风机加装在线监测装置技术方案Word文档格式.docx
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MCM首先通过采集和处理电动机数据学习基于电动机的系统一段时间，确定三相系统在各种变化条件（如负荷）下的动态行为（模型），处理数据的结果被存储在数据库中，建立一个参考模型，这个参考模型基本上由模型参数、它们的均值及其标准方差组成。
当进行正常监测时，MCM处理采集的电动机数据，将测量的系统动态行为结果数据与存储在内部数据库中的数据比较，如果从采集的数据得到的结果与参考模型差别较大，MCM指示一个故障等级，等级是由差别的幅值和持续时间确定的。
图2.MCM报警等级划分
MCM方法评价的是原因-结果（输入-输出）关系，它不受环境噪声或输入噪声影响，预期的和实际的行为差别过滤出和增强的仅仅是系统产生的异常，因此它允许早期和准确地报警。
另外，对模型参数的进一步处理可用于系统故障诊断。
这是一个只测量三相电压和电流，不需要知识库或档案，不需要专家人员，不需要耗时的数据采集和分析，而能提供全面的（机械和电气以及被驱动系统过程）故障覆盖的专家系统。
有关MCM诊断能力的进一步论述参见第4节。
3．MCM基于模型的方法的优势
●易安装：
工业标准的电流和电压互感器可用作传感器，这些传感器是便宜的，易于安装，并且电气维护人员非常熟悉它们。
MCM可用于任何由电动机驱动的系统，由于传感器和监测单元通常安装在控制柜，MCM不需要接近被监测的系统。
●易于使用：
专家系统的方法使得MCM可以自动建立一个数据库，并监测模型参数的变化。
故障的严重程度由仪器本身以一个简单和直觉的比例刻度给出，它不需要受过培训和专业工程师的专家知识。
●重复性：
MCM数据是高度可重复的，外界或背景影响不会干扰MCM对系统的监测能力。
●全面的故障覆盖：
使用一台仪器就可以监测电气和机械故障。
●提前报警：
由于采用专家系统的方法，门限值不受系统运行状态的影响。
因此MCM提供早期和准确的报警。
●集成到工厂自动化系统：
MCM单元很容易通过标准网络电缆连接到外部采集系统进行连续监测，结合其简单的故障指示方法，使得MCM成为一个理想的工厂自动化系统单元。
4．系统设计
a）被测电动机设备
被监测电动机四台机组的引、送、一次风机电机等关键辅机装置24台关键设备。
每台机组共6台辅机分别是：
两台引风机电机两台送风机电机和两台一次风机电机。
b）系统组成
如上显示的基于模型的设备状态监测系统由2个监测节点组成，每个监测节点由6个高压MCM监测器，1台监测工作站和1套MCMSCADA监测软件（最多可支持10个MCM模块）组成，两个节点通过我厂局域网连接成远程监测诊断系统。
配电室内电机开关各对应一个监测模块，它们通过RS485现场总线分别连接到集控室的监测计算机工作台，RS485总线通过RS485-RS232转换适配器连接计算机的RS232端口。
监测计算机直接连接到我厂局域网，监测计算机和网络上的其他计算机安装MCMSCADA软件，用于本地或远程诊断设备状态和故障监测分析。
设定两台监测计算机工作站中的一台为服务器，存储历史数据，提供其他计算机的数据访问服务，以及发送Email报警信息。
系统配置清单如下：
序号
型号
产品名称
数量
1
MCM01H-E-L
MCM电动机状态监测器，高压
12
2
MCMSCADA-10
远程监测和控制软件（支持10个MCM）
3
ART-MCM0001
RS232-485转换接口
4
Precision390
DELL计算机工作站
c）MCM的输入接线
高压电动机连接图
注意：
高压PT需要3只，我厂可用6KV段PT的备用端子即可。
对CT和PT的技术要求如下表：
电流互感器CT
电压互感器PT
二次电流：
5A，0.5级
中/高压：
IEC1851987，ANSICS71978
二次电压：
100V，0.5级
IEC1861987
d）
MCM的工作模式
MCM监测器是96x96x163mm方形机箱，适用于安装在控制柜面板上，仪器的LCD屏幕显示选择的物理量，状态报警信息既可显示于LCD也显示于仪器前面板LED。
