电机的在线监测与诊断.pptx

电机状态监测与故障诊疗电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第1页页电机故障特点与诊疗内容故障识别必须对诊疗对象各种性能、结构、各种参数非故障识别必须对诊疗对象各种性能、结构、各种参数非常熟悉。常熟悉。电机包含有以下几个独立相互关联工作系统：电路系统、电机包含有以下几个独立相互关联工作系统：电路系统、磁路系统、绝缘系统、机械系统和通风散热系统。电机磁路系统、绝缘系统、机械系统和通风散热系统。电机组成部分：定子、转子、轴承装置、底板及一些从属结组成部分：定子、转子、轴承装置、底板及一些从属结构（如风扇、换向器等）。构（如风扇、换向器等）。一个故障在电机上经常表现出各种故障征兆。也有几个一个故障在电机上经常表现出各种故障征兆。也有几个故障起因反应同一个故障征兆故障起因反应同一个故障征兆 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第2页页笼型异步电动机因笼条断裂时，就会出现振动增加，起动时笼型异步电动机因笼条断裂时，就会出现振动增加，起动时间延长，定子电流摆动，电机滑差增加，转速转矩波动，温间延长，定子电流摆动，电机滑差增加，转速转矩波动，温升增高等故障征兆升增高等故障征兆一台直流电机运行中因为过载、机械振动、换向器变形、维一台直流电机运行中因为过载、机械振动、换向器变形、维护不妥、湿度过低等诸原因，造成换向恶化故障。护不妥、湿度过低等诸原因，造成换向恶化故障。恶劣环境和苛刻运行条件，以及超出技术条件所要求允许范恶劣环境和苛刻运行条件，以及超出技术条件所要求允许范围运行，往往是直接造成电机故障起因围运行，往往是直接造成电机故障起因 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第3页页电机故障特点与诊疗内容电机经典故障归纳：电机经典故障归纳：1、定子铁心故障、定子铁心故障通常发生在大型汽轮机发电机上，主要是铁心深处过热问通常发生在大型汽轮机发电机上，主要是铁心深处过热问题题 早期征兆是大环路电流、高温和绝缘材料热解早期征兆是大环路电流、高温和绝缘材料热解2、绕组绝缘故障、绕组绝缘故障原因：绝缘老化，绝缘缺点及引线套管受污染原因：绝缘老化，绝缘缺点及引线套管受污染主要症状：定子绕组局部放电量增加主要症状：定子绕组局部放电量增加电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第4页页发电机中惯用局部放电（发电机中惯用局部放电（PD）在线监测这类故障）在线监测这类故障感应电动机中惯用定子电流信号分析确定定子绕组故障感应电动机中惯用定子电流信号分析确定定子绕组故障3、定子绕组股线故障（发电机）、定子绕组股线故障（发电机）股线间短路产生电弧发电、可能发展接地故障或相间短路股线间短路产生电弧发电、可能发展接地故障或相间短路故障故障征兆：水冷电机冷却水中有绝缘材料热解产生气体征兆：水冷电机冷却水中有绝缘材料热解产生气体电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第5页页4、定子端部线圈故障、定子端部线圈故障运行过程产生冲击力使定子端部绕组发生位移，从而引发运行过程产生冲击力使定子端部绕组发生位移，从而引发绝缘劣化和发生局部放电绝缘劣化和发生局部放电征兆：振动和局部放电征兆：振动和局部放电5、冷却水系统故障、冷却水系统故障征兆：定子线棒或冷却水温度偏高、绝缘材料热解及可能征兆：定子线棒或冷却水温度偏高、绝缘材料热解及可能引发放电引发放电6、转子绕组故障（异步电动机）、转子绕组故障（异步电动机）电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第6页页转子故障主要有转子导条断裂，这将引发转矩跳动，转速波转子故障主要有转子导条断裂，这将引发转矩跳动，转速波动，转子振动以及过热等动，转子振动以及过热等 最常见检测方法是定子电流监测（监测效果较困难），常采最常见检测方法是定子电流监测（监测效果较困难），常采取振动和绝缘材料热解监测方法。取振动和绝缘材料热解监测方法。7、转子绕组故障（发电机）、转子绕组故障（发电机）主要是匝间短路故障。匝间短路可能因为发电机在低速开启主要是匝间短路故障。匝间短路可能因为发电机在低速开启或停车时，槽中导体表面污物引发了电弧，或者是巨大离心或停车时，槽中导体表面污物引发了电弧，或者是巨大离心力和高温影响了绕组和绕组绝缘。力和高温影响了绕组和绕组绝缘。匝间短路故障可引发局部过热甚至造成转子接地。匝间短路故障可引发局部过热甚至造成转子接地。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第7页页通用监测方法是采取气隙磁密监测，经过探测气隙磁密，通用监测方法是采取气隙磁密监测，经过探测气隙磁密，能够确定匝间短路数量和位置；监测轴承振动是否加强。能够确定匝间短路数量和位置；监测轴承振动是否加强。