電氣信號分析（ESA）技術在核電廠電動機故障診斷中的應用
技術應用
作者：王仲恒
摘要：ESA技術通過采集電動機的電壓和電流參數，對采集的數據進行分析來判斷電動機的運行狀況，並進行故障診斷，以此來確定檢修方案，從而減少了不必要的檢修，提高檢修效率，節約成本。
關鍵詞：電動機；ESA技術；電氣信號分析技術；故障診斷；頻譜分析 文獻標識碼：A
中圖分類號：TP278 文章編號：1009-2374（2015）23-0051-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.027
1 概述
根據國內核電站運行狀況，主要通過對運行設備進行周期性的檢修再根據實際情況進行適當的糾正性維修，使得設備的運行條件得以保持和改善。檢修主要分兩種情況：一種是每個換料周期對需要檢修的設備進行檢查維護工作；另一種是3～6個換料周期對需要檢修設備進行解體大修。這樣周期性的檢修一定程度上避免了缺陷設備的帶病運行，但是對於有些初始運行狀態良好的設備，經過帶有一定盲目性的檢修後，反而破壞了原有的良好狀態，造成大量人力、物力的浪費。根據有關資料記載，對設備進行有效的監測和診斷，可使設備維修費減少25%～50%，設備事故率減少75%，經濟效益十分顯著。
2 電氣信號分析（ESA）技術原理
2.1 ESA技術原理介紹
ESA的概念是，在電機正常工作情況下，應用數據采集器，采集電機的電流和電壓信號，分析軟件對采集的信號進行信號調理並分析調理的信號，從而識別各種故障。電機三相電壓和電流信號的采集可以直接從一次回路或通過CT在電機控製的二次回路獲得，可在控製中心測試，直接用電流鉗或電壓鉗采集，通過采集的電流和電壓信號對電動機的整體運行情況進行分析。
對於理想的電機，理論上電機的電流信號是一個純50Hz的正弦波，在分析頻譜上隻有一個峰值存在，當電機發生故障時，如轉子條斷裂或有高阻連接等，諧波磁通在定子線圈上產生感應電流，這些感應電流疊加到50Hz的正弦波上，從頻譜圖上看會導致在50Hz峰值附近的極通過邊帶波峰的幅值增加。通過解調技術，邊帶可從電源峰值中分離出來，而且清晰可見，不受其他頻率的幹擾。幅值波峰越高問題越嚴重。采集的電流和電壓信號，利用快速傅立葉變換，采用計算機分析軟件，可得到各種信號頻率的分布。以下是電氣信號分析技術的基本規則：（1）峰值出現在電流譜而非電壓譜，表示電機機械故障；（2）峰值同時出現在電流譜和電壓譜，表示電機電氣故障；（3）供電頻率（線頻）的準差率、邊頻，表示轉子狀態；（4）對於軸承故障，峰值僅出現在電流譜，且存在線頻的非整數倍與轉頻非整數倍的頻率。下表1為不同故障對應的特征頻率關係。
2.2 ESA技術優勢
傳統電動機監測手段主要是通過單獨測量電機的溫度、振動、電流、電壓值，聽電機的運行聲音，現在還出現用超聲波檢測儀器來測量電機的在線運行狀態並進行判斷，這些測量手段主要是針對電動機某個點進行判斷，方法單一，對技術人員要求比較高，數據分析繁瑣，且每次測量需要攜帶比較多的設備。而ESA監測技術，很大程度上避免了以上的缺點，表2為傳統監測技術和ESA技術對比表。
通過對比可知，ESA技術實現了眾多設備的大多功能，而從現場檢測技術來說，ESA在線檢測的功能已經能滿足設備檢測需求。
3 ESA技術在電動機故障特征識別中的應用
3.1 電機總體運行情況
電機在運行過程當中，往往會有各種幹擾而導致電機運行條件變差，如電源電壓不平衡、三相電流不平衡、電流和電壓諧波分量比例過大等，而電流不平衡和諧波分量情況往往反映了電機本身存在的問題，如匝間短路等問題。而通過檢測這些數據可以判斷電機的整體運行狀態是否健康。