MCM有六种不同的工作模式:
●IDLE（闲置）:
这是MCM的编程模式，在该模式下MCM是完全被动的并可以为一台特殊的电动机进行编程，例如象额定电流、额定电压等电机名牌值可以利用MCM前面板的键盘输入到MCM中。
●CHECK（检查）:
在该模式MCM采集一次数据并处理该数据来计算物理参数（电流和电压的有效值rms、功率因数、有功功率等）、建模错误、电压和电流相序，然后把这些值和在编程模式下获得电机名牌值相比较，如果电机名牌值和这些测量值存在矛盾或相序不正确就会给出一个报警。
在让MCM处于学习模式之前利用检查模式去探察是否MCM自身或其接线存在问题。
●LEARN（学习）:
该模式根据一个预设的循环数字（默认值是4000）连续工作，在此期间MCM创建一个数学模型并对信号进行归类。
●IMPROVE（改进）:
当学习阶段结束后该模式立即启动并且再次根据一个预设的循环数字（默认值是8000）持续工作，在此期间MCM在每个循环都更新该数学模型。
●RUN（运行）:
在该命令下,MCM先启动学习模式,之后继续到改进模式并最终自动开始监控，这是MCM的自动工作模式。
●MONITOR（监控）:
学习阶段结束后,MCM进入监控或测试阶段，在该阶段MCM根据每个新的数据组形成相应的新模型并且把新模型的参数和在学习阶段获取的模型参数相比较。
因为在学习阶段获得的模型是一个统计的模型,所以这个比较也是统计性的。
MCM也对电动机实际的电流和来自模型的电流进行比较，依靠这些比较MCM为用户产生报警信号。
●RESUME（恢复）:
在任何工作模式下MCM都能被置到到Idle（闲置）模式，如果在Idle模式给出Resume命令，MCM将回到它原来离开的任何模式点。
●UPDATE（更新）:
MCM可能学不到电动机的所有运行工况.如果此时MCM正处于监控模式而我们希望它能够学到一定的运行工况，只要简单的给出Update-更新命令即可实现,MCM将在一个预设的循环数（默认值是1500）中来更新该数学模型，当更新完成后将会自动进入监控模式。
e）MCMSCADA软件主要功能
MCMSCADA软件用于观察和显示来自MCM的实时数据，对MCM进行设置，存储和调用数据库数据。
数据库的数据可在TCP/IP网络上进行共享，因此，通过局域或广域网可以进行远程监测和诊断。
软件功能包括：
●趋势分析和诊断
●提供故障状态，诊断以及在选择时间内的有关运行参数的报告综述。
●得到机械参数的频率间隔并确定对应的故障，例如轴承、不平衡、松动、等等并呈现给用户。
●为能源消耗获得的平均值（电压，电流，有功功率，无功功率和功率因数）
●电源供电质量（THD，谐波，电压不平衡和电流不平衡）
●可以在报警产生时通过e-mail按一定的时间间隔自动发送报告。
工厂中基于电动机的设备和过程的利用、状态和参数可以从远程几个不同的计算机进行监测。
5．MCM的监测诊断能力
a）全面系统地故障覆盖
MCM利用基于模型的故障检测和诊断技术。
利用这项技术，对三相系统在变化的状态下（例如负荷）的预测动态行为（模型）进行确定，并与测量的动态行为相比较来监测异常变化。
MCM首先通过采集和处理系统的实时数据一段时间，用系统识别算法处理数据计算预测动态行为和模型参数，系统参数的变化指示常发生，对这些参数的进一步处理用于诊断。
与传统的振动和电流特征分析相比，这个方法利用原因－效果（输入－输出）关系，因此消除环境噪音或输入噪声的影响，同时预测的和实际行为之间的差别滤出和增强仅仅由系统产生的异常信息，允许早期和准确地报警。
专家系统的方法不需要数据库或纪录保存，专家人员，耗时的数据采集和分析，尽管只测量电压和电流，它提供全面的（机械和电气的，以及被驱动系统的）故障覆盖。
MCM将电动机作为设备的传感器，因此影响电动机或三相系统的也会被MCM感知到。
MCM首先通过采集和处理电动机数据学习基于电动的系统一段时间，数据处理结果被存在MCM的内部数据库，并建立一个参考模型。
这个参考模型一般由模型参数、它们的均值及其标准方差组成，当进行监测时，MCM处理采集的电动机数据并将结果与存贮在其内部数据库进行比较，如果从采集数据获得的结果与参考模型有较大差距，MCM指示一个故障等级，故障的等级由这一差别的幅度和待续时间确定。