8、转子本体故障（各类电机）、转子本体故障（各类电机）主要由巨大转子离心力、大负序暂态电流和转子不一样心主要由巨大转子离心力、大负序暂态电流和转子不一样心引发引发 征兆：轴承处过量振动征兆：轴承处过量振动电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第8页页对不一样故障进行相对应特征量监测对不一样故障进行相对应特征量监测1、放电监测、放电监测2、温度监测、温度监测3、热解产生微粒监测、热解产生微粒监测4、振动监测、振动监测5、气隙磁密监测、气隙磁密监测电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第9页页第一章电机红外诊疗电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第10页页第一章电机红外诊疗 一、红外诊疗基础一、红外诊疗基础电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第11页页1.红外线位置电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第12页页2.红外测温含有以下特点(1)测温范围广；-170+3200。(2)测温精度高：可分辨0.01K或更小。(3)反应速度快：可在几毫秒内测出物体温度。(4)可测小目标：最小可测出直径为7.5um目标温度。(5)不接触被测物体，不破坏其温度场。(6)测距可远可近。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第13页页3.红外测温与接触测温性能比较 项项 目目红红 外外 测测 温温接接 触触 测测 温温测温测温要求要求（1）知道被测物发射率）知道被测物发射率（2）被测物辐射能充分抵）被测物辐射能充分抵达红外探测器达红外探测器（3）消除背影噪声）消除背影噪声（1）测温设备与被测物间）测温设备与被测物间良好接触良好接触（2）接触测温时，被测物）接触测温时，被测物温度不应有显著改变温度不应有显著改变优优 点点（1）非接触，对被测物体）非接触，对被测物体无影响无影响（2）可测运动中物体）可测运动中物体（3）可测瞬态温度）可测瞬态温度（4）可对点、线、面测温）可对点、线、面测温（5）可测绝对温度，也可）可测绝对温度，也可测相对温度测相对温度（1 1）可测物体内部温度）可测物体内部温度（2 2）要求精度高时，测温要求）要求精度高时，测温要求较简单较简单缺缺 点点（1 1）仅测表面温度）仅测表面温度（2 2）要求精度高时，测温要求严）要求精度高时，测温要求严格格（1）对小目标温度不能测）对小目标温度不能测（2）不能测运动中目标）不能测运动中目标（3）不适于测瞬态温度）不适于测瞬态温度（4）测温范围不够宽）测温范围不够宽（5）在生产过程中，不便）在生产过程中，不便于同时测多个目标于同时测多个目标电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第14页页4.红外热像仪n红外热像仪（热成像仪或红外热成像仪）：是经过非接触探测红外能量（热量），并将其转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，并能够对温度值进行计算一个检测设备。n红外热像仪能够将探测到热量准确量化，不但能够观察热图像，还能够对发烧故障区域进行准确识别和严格分析。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第15页页图10-2-8 红外热像仪基本原理框图电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第16页页第七章电机红外诊疗 二、红外诊疗技术二、红外诊疗技术电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第17页页1.红外诊疗技术组成红外诊疗技术组成n一台运转中设备，当其零部件产生故障时，设备整体或局部热平衡会受到破坏或影响，设备内部热必定逐步抵达其外部表面，造成外表温度场分布改变。n红外检测技术捕捉到这些红外辐射信息，经过检测结果总结分析，能够发觉:n不一样部位有不一样温度界限，n同一部位在不一样故障情况下有不一样温度等级。n确诊出设备故障性质、部位和程度，进而预测故障发展趋势和设备寿命。n如图所表示电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第18页页n红外诊疗技术组成红外诊疗技术组成电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第19页页2.红外热像仪测温方法红外热像仪测温方法1模拟量测温方法模拟量测温方法n较早期红外热像仪，利用热像仪输出视频模拟信号测量物体温度，实质上就是测量物体视频信号幅度。2智能化测温方法智能化测温方法n利用微处理机,摆脱模拟量非线性校正和叠加繁琐过程。n经过多路模拟开关和A/D转换器分别取得被测物体图像图像信号电压信号电压与参考黑体温度电压参考黑体温度电压数值;n然后依据各自函数关系进行计算；n比模拟量方法准确3软件化测温方法软件化测温方法n配置有完整图像处理系统，它包含对应硬件和软件。n利用该软件，测量并显示出目标及其热图像上任意位置点温度值准确结果和区域分析结果等。