通过下述方法操作画面：
1）在菜单上选择画面。
2）在当前画面的功能键位置双击鼠标或功能键切换画面。
3）当前画面组态的任何符号上双击鼠标切换画面。
4）在当前画面的一个区域双击鼠标切换画面。
5）发生某个事先定义的报警事件时自动切换报警事件所在的画面。
5.2 操作安全
系统设计有运行人员用户名和口令。
5.3 历史数据
规定历史数据的性质，包括最大值和最小值、采样时间等。
5.4 报警功能
对工艺过程超限报警，采用声光报警。
5.5 报表功能
报表的生成和打印可由程序自动控制或操作人员直接控制，格式可人
一组态。
5.6 通讯
上位机与输入/输出模块均可采用CAN总线通讯方式，传输快，抗干扰
能力强，可以保证系统数据采集的高可靠性，控制命令的稳定性、准确
性，同时，由于采用了总线通讯方式，也降低了现场施工费用，从而节约
投资成本。
6 技术创新点及主要技术难点
1）电机定子、转子绝缘电阻的检测。众所周知，绝缘介质在运行条
件下长期承受电磁力、机械振动磨损、电化腐蚀、空气污染、温度等因素
的影响，就可能逐渐造成绝缘的局部缺陷或故障，这样加速绝缘介质的老
化，最终导致绝缘破坏，导致电机烧毁，造成重大设备事故。所以对电机
进行对地绝缘电阻在线监测是必需的。目前所能实用的适合该工况在线绝
缘电阻检测设备均为进口设备，其造价昂贵。为了解决该技术难题，与技
术人员及有关专家反复论证，根据直流电机的工作特点，设计了一套对地
绝缘电阻测试仪，既能保证准确、可靠的在线监测绝缘电阻，又大大降低
了投资成本和使用成本。
2）经过对现场设备及环境的考察现场具有较强的电磁及噪声等干
扰，无论从理论分析或者现场的实际经验，RS485的通讯方式显然是不可
靠的，所以采用了目前较为流行的CAN总线通讯方式，该通讯方式传输
快，抗干扰能力强，可以保证系统数据采集的高可靠性，控制命令的稳定
性、准确性，同时，由于采用了总线通讯方式，也降低了现场施工费用，
从而节约投资成本。
通过监测和计算机处理，实现大型电动机自诊断功能，从而克服传统
点检所带来的弊端。系统运行后，可预防关键设备2800KW主电机重大事故
的发生，降低了维修费用和备件消耗，保证了关键设备的安全可靠运行，
提高设备的作业率，具有巨大的经济和社会效益。
7 运行效果显著
我车间电气设备状态监测工作应用在线检测及诊断技术取得了一定成
效，主要采取了在线检测配合动静态点检制的实施，对关键设备进行状态
监测，记录故障参数、波形为调整运行方式提供依据，对设备的故障预兆
进行跟踪监测，有计划、有组织地处理隐患，避免故障停机，保障生产平
稳运行。
系统投入运行后，通过监测和计算机处理，实现了大型电动机自诊断
功能，可预防关键设备2800KW主电机重大事故的发生，克服了传统点检所
带来的弊端；保证了关键设备的安全可靠运行，减少了不必要的设备停
机，降低了维修费用和备件消耗，为生产稳定顺行奠定良好的设备基础，
具有巨大的经济和社会效益。
8 结束语
运用状态监测及故障诊断技术，可以方便、快捷、有效地把握设备运
行状况，提高设备维修水平。虽然我车间在这方面积累了一定经验，但由
于设备故障诊断技术是一门新兴综合性学科，还需要在实践中进一步探讨
与提高，加之设备千差万别，外部运行条件各不相同，同类故障往往有多
种不同的信号反应。相反，有些信号往往介于两种或多种可能的故障之
间，不是一一对应关系。这就要求我们从实际出发，具体问题具体分析，
平时多观察，收集好第一手资料，不断提高自身技术水平，准确判断，灵
活运用，把设备管理维修工作提高到一个新的水平。
参考文献：
[1]恒等编著，《电气设备状态监测与故障诊断技术》.
[2]张建文编著，《电气设备故障诊断技术》.