b）明确的诊断信息
MCM监测和比较22个不同的参数（模型参数），这些参数被分为三组，电气参数、机械参数和适和参数，下面章节进行详细解释。
i.电气诊断
第一组中有8个参数，叫做电气参数；
它们是等效网络参数，与电动机的物理参数有关，如电感、电阻，等；
它们对电动机的电气故障敏感。
MCM评价和分析任何时刻的模型参数与在学习阶段获得的相同参数的均值之间的差别，这些差别被归一化相对于学习阶段获得的标准方差的值，因此，评价数值指示其偏离学习阶段获得的均值的标准方差数，如果超过门限值，就产生报警。
数值的变化联系到系统中发生的故障，例如绕线的绝缘问题将影响与电阻有关的参数，它们的变化允许MCM早期检测到绝缘问题。
尽管它们最先主要用于检测电气问题，它们也可以指示机械问题，例如，一个不平衡或齿轮问题可能引起气隙动态偏心，这个偏心将导致电感参数因而模型参数的变化，通过监测这些模型参数的变化，可以早期检测到不平衡。
这个不平衡最终影响轴承并将最终损坏轴承，因此早期检测到它可防止进一步损坏。
电气参数被进一步分为两组，电气参数1-4（E1）指示与电动机转子、定子、绕组等有关的问题，而参数5-8（E2）指示电源供电问题如电压不平衡、电缆的绝缘问题、电容、电动机连接器、端子松动、有缺陷的接触器等等。
ii.机械诊断
第二组参数对机械故障敏感，如负荷不平衡、不对中、连轴器和轴承问题，它们被称为机械参数1-12，这些参数从电气信号的频谱中获得，从供给电动机的线电流和电压中提取信息。
定转子之间的气隙变化通过气隙磁通影响反电动势反映到电动机电流的变化，因此电流中携带与机械和电气故障有关的信息，故障表现为电流频谱中特定频率成分的变化。
然而，MCM利用从模型的预期电流与实际测量电流的差获得的功率谱密度（PSD）进行分析，这差值只含有电动机的异常状态。
因此，它们不受电源电压中存在的噪声或谐波影响。
机械参数指示其发生的频率上的预测和实测电流之差的能量强度，以标准方差表示，如果超出阀值８，指示异常状态。
机械参数（M1-M12）对应12个从频谱中获得的峰值，这些参数也被用作诊断目的，与振动和电流分析技术类似，其发生的频率指示故障类型，例如不平衡、基础松动、油膜震荡、风机叶片、轴承内圈或外圈等等，这些参数及其频率提供给用户用于趋势和诊断目的。
下面汇总了一些常见的设备故障及其PSD谱频率成分。
以相对于转速和工频划分。
1.相对于转速（RPM）的故障
●不平衡／接手／不对中／轴弯曲／转子松动／转子偏心
不平衡，不对中和轴弯曲表现在1xRPM，2xRPM和3xRPM。
取决于电动机的极对数，这些频率中的一个可能与工频一致，在这种情况下，另外两个频率将更明显。
●基础松动
基础松动频率表现在1/2RPM和0.75RPM之间。
●油膜振荡
油膜振荡频率在0.38RPM至0.75RPM之间。
●皮带／传递部件
皮带和传递部件的问题频率表现为皮带和传递部件频率及其谱频。
皮带频率计算如下：
皮带频率＝3.14（D/L）xRPM 其中Ｄ是电动机皮带轮的直径，Ｌ是皮带长度。
MCM诊断使用的频率范围是0.5RPM至0.75RPM。
●电动机轴承
有计算轴承故障频率的公式，需知道轴承的几何尺寸。
然而对大部分常见的滚动轴承，可用轴承故障频率的近似估算：
外圈故障＝滚珠数xRPMx0.4
内圈故障＝滚珠数xRPMx0.6
保持架基本频率＝RPMx0.4
MCM指示轴承座问题频率在3.25RPM至6.5RPM之间，其他问题出现在较高的频率，6.5至20RPM之间。
●泵
不平衡：
叶轮不平衡表现在1RPM，不平衡也可能由叶片裂断引起。
对于离心式泵，流道频率是流道数乘以泵的转速，也可被监测。
风机不平衡表现在1RPM，2RPM和3RPM，不平衡可能由灰尘堆积，叶片断裂等。
风机叶片损坏表现在叶片数乘以风机转速。
●齿轮箱
齿轮故障频率表现在齿轮乘以RPM。
2.相对于工频（LF）的故障
●接触器／松动电缆
这些故障表现为0Hz至0.5Hz频率。
●气隙偏心
如果气隙不均，它产生转子上的不平衡力，并引起2LF频率。
●线圈松动