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第20页页 三、电机红外诊疗实例三、电机红外诊疗实例电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第21页页1.电机故障产生、特征与发展（以发电机为例）电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第22页页实例1.发电机定子线棒接头故发电机定子线棒接头故障红外诊疗障红外诊疗（1）基本原理n绕组有电阻，通电发烧n当发电机容量确定后，线棒固有电阻即为定值。n大型发电机，每相绕组线棒接头可达上千个，假如各接头接触电阻彼此不等，其中焊接不良接头必定接触电阻大、发烧量多和温升也高。n所以，定子线棒焊接质量红外诊疗，实质上就是在向定子某一支路（或一相）绕组通入相同电流条件下，用红外热像仪测量和比较各接头温度（或温升）来进行判别。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第23页页实例1.发电机定子线棒接头故障红个诊疗发电机定子线棒接头故障红个诊疗图图10-4-3 实测一台实测一台50MW水轮发电机定子线棒接头温水轮发电机定子线棒接头温度分布直方图度分布直方图最右力部分为高温电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第24页页实例1.发电机定子线棒接头故障红个发电机定子线棒接头故障红个诊疗诊疗（2）判据判据 属于以下情况之一线棒接头应该判为焊接质量不合格（或已出现焊接故障）n1）热像不连续且温升超出平均温升10者；或温升超出平均温升10，且在温度分布直方图中远离温度连续分布区接头。n2）当已知接头绝缘层内外表面温度降时，在额定电流下，线棒接头表面温度推算到接头内温度值超出110者。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第25页页（3）图图10-4-4 发电机定子线棒接头焊接故障发电机定子线棒接头焊接故障热像图热像图 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第26页页实例2.定子铁心故障红外诊疗n发电机定子铁心故障主要是铁心局部短铁心局部短路路，n这些短路点多数出现在定子齿部齿部表面，也有些在槽部，但极少发生在铁心内部和轭背。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第27页页实例2.定子铁心故障红外诊疗（1）定子铁心故障红外检测方法）定子铁心故障红外检测方法n在运行状态下，发电机定子铁心封闭在机壳内，无法进行在线监测；n只能在静态下抽出转子，外施电源励磁外施电源励磁，使定子铁心磁通密度靠近额定值磁通密度靠近额定值，借助铁损产生温升进行铁心故障红外检测。n详细方法：n通入励磁电流应可使铁心产生约1.0T磁通密度；n测量铁心在圆周方向磁通密度分布磁通密度分布并作出曲线，n利用原有铁心和线棒温度测点监视和控制铁心温度铁心温度不得超出允许值不得超出允许值(105)。n在磁通密度1.0T下连续试验时间为90min，n假如故障点不能显著暴露不能显著暴露出来，试验磁通密度可增大到1.4T，连续时间为45min。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第28页页实例2.定子铁心故障红外诊疗（1）定子铁心故障红外检测方法）定子铁心故障红外检测方法水轮发电机：水轮发电机：n定子铁心轴向较短，直径很大，n可把红外热像仪置于铁心中央，沿铁心内圆圆周方向扫描，并统计扫描热像。n把这些热像连接起来，相当于定子铁心内圆展开n从施加励磁时开始测试，每隔30min测量一次，直至温升靠近稳定时为止。汽轮发电机汽轮发电机n定子铁心轴向较大、直径较小，热像仪置于铁心两端，对着铁心内圆扫描，统计整个铁心内圆热像。n把这些热像拼接起来呈扇形状。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第29页页实例2.定子铁心故障红外诊疗 n图10-4-5 良好定子铁心热像图 n图10-4-6有三处缺点定子铁心热像图 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第30页页实例3.某发电机定子铁心热像图某发电机定子铁心热像图 a)励磁机侧左侧 b)汽轮机侧左侧 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第31页页其它电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第32页页第二章电机绝缘诊疗电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第33页页一、电机绝缘老化一、电机绝缘老化电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第34页页一、电机绝缘老化一、电机绝缘老化n电机在长久运行后绝缘性能渐趋劣化，n绝缘结构老化是各种劣化综合表征。