【工业4.0案例分析之六十】西门子绕组绝缘系统全生命周期分析

西门子通过数字化方式提供新的服务，保证可用性及避免停机时间。西门子高压机床和专用机床通常能够使用数十年，并以其最高的可靠性和耐久性而出众。其中每个引擎都是根据个人要求定制的高品质技术产品。它经常在企业相应的成套设备中起到重大的，甚至是核心的作用。掌握绕组绝缘系统状态的详细知识有助于实现企业经年无故障运营，从而实现最大的可用性，能够做到在线局部测量，并且在机器操作期间不用停止该系统便能进行连网运行的高压机床的测量。通过一个固定的硬件能在很短的间隔内实现重复测量，无需大额费用开支及额外的停机时间。通过对绕组温度的连续数据记录能够显现出制约生产的影响，这样就能及早发现漏洞。大量的测量实现了详细的状态诊断。有了清楚的状态评估就能清晰地规定可计划的措施。

西门子对此的解决方案是绕组绝缘系统状态分析，这个方案通过以下措施提供全生命周期分析：

- 借助对正在使用的引擎作在线局部放电测量实现绕组绝缘系统的分析测量。

- 通过持续记录绕组温度弄清热磨损的大致情况。

- 由西门子专家来评估被记录的数据，并制成详细的状况报告。这一报告中也包含了关于保护绕组绝缘寿命的措施以及基于之前测量结果的趋势评估。

西门子全生命周期分析案例：苏伊士集团

高度现代化的苏伊士集团石煤发电厂平均每年要为170万人提供电力支持，该发电厂是全球同类发电厂中二氧化碳排放量最低的。苏伊士集团石煤发电厂的主冷凝设备的核心是两台平均功率大1600千瓦的发动机，为此发电厂斥巨资为了这两台发动机进行绕阻老化的操控检验。

迄今为止，西门子公司每年都要进行局部放电（TE）检测，即对发电厂内的发动机进行检测，以提高设备安全性能，规避意外停机。传统的局部放电检测是对绝缘系统以及绝缘系统薄弱环节所产生的磨损进行评估，评估过程中需要中断发动机的运转。为尽可能减少开支与成本，苏伊士集团石煤发电厂对西门子公司提出要求，在机器正常运转的过程中进行局部放电检测。

解决方案：从线下测量到生命周期分析

通过在线局部放电检测技术，可在绕阻检测的过程中避免停机状态时间。检测可在机器运转过程中进行，这样可使检测结果更加准确。此外还能为研究热磨损情况提供持续不断的绕阻温度数据。

受发电厂委托，西门子公司为苏伊士集团石煤发电厂四大中等应力的发动机（1号、2号主冷却水泵，1号洗涤循环泵及2号主冷凝泵）各自安装并运行了生命周期分析系统。在纽伦堡车间里为1号及2号主冷却水泵安装了生命周期分析系统，对其功能进行检测并评估。在西门子生产周期分析系统运行后，客户的发动机将在运转过程中进行第一次在线局部放电检测，客户将收到第一份检测报告。

结果与应用：极快速评估

线局部放电检测技术用于在绕阻不同部分对电压及运行温度进行检测。采用西门子的生命周期分析系统后，能了解到机器运转过程中的真实状态，绝缘系统的完全膨胀以及绕阻温度。这样一来，苏伊士集团石煤发电厂只需较低的检测成本实现了对生产过程最小的影响，从而节约了大量成本。

局部放电信号呈规则的周期，西门子公司的局部放电方面专家将根据这些信号进行评估。苏伊士集团石煤发电厂将收到一份状态报告，这份报告包含了建议措施的推导过程。发电厂方面可根据建议措施规避绕阻损耗并减少相应的维修成本。

西门子全生命周期分析简介

电子机器的可靠性对于设备的正常使用来说至关重要，为此更应对其额外关注。在缺乏足够信息或长期投入使用的情况下，机器突然关闭会导致设备停机，这样就会造成生产中断，提高维修费用。为此，对高压发动机绕阻绝缘系统的薄弱部位进行及早发现及定位就显得尤为重要。

可通过不同种类的放电方式发现绕阻绝缘部分的问题。热、电、环境及机械影响都可能导致绕阻出现问题。有些问题可能会导致绝缘失效，若是不及时发现，可能对造成设备击穿。这时再进行检修就不是这么简单了，因为绕阻甚至是部分叠片都已产生了不可逆转的损伤。而重新购买新的绕阻再让机器投入运转往往需要数月之久。西门子全生命周期分析解决方案通过持续状态监控延长客户的发动机及整套设备使用寿命。

这个解决方案带来的好处包括：

• 在机器正常运转过程中进行精准测量；
• 对薄弱部位进行早期发现；
• 产生更少的停机时间；
• 更低廉的检测开销及成本；
• 更完善的保养计划；
• 使发生意外情况的风险最小化。