如果定子线圈有轻微松动，2LF频率峰值将增加。
这个松动引起导线绝缘剐伤，导致线圈间短路；
它也能引起线圈和地之间的短路，导致转子破坏。
●转子笼条问题
这些问题表现为工频两侧的边带频率，电动机问题的一个重要方面是转子故障。
这尤其对经常带负载频繁启动的电动机，在启动过程中转子笼条中的电流非常大，因为转子的转速比同步转速低很多。
电流大引起笼条发热，引起相对于转子本身的热膨胀，因此，笼条间的电阻不同导致不均匀发热和不均匀膨胀，这导致笼条和端环间连接的破裂。
当破裂出现时，笼条中的电阻增加，其又进一步增加发热，加大破裂。
其他笼条中的感应电流也变得更大。
●定子问题／绕组短路
一般这些问题表现为工频，特别是二倍工频以及其谱频。
iii.适和性
第三组参数对系统行为的变化敏感，它们被叫做适和参数（或残留参数），有两个适和参数，它们是实际电流（d相和q相）与模型计算电流之间的偏差。
如果这些参数超过阈值，系统被认为以与其学习阶段不同的方式运行，从而指示系统中故障在发展。
iv.电压及负荷监测
除了上述参数外，MCM还监测供电电压及负荷状态，如果电源电压不正常改变，有不平衡或非常高的谐波成分，它将发出一个WatchLine报警；
类似，如果负荷状态与学习阶段获得的状态不匹配，它将发出一个WatchLoad报警。
Watchload报警意味着或者负荷状态有变化，或者系统中有故障发生，如果使用者确定生产过程中有变化，他可以通过给MCM一个UPDATE命令将这个新的负荷状态增加到学习阶段获得的状态中。
1.电源电压的变化
通常是临时性的并且一般的用户无须任何维护活动，然而当状态等级出现时推荐用户至少要对电源状态的变化范围进行评估，因为电压和电流明显的变化可能给电动机带来危险.。
如果这种变化是持久的，用户应当评估这种变化的根本原因，例如，可能是由电流接触器产生的问题或或者变频驱动电机中变频器的设置已经改变了。
如果根本原因不能轻易的、快速的补救并且新的电压供给状况没有对电动机造成危险，用户可以将MCM转到更新模式，这将允许MCM学习新的电压供给状况，在次之后电压的状态将最终返回到正常。
2.负荷变化
这些变化也是暂时的，但是与对待电源的变化相比应当更谨慎的对待它们，因为有些基于电机系统的故障的发展能够引起负载状况的改变。
例如来自泵密封处的泄漏能够引起压力的下降，MCM将把此解释为负载状况的变化。
同样管道的堵塞或者运动部件摩擦的增加将被视为表面负荷的变化，因此评估负载改变的根本原因是重要的。
在某些场合（例如开关一个阀门或更改某个管道），这种负载状况的变化是我们有意形成的，这些用户都很清楚，在这种情况下，用户应当将MCM转到更新模式以便可以学习新的负载状况。
当没有发现明显的原因时，很可能某个故障正在发展并因此应对该状况进行监控。
当载荷报警状态出现时监控某些物理参数如电流有效值、有功功率和功率因数是很有帮助的，这些值的趋势能够指示负载改变的根本原因。
v.电能参数
使用测得的三相电压和电流信号，还计算一组物理参数如三相电压和电流的rms-值，功率因数等，这组参数也包括总谐波畸变，输入信号的谐波成分，和电压不平衡，它们给出供电电源质量的数据，有功功率和无功功率可用于能量消耗估算。
因此，在一个仪器中给出了生产和维修人员感兴趣的多个物理参数。
二、实施方案
6KV段停电后，在#1、#2机组6KV配电室各加装一面模块盘，从引、送、一次风机开关柜CT取电流信号至对应模块，从6KV段PT柜取三相电压信号至各模块电压端子，从模块通过服务器连接到集控监视屏和公司局域网进行监测。
如下图。
三、技术服务
●提供技术方案，电气接线图等技术资料
●负责现场调试，系统组态和初始化，达到系统正常运行。
●培训系统使用、操作和维护；
培训系统原理，高级分析诊断应用。
●提供中文使用手册和技术资料。
●质保期为系统正常使用后一年。
三、费用估算
每台电机配一个MCM电机模块4.65万、全厂一套软件7.5万，全厂一台服务器3万，如我厂#1~#2机组引、送、一次风机12台电机全部加装；
MCM模块4.65×
12=55.8万元
服务器3万元
软件7.5万元
人工费3万元,共69.3万元.
升级会员 