n造成电机绝缘结构老化原因原因很多：电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第35页页1.电机绝缘劣化原因电机绝缘劣化原因表表11-2-1 电机绝缘劣化原因及产生劣化征象电机绝缘劣化原因及产生劣化征象劣化因子表现形式劣化征象热连续挥发、枯缩、化学变质、机械强度降低、散热性能变差冷热循环离层、龟裂、变形电压运行电压局部放电腐蚀、表面漏电灼痕冲击电压树枝状放电机械力振动磨损冲击离层、龟裂弯曲离层、龟裂环境吸湿泄漏电流增大、形成表面漏电通道和炭化灼痕结露浸水导电物质污损油、药品污损浸蚀和化学变质电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第36页页2.高压交流电机绝缘劣化过程图11-2-2 高压交流电机绝缘劣化过程 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第37页页二、电机绝缘特征量 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第38页页1.绝缘特征量 1局部放电量、放电位置局部放电量、放电位置设备内部绝缘(油、纸)若存在杂质、气泡，它会造成其内部放电，日长月久就可能造成放电部位扩大，最终击穿。所以及早监测其放电量和放电位置，并及时维修处理，可防止大事故发生。但开始发生放电时，其放电量很小，难以测量及定位。2介质损耗因数介质损耗因数 介质损耗因数 是表明设备绝缘状态主要参数之一，当测得设备大时，说明设备绝缘受潮，电导电流增大或内部有局部放电。设备正常时其值在0.10.8之间。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第39页页1.绝缘特征量 3泄漏电流泄漏电流 对于一些设备不能测量值时，也可用测量泄漏电流方法确定设备绝缘受潮或损坏程度。4设备电容值设备电容值 设备中若进水时，其电容值会增大，但漏油时，其电容值会降低。规程要求当电容值偏差超出额定值-510范围，应停电检验。上述4项特征参数中，局部放电是反应绝缘状态最灵敏量，其次值、电容值漏电流也可反应绝缘情况。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第40页页2.电机绝缘诊疗内容电机绝缘诊疗内容电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第41页页3.我国关于交流电动机绝缘电阻测量要求（1）测量绕组绝缘电阻和吸收比绝缘电阻和吸收比，应符合以下要求：1）额定电压为1000V以下，常温下绝缘电阻值不应低于0.5M；额定电压为1000V及以上，在运行温度时绝缘电阻值，定子绕组不应低于每千伏1M，转子绕组不应低于每千伏0.5M。绝缘电阻温度换算可按本标准附录二要求进行。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第42页页3.我国关于交流电动机绝缘电阻测量要求 2）1000V及以上电动机应测量吸收比。吸收比不应低于1.2，中性点可拆开应分相测量。注：进行交流耐压试验时，绕组绝缘应满足本条第一、二款要求。交流耐压试验合格电动机，当其绝缘电阻值在靠近运行温度、环氧粉云母绝缘电动机则在常温下不低于其额定电压每千伏1M时，能够投入运行。但在投运前不应再拆开端盖进行内部作业。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第43页页3.我国关于交流电动机绝缘电阻测量要求（2）测量电动机轴承绝缘电阻，当有油管路连接时，应在油管安装后，采取1000V兆欧表测量，绝缘电阻值不应低于0.5M。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第44页页4.绝缘诊疗程序 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第45页页6.大型电机定子绕组绝缘诊疗性试验纵览 n测量绝缘系统整体性直接方法是直流、交流和(或)冲击耐压击穿强度试验.n当前对新机和在役机组普遍采取诊疗性试验主要包含：n绝缘电阻及极化指数、n直流耐压及泄漏电流试验、n交流耐压试验、n介损增量试验、n局部放电测量;n另外还有手包绝缘表面对地电位试验、槽放电试验、紫外光检测电晕试验等。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第46页页6.大型电机定子绕组绝缘诊疗性试验(1)绝缘电阻及极化指数绝缘电阻及极化指数n影响绝缘电阻值主要原因包含：表面杂质(油污、绝缘表面受潮粉尘、防晕层等)、湿度、温度、试验电压幅值、剩下电荷。n该试验对于发觉绕组脏污和吸潮发觉绕组脏污和吸潮是非常好方法，当然也能够发觉绝缘裂缝或穿透性绝缘故障。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第47页页6.大型电机定子绕组绝缘诊疗性试验（2）交流耐压试验）交流耐压试验n交流耐压试验目标是发觉绕组中贯通性缺点。