目前,国内电机行业的检测装备和检测技术有较快发展,各种检测传感器、检测仪器比较齐备,而且性能也较稳定,给电机检测系统的研制提供了有利条件。但就高压电机检测系统实际应用而言也还存在着以下不足:
高压电机检测系统的自动化程度较低;系统的可靠性、安全性需要提高,避免系统整体因局部故障而陷于瘫痪;特性曲线的数学模型的仿真程度不够。出厂判定合格区设置不够正确、调整方法不够合理等等。
高压试验系统投资总额较高,而作为投资方的电机质检机构,希望在原有低压检测系统的基础上进行设备改造,研制能进行高压电机试验的检测系统。
同时,制造企业由于各种因素的制约,缺少完备的型式试验设备和相关的专业技术人员,对存在的性能缺陷往往不能准确进行诊断,分析缺陷原因,提出明确改进建议,出厂判定合格区设置也不够正确、缺少动态调整方法等等。
针对上述问题,本次研制考虑:
(1)利用原有的低压变频试验机组作为回馈设备,通过升压变压器满足10kV额定电压试验,以解决投资总额问题。
(2)采用工控机作上位机解决数据处理、智能诊断;PLC作下位机,结合变频器及继电、接触器系统实现高压电机试验自动控制。
(3)系统软件包引入专家系统,不断完善知识库、推理机制、学习机制,提高诊断可信度,进一步达到根据诊断分析设置和调整出厂判定规则。
专家系统包括以下各部分。第一是知识库,按照电机的基本规律以及实际经验建立合格区判别标准库,建立综合判别与分析诊断原因的专家库;
第二是推理机,建立分析的基本程序,建立从故障现象到分析推断的推理机制,主要采用正向推理,推理可信度由试验结论来验证,在验证过程中修正推理和学习;
第三是数据库,设置不同规格、不同类型电机的型式试验数据库,设置每一台出厂电机的出厂试验数据库,设置工艺波动水平线,设置故障类型库等;第四是知识获取与补充程序,建立根据专家库的建议结合运行经验不断丰富识别的程序性自我完善过程。
专家系统诊断步骤如下:
第一步,取试验数据G、cosU、vQ、Tk、Ik、Tmax分别与标准值进行比较,判别样机是否合格,不合格则进入诊断。
第二步,按照不合格项目类别,分G、cosU、vQ、Tk、Ik、Tmax等六个子系统进行程序化软件分析。以效率不合格为例,进入G不合格原因诊断子系统。按照电机理论,五大损耗影响G值大小,记为pcul、pcu2、pfe、pj、ps等。具体是哪一种或哪几种损耗对G值不合格的影响较大,是一个模糊判断问题,通常需要依靠专家经验及模糊判断策略。
举例:对于pcul对G不合格产生影响的判断可信度,可以从以下几个方面推测:
(1)pcul试验值与统计平均值比较,按偏离程度确定K1的取值;(2)按定子铜耗在总损耗中的占比,确认调整参数K2的取值;(3)对于各型不同电机,确认调整参数K3;(4)按各损耗工艺波动一般统计规律,调整参数K4;(5)其他经验调整参数K5。
综合以上各参数,判断pcul作为G不合格原因的可信度。
第三步,按照pcul、pcu2、pfe、pj、ps偏大的原因分类确定G值不合格的制造缺陷。分层次分析并提出故障报告。
第四步,提出效率提高的建议。当伴随条件以人机对话框方式提出,并获准满足时,该建议可以提交报告输出。如:缩小风扇(条件:温升较低);缩短端部长度(条件:绝缘结构、工艺允许);减少匝数(条件:cosU、Ik有裕量);加长铁心(条件:成本、空间);铁心、斜槽度、整齐度(条件:工艺水平)等。
第五步,设置出厂试验项目,确定出厂试验合格判定规则及合格区,进行合格与否的判别。按照诊断分析建议,提交规则调整。
本系统利用低压机组成功实现了10kV、6kV等高电压等级电机的负载试验,结合等效负载等方法实现了500kW以下功率的型式试验,系统经过标定,精度满足国家标准要求,现场试验数十台样机,运行较可靠,使用也很方便,用较少的投资解决了该质量检验机构的高压电机试验问题。
同时,初步建立了电机测试专家库,经过有针对性的完善可以应用于小型制造企业,小型企业本来难于请到的各个相关门类方向的专家,可以以专家的软件形式走进这些小企业,帮助他们解决产品质量分析等问题。