方案的具体做法是对在高压发动机上运转的绕阻绝缘系统进行在线局部放电检测（TE-Messung），以对其状态进行监控。与传统的绝缘检测不同，在线局部放电检测可对真实的运转情况进行检测。它将一些重要的框架条件都纳入考虑范围，例如功率、转矩、振荡及绕阻温度等。通过全生命周期分析不仅可以持续对绕阻温度进行测量，还能将这些测量结果保存下来。这些数据是研究热磨损情况的基础。与离线局部放电检测相比，在线检测能大大降低检测开销以及成本。对与两年为一周期的全生命周期检测来说，仅四至六年就能收回成本。分析之后，西门子公司的专家将会对这些数据进行评估并撰写状态报告。从中客户可以了解许多信息，诸如维护绕阻绝缘系统寿命的措施及对先前检测的趋势评估。

即使在检测过程中也依然避免停机状态

对网状驱动的高压机器进行的在线局部放电检测是在机器运转过程中进行的，也就是说，检测不会使客户的设备停机。在硬件安装完毕之后将会进行一次快速的重复检测，这不会造成太大成本以及太长停机时间。每进行一次重复检测，都将生成更为详细的状态诊断。绕阻温度的持续数据记录可显示机器运转过程中的状态，便于客户及早发现设备的薄弱环节。这样一来可减少75%的绕阻停转风险，且更易制定绕阻寿命维护计划（如重新覆盖键槽楔、对绕阻头进行再绝缘以及再防水）。通过全生命周期检测，可大大改善发动机的使用情况。

西门子预测性产品生命周期

西门子预测性产品生命周期是一项等级评估，评估考虑以下因素：

• 关于产品生命周期的标准政策
• 产品生命周期已经达到的里程碑评估
• 修复能力评估

如果原始产品有一个或多个替代物，那些关于最近替代物的可用性范围的陈述可以用于评估产品生命周期。根据预测性产品生命周期评估的结果，可以提出针对机器产品的有用建议，具体如下：

西门子生命周期信息服务（Lifecycle Information Services)

西门子提供的生命周期信息服务（Lifecycle Information Services)是一项工业服务，旨在帮助制造企业利用生命周期信息服务确保持续的服务能力。西门子指出，“最小化工厂故障停机时间和将人员和设备按最优效果部署”是工业企业可持续成功的关键因素之一。

西门子过可靠、覆盖全球以及全天候信息服务，帮助工业企业提升工厂在整个生命周期的生产力、灵活性和效率。西门子全球专家网络中的技术、产品和行业专家，为西门子的客户提供关键的竞争优势。

现代工厂运营者想要两样东西：自动化系统和投资保护。因此，以下主题在生命周期管理中扮演了关键的角色：

• 系统运转超过定义的周期
• 预设升级/更新周期（迁移步骤）
• 采取恰当措施避免老化

实现这些要求基于三项活动：

• 定期提供产品生命周期最新和详细的信息
• 建议措施
• 系统专有服务

西门子为工业企业提供定制服务信息

自动化系统产品在相对长时间保持运转，因而需要对系统生命周期采取主动管理。系统组件在生命周期中被替换，在有些情况下不止一次，因而有必要进行迁移。例如，备用配件可用性的相关信息是一项重要的计划标准，因为现代工厂越来越复杂，专业信息服务扮演着越来越重要的角色。

生命周期信息服务为工业企业提供重要的基础模型，符合用户所有的要求。用户还可获得进一步专门的工厂决策帮助，和优化维护策略的输入。生命周期信息服务能够帮助用户在初期投资后，让后续成本方便计划和更加透明。生命周期信息服务组合结构模块化，让工业企业能够有选择地下载需要的信息。每一个模块以工厂特定报告的形式汇报结果。用户可以通过选择不同的模块（基础模块、拓展模块、综合模块），从而自行决定报告的全面程度。

基础模块：在基础模块里，工业企业可以看到大概的产品生命周期状态。此模块重点分析功能折旧。基础报告包含：

• 西门子和其他产品的老化报告，关键零件的数量，以及未知和第三方产品列表
• 可交付的原始部件、后续部件或其他类型的组件数量
• 可维修性信息
• 备用部件适用性和可用性的措施和建议

扩展模块：扩展服务模块包含基础模块，和产品专门的平均故障间隔时间的分析。扩展报告包含：

• 基于平均故障间隔时间的可用性分析和风险分析
• 测定平均故障间隔时间的已经达到的值
• 对每一个平均故障间隔时间值超过80%的组件进行详细的报告

综合模块：综合服务模块包含扩展模块和关于升级/更新和相关服务的工厂信息。综合报告包含：

• 产品和版本历史，以及真实组件的当下状态
• 文件、诊断和相关服务的详细信息
• 关键部件的技术分析和进一步措施的建议
• 以下标题的服务信息参考：应用和工具、固件下载、常见问题和最新消息