n其基本出发点是：假如绕组在高于运行电压耐压试验中未发生故障，当其投入运行时绕组应不会很快发生因绝缘老化而造成故障。n因为交流耐压试验中绝缘系统应力分布与运行中相同，所以更易于找到在系统有相对地故障时、非故障相过电压可能造成定子故障。n耐压试验结果是经过或未经过，没有其它评定信息。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第48页页6.大型电机定子绕组绝缘诊疗性试验（3）直流耐压及泄漏电流试验）直流耐压及泄漏电流试验n交流耐压试验中绝缘系统应力分布取决于电容，n直流耐压时电压分布取决于绝缘系统各部分绝缘电阻，绝缘电阻小部位承受电压也低。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第49页页6.大型电机定子绕组绝缘诊疗性试验（4）介损增量试验）介损增量试验n介损试验：是用于确定高压定子线圈中是否发生局部放电间接方法，n因为局部放电大小可反应发电机绝缘系统劣化程度，所以从介损增量试验中能够看出绝缘中是否存在比较普遍缺点。n理论上，在较低电压时绝缘介质损耗与电压无关，而当电压升高时，假如主绝缘中存在空隙发生局放，局放产生热、光、声所消耗能量就表现为损耗异常增加，测量介损值对应增加，将超出正常因介质损耗而产生数值。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第50页页6.大型电机定子绕组绝缘诊疗性试验（5）局部放电试验）局部放电试验n局部放电是引发许多定子绕组绝缘故障产生原因，也是早期故障主要信号早期故障主要信号n局放试验是评定定子绕组状态评定定子绕组状态很主要一个诊疗性试验。n局放脉冲时间是毫微秒级，其频谱最高到几百MHzn使用能够测量高频信号仪器就能够探测到PD脉冲电流。n局放试验关键是被测量Qm（最高局放脉冲幅值（最大视在局放量）)n按照测量方法不一样有以下几个单位。n1)pC：试验室使用比较多，比较直观；n2)mV：在示波器和脉冲幅值分析仪(PMA)上读取，PMA还能够计算每段幅值脉冲个数；n3)mA：使用工频TA在示波器上读取；n4)dB(分贝)：使用频谱分析仪统计脉冲时使用。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第51页页6.大型电机定子绕组绝缘诊疗性试验（5）局部放电试验）局部放电试验n理论上每个PD 脉冲幅值与空隙大小成正比，PD越大说明该缺点越大。n与介损试验相比，介损反应是绕组整体整体存在空隙存在空隙情况，n而最大视在局放量反应是绕组中最劣化最劣化部位部位状态。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第52页页二、电机局部放电诊疗（主要针对高压电机）电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第53页页1.电机离线时局部放电测量 n图11-4-30是局部放电测量最基本原理图n测量系统由施加试验电压试验电压和高频电压检高频电压检测测两部分组成。n外施电压部分：与交流工频耐压试验相同n高频电压检测部分：n局部放电信号：由高频耦合电容器上拾取n测量仪表：局部放电电量仪，测量和统计局部放电电荷量Qmax。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第54页页1.电机离线时局部放电测量图11-4-30电机局部放电试验线路T1调压器；T2试验变压器；R限流电阻；PT电压互感器；V电压表；M被测电动机；CA、CB耦合电容；L、C测量回路电感电容；V1脉冲峰值电压表 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第55页页1.电机离线时局部放电测量测得曲线上：n如放电起始电压Uc较高，则可认为该电机局部放电是正常；n当放电电量较大，放电起始电压又较低，如图中虚线，则说明电机局部放电现象较严重，需深入诊疗其原因和放电主要部位。n图11-4-31 局部放电曲线 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第56页页1.电机离线时局部放电测量n图11-4-32 检测电路图 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第57页页2.发电机局放在线监测系统n组成：系统采取高频宽带电流传感器高频宽带电流传感器、宽带前宽带前置放大电路置放大电路、窄带信号检波窄带信号检波和报警单元、包含DSP信号高速采集模块工控机和高性能服务器等，组成宽带加窄带系统硬件配置方式（见图）。n系统信号源信号源为发电机中性点，在发电机中性线上安装高频宽带电流传感器(CT)，在传感器附近配置宽带前置放大电路，传感器输出信号经宽带前置放大电路进行宽带放大和阻抗匹配后，再利用50同轴电缆将信号送往距现场较远后级窄带处理单元和宽带处理单元分别处理。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第58页页2.发电机局放在线监测系统n宽带处理单元宽带处理单元将宽带前置放大器送过来宽带信号经隔离后送到DSP高速采样系统。n由工控机和服务器对信号进行抗干扰处抗干扰处理理和提取特征参数提取特征参数后存入局放信号特征数据库，n教授系统依据特征数据库中宽带和窄带历史数据历史数据作出电机绝缘状态诊疗诊疗。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第59页页2.发电机局放在线监测系统图13-5-27 HSB-1型局放在线监测系统结构图电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第60页页第三章电机振动诊疗电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第61页页序n对于旋转机械，振动量值是主要运行状态特征n健康旋转机械都会有振动n人体脉搏一样，在正常情况下，脉搏跳动并不妨碍人体从事各种活动。n当人体内部有病时候，脉搏就会有各种异常表现。n诊疗脉搏改变能够查知病况，及时给予正确治疗。n异常振动也是机械内部缺点表征。n经过振动测量分析，揭露出设备内部隐形缺点电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第62页页一、电机电磁振动一、电机电磁振动电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第63页页1.1.定子电磁振动异常主要原因(1)三相交流电机定子异常定子异常产生电磁振动。(2)气隙静态偏心气隙静态偏心引发电磁力。(3)气隙动态偏心气隙动态偏心引发电磁振动(偏心位置对定子是不固定，对转子是固定，所以偏心位置随转子而转动)。(4)转子绕组故障转子绕组故障引发电磁振动。(5)转子不平衡转子不平衡产生机械振动。转子不平衡原因：n电机转子质量分布不均匀n转子零部件脱落和移位n联轴器不平衡，冷却风扇不平衡，皮带轮不平衡n冷却风扇与转子表面不均匀积垢。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第64页页1.1.定子电磁振动异常主要原因(6)滑动轴承因为油膜涡动油膜涡动产生振动。(7)滑动轴承因为油膜振荡油膜振荡产生振动。(8)加工加工和装配不良装配不良产生振动。(9)安装安装时，轴线不对中不对中引发振动。(10)定子铁心和定子线圈松动(11)电动机座底脚螺钉松动底脚螺钉松动，相当于机座刚度降低。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第65页页2.定子异常电磁振动定子异常电磁振动（1）原因）原因n定子三相磁场不对称：定子三相磁场不对称：n电网三相电压不平衡电网三相电压不平衡n定子绕组三相不对称等定子绕组三相不对称等n定子铁心和定子线圈松定子铁心和定子线圈松动动n电动机座底脚螺钉松动电动机座底脚螺钉松动电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第66页页2.定子异常电磁振动定子异常电磁振动（2）特征）特征n振动频率为电源频率振动频率为电源频率2倍。倍。n切断电源，电磁振动马上消失。这是区切断电源，电磁振动马上消失。这是区分电磁振动与其它振动基本方法。分电磁振动与其它振动基本方法。n振动能够在定子机座和轴承上测得。振动能够在定子机座和轴承上测得。n振动与机座刚度和电机负载相关。振动与机座刚度和电机负载相关。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第67页页2.转子绕组不平衡引发电磁振动(1)原因：原因：n笼条铸造质量铸造质量不良，产生断条或高阻n笼形转子因频繁起动频繁起动，电机负载大产生断条或高阻n绕线式绕线式异步电动机转子绕组回路电气不平衡，产生不平衡电磁力n同时电动机励磁绕组励磁绕组匝间短路。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第68页页2.转子绕组不平衡引发电磁振动(2)特征：n 与转子动态偏心产生电磁振动，波形相同，现象相同，较难区分：振动频率为f0/pn在空载或轻载时，振动与节拍噪声不显著;n当负载增大时，这种振动和噪声随之增加n在定子一次电流中，也产生脉动改变，其脉动节拍频率为2sf。n对定子电流频谱图中，基频两边出现边频。n同时电动机励磁绕组匝间短路，能引发f0/p频率(转频)电磁振动和噪声n断电后，电磁振动和电磁噪声消失 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第69页页2.转子绕组不平衡引发电磁振动 图12-2-3 转子绕组不平衡引发电磁振动a)发生振动机理 b)电磁振动波形 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第70页页3.电动机气隙不均引发电磁振动 n气隙不均匀(气隙偏心)有两种:n静态不均匀(静态偏心)n动态不均匀(动态偏心)n它们都会引发电磁振动，不过振动特征并不完全相同。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第71页页3.电动机气隙不均引发电磁振动 静态气隙偏心静态气隙偏心产生电磁振动特征特征：1)电磁振动频率是电源频率f02倍，即f2f0；2)振动随偏心值偏心值增大而增加3)振动随负载负载增大而增加；4)断电后断电后电磁振动消失；5)气隙偏心产生电磁振动与定子异常产生电磁振动较难区分 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第72页页3.电动机气隙不均引发电磁振动 气隙动态偏心气隙动态偏心产生电磁振动特征特征：1)转子旋转频率转子旋转频率和旋转磁场同时频率旋转磁场同时频率电磁振动都可能出现。2)电磁振动以周期脉动周期脉动，负载增加负载增加，S加大，脉动节拍加紧脉动节拍加紧。3)发生与脉动节拍相一致电磁噪声电磁噪声。4)断电后断电后，电磁振动消失，电磁噪声消失。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第73页页二、电机振动诊疗电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第74页页1.电机振动电机振动简易诊疗简易诊疗n电机振动简易诊疗普通在运行现场现场进行n使用设备通常是便携式测振仪便携式测振仪n定时、定点，单一频段内总振级测量n仪器频响范围普通为101000Hz，n对于电机振动是否正常作出快速评价电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第75页页二、电机振动诊疗 1.电机振动简易诊疗电机振动简易诊疗 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第76页页二、转子绕组不平衡引发电磁振动 2.电机振动精密诊疗之一：电机振动精密诊疗之一：利用数据采集器、计算机和专用诊疗软件利用数据采集器、计算机和专用诊疗软件 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第77页页二、转子绕组不平衡引发电磁振动 3.电机振动精密诊疗之二：电机振动精密诊疗之二：利用测振和信号分析仪器作精密诊疗利用测振和信号分析仪器作精密诊疗 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第78页页三、电动机轴承振动诊疗实例分析 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第79页页三、电动机轴承振动诊疗实例分析n诊疗对象是一台驱动离心式压缩机异步电 动 机，容 量 3400kW，2极，转 速2970r/min，电源频率为50Hz，结构上采取整体底板、座式滑动轴承。n简易诊疗时，发觉轴承和定子振动较大，超出允许值，下面对该电动机进行精密诊疗。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第80页页三、电动机轴承振动诊疗实例分析n图图12-4-6 实例实例1所表示异步电动机振动诊疗所表示异步电动机振动诊疗示意图示意图 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第81页页第四章第四章 电动机故障诊疗电动机故障诊疗电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第82页页一、电动机常见异常（故障）一、电动机常见异常（故障）电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第83页页1.电动机温升过高电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第84页页1.电动机温升过高电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第85页页2.三相电流不平衡原因：原因：n三相电源电压不平衡n匝间短路n绕组断路(或并联支路中一条或几条支路断路)n定子绕组部分线圈接反n三相匝数不相等电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第86页页3.空载电流偏大原因：原因：n电源电压偏高电源电压偏高n定子定子Y接误接成接误接成接接n转子装错转子装错(极数少转子装进了极数多定子内极数少转子装进了极数多定子内)n转子直径变小了，气隙偏大转子直径变小了，气隙偏大n铁心导磁性能差铁心导磁性能差n定、转子铁心错位，铁心有效长度减小定、转子铁心错位，铁心有效长度减小n定子绕组每圈匝数绕错定子绕组每圈匝数绕错(少少)n线圈节距嵌错线圈节距嵌错n绕组线圈组接反绕组线圈组接反n应串联线圈组错接成了并联应串联线圈组错接成了并联n轴承损坏轴承损坏n转轴弯造成定、转子相擦转轴弯造成定、转子相擦n风扇装错风扇装错(如如2极电机装上了极电机装上了4、6极电机风扇极电机风扇)电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第87页页二、定子绕组故障精密诊疗二、定子绕组故障精密诊疗电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第88页页实例实例.基于三相电流之间相位差诊疗基于三相电流之间相位差诊疗1.基于三相电流之间相位差诊疗基于三相电流之间相位差诊疗以电流分析法为基础以电流分析法为基础对定子绕组故障分析对定子绕组故障分析判据：三相电流之间相位差判据：三相电流之间相位差电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第89页页实例实例.基于三相电流之间相位差诊疗基于三相电流之间相位差诊疗图图15-4-3正常状态时电流谱图正常状态时电流谱图 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第90页页实例实例.基于三相电流之间相位差诊疗基于三相电流之间相位差诊疗图图5-4-4 绕组匝间短路（绕组匝间短路（5匝）时电流谱匝）时电流谱图图 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第91页页实例实例.基于三相电流之间相位差诊疗基于三相电流之间相位差诊疗n故障后故障后1、3、5、7次谐波分别次谐波分别增加了增加了6.92dB、14.99dB、5.92dB和和16.44dB。n另外，在基波两侧出现频率分别为另外，在基波两侧出现频率分别为25Hz和和75Hz边频带边频带 n所以：电机定子绕组发生匝间短路时，电机定子绕组发生匝间短路时，定子电流中定子电流中高次谐波显著增强高次谐波显著增强；绕组自；绕组自感、互感发生改变，三相电流之间感、互感发生改变，三相电流之间相位相位差差亦发生改变亦发生改变。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第92页页实例实例.基于三相电流之间相位差诊疗基于三相电流之间相位差诊疗n相互关分析：相互关分析：电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第93页页实例实例.基于三相电流之间相位差诊疗基于三相电流之间相位差诊疗n定子电流相互关分析：定子电流相互关分析：n正常正常 故障故障 电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第94页页实例实例.基于三相电流之间相位差诊疗基于三相电流之间相位差诊疗n相互关分析结果：相互关分析结果：n相位差由相位差由6.48ms变为变为7.73ms，即相位，即相位差由故障前差由故障前116.1变为故障后变为故障后139.1。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第95页页四、转子绕组故障精密诊疗四、转子绕组故障精密诊疗（结合文章发表讲）（结合文章发表讲）电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第96页页1.1.基于稳态电流基于稳态电流n转子断条是笼型异步电动机转子断条是笼型异步电动机常见故障常见故障之之一一n当发生转子断条故障时，在定子电流中当发生转子断条故障时，在定子电流中将出现频率将出现频率 附加电流附加电流分量分量n这一频率电流分量为转子断条故障特征这一频率电流分量为转子断条故障特征分量。分量。n因为定子电流信号易于采集，所以，基因为定子电流信号易于采集，所以，基于快速傅里叶变换于快速傅里叶变换(FFT)定子电流信号频谱定子电流信号频谱分析方法被广泛应用于转子断条故障在线分析方法被广泛应用于转子断条故障在线检测。检测。电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第97页页实例实例1.1.基于稳态电流基于稳态电流电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第98页页实例实例2.2.基于起动电流基于起动电流电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第99页页实例实例3.3.起动电流特殊分量起动电流特殊分量电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第100页页实例实例4.4.失电残压失电残压电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第101页页实例实例4.4.失电残压失电残压电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第102页页第五章第五章 发电机故障诊疗发电机故障诊疗电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第103页页电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第104页页一、定子绕组接地一、定子绕组接地电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第105页页二、定子绕组接地二、定子绕组接地n一、直流电桥法寻找定子绕组接地故障一、直流电桥法寻找定子绕组接地故障n二、单开口变压器法寻找定子绕组接地二、单开口变压器法寻找定子绕组接地故障故障电机的在线监测与诊断电机的在线监测与诊断第第106页页