旋转电机的监测与诊断改

1、旋转电机状态监测与故障诊断莱钢专业培训教材绪论：电机的故障特点分析故障识别必须对诊断对象的各种性能、结构、各种参数故障识别必须对诊断对象的各种性能、结构、各种参数非常熟悉。非常熟悉。电机包含有以下几个独立相互关联的工作系统：电路系电机包含有以下几个独立相互关联的工作系统：电路系统、磁路系统、绝缘系统、机械系统和通风散热系统。统、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、底板及一些附电机组成部分：定子、转子、轴承装置、底板及一些附属结构（如风扇、换向器等）。属结构（如风扇、换向器等）。一个故障在电机上常常表现出多种的故障征兆。也有几一个故障在电机上常常表现出

2、多种的故障征兆。也有几个故障起因反映同一个故障征兆个故障起因反映同一个故障征兆 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由于过载、机械振动、换向器变形、维一台直流电机运行中由于过载、机械振动、换向器变形、维护不当、湿度过低等诸原因，造成换向恶化故障。护不当、湿度过低等诸原因，造成换向恶化故障。 恶劣的环境和苛刻的运行条件，以及超过技术条件所规定的恶劣的环境和苛刻的运行条件，以及超

3、过技术条件所规定的允许范围运行，往往是直接导致电机故障的起因允许范围运行，往往是直接导致电机故障的起因 绪论：电机的故障特点分析电机典型故障归纳：电机典型故障归纳：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，主要是铁心深处的过热问题通常发生在大型汽轮机发电机上，主要是铁心深处的过热问题 早期征兆是大的环路电流、高温和绝缘材料的热解早期征兆是大的环路电流、高温和绝缘材料的热解2、绕组绝缘故障、绕组绝缘故障原因：绝缘老化，绝缘缺陷及引线套管受污染原因：绝缘老化，绝缘缺陷及引线套管受污染主要症状：定子绕组局部放电量的增加。主要症状：定子绕组局部放电量的增加。3、定子绕组股线故障（发电

4、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故障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征兆：水冷电机的冷却水中有绝缘材料热解产生的气体征兆：水冷电机的冷却水中有绝缘材料热解产生的气体绪论：电机的故障特点分析4、定子端部线圈故障、定子端部线圈故障运行过程产生的冲击力使定子端部绕组发生位移，从而引运行过程产生的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发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

5、、绝缘材料热解及可能引起的放电引起的放电绪论：电机的故障特点分析6、转子绕组故障（异步电动机）、转子绕组故障（异步电动机）转子故障主要有转子导条断裂，这将引起转矩跳动，转速波动，转子振转子故障主要有转子导条断裂，这将引起转矩跳动，转速波动，转子振动以及过热等动以及过热等 最常见的检测方法是定子电流监测（监测效果较困难），常采用振动和最常见的检测方法是定子电流监测（监测效果较困难），常采用振动和绝缘材料热解监测方法。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。匝间短路可能由于发电机在低速启动或停车时，主要是匝间短路故障。匝间短路可能由于发电机在低速

6、启动或停车时，槽中导体表面的污物引起了电弧，或者是巨大的离心力和高温影响了绕槽中导体表面的污物引起了电弧，或者是巨大的离心力和高温影响了绕组和绕组绝缘。组和绕组绝缘。匝间短路故障可引起局部过热甚至导致转子接地。匝间短路故障可引起局部过热甚至导致转子接地。通用的监测方法是采用气隙磁密监测，通过探测气隙磁密，可以确定匝通用的监测方法是采用气隙磁密监测，通过探测气隙磁密，可以确定匝间短路的数量和位置；监测轴承振动是否加强。间短路的数量和位置；监测轴承振动是否加强。绪论：电机的故障特点分析8、转子本体故障（各类电机）、转子本体故障（各类电机）主要由巨大的转子离心力、大的负序暂态电流和转子不同主要由巨大

7、的转子离心力、大的负序暂态电流和转子不同心引起心引起 征兆：轴承处过量的振动征兆：轴承处过量的振动绪论：电机的故障特点分析第一章 电机绝缘诊断一、电机的绝缘老化（一）电机绝缘老化（一）电机绝缘老化n电机在长期运行后绝缘性能渐趋劣化，n绝缘结构的老化是各种劣化的综合表征。n造成电机绝缘结构老化的因素因素很多：1. 电机绝缘劣化因素电机绝缘劣化因素表表1 电机绝缘劣化因素及产生的劣化征象电机绝缘劣化因素及产生的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

8、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2. 高压交流电机绝缘劣化过程图高压交流电机绝缘劣化过程 （二）绝缘的特征量 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，它会导致其内部放电，日长月久就可能导致放电部位扩大，最后击穿。因此及早的监测其放电量和放电位置，并及时维修处理，可避免大事故发生。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的重要参数之一，当测得设备的 大时，说明设备绝缘受潮，电导电流增大或内部有局部放电

9、。设备正常时其值在0.10.8之间。tgtgtg（二）绝缘的特征量 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，其电容值会减少。规程规定当电容值的偏差超出额定值-510范围，应停电检查。 上述4项特征参数中，局部放电是反映绝缘状态最灵敏的量，其次 值、电容值、漏电流也可反映绝缘状况。 tg2. 电机绝缘诊断内容电机绝缘诊断内容（三）交流电动机的绝缘电阻 1、测量绕组的绝缘电阻和吸收比绝缘电阻和吸收比，应符合下列规定： 1）额定电压为1000V以下，常温下绝缘电阻值不应低于0.5

10、M；额定电压为1000V及以上，在运行温度时的绝缘电阻值，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。绝缘电阻应进行温度换算。2）1000V及以上的电动机应测量吸收比。吸收比不应低于1.2，中性点可拆开的应分相测量。 注：进行交流耐压试验时，绕组的绝缘应满足本条第一、二款的要求。交流耐压试验合格的电动机，当其绝缘电阻值在接近运行温度、环氧粉云母绝缘的电动机则在常温下不低于其额定电压每千伏1M时，可以投入运行。但在投运前不应再拆开端盖进行内部作业。 2、测量电动机轴承的绝缘电阻 当有油管路连接时，应在油管安装后，采用1000V兆欧表测量，绝缘电阻值不应低于0.5M。 （三）交流电

11、动机的绝缘电阻（四）绝缘诊断的程序 （五）大型电机定子绕组绝缘诊断性试验纵览 n测量绝缘系统整体性的直接方法是直流、交流和(或)冲击耐压的击穿强度试验.n目前对新机和在役机组普遍采用的诊断性试验主要包括：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。（五）大型电机定子绕组绝缘诊断性试验纵览1、绝缘电阻及极化指数、绝缘电阻及极化指数n影响绝缘电阻值的主要因素包括：表面杂质(油污、绝缘表面受潮的粉尘、防晕层等)、湿度、温度、试验电压幅值、剩余电荷。n该试验对于发现绕组脏污和吸潮发

12、现绕组脏污和吸潮是非常好的方法，当然也能够发现绝缘裂缝或穿透性绝缘故障。n绝缘电阻表电压等级的选择：500以下电气设备，选用额定电压为500V1000V的绝缘电阻表，额定电压在500V以上，选用1000V2500V绝缘电阻表。n判据：GB50150-1991 电气装置安装工程电气设备交接试验标准（五）大型电机定子绕组绝缘诊断性试验纵览2、交流耐压试验、交流耐压试验n交流耐压的试验目的是发现绕组中的贯穿性缺陷。n试验电压等级：1.31.5UNn其基本出发点是：如果绕组在高于运行电压的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导致的故障。n由于交流耐压试验中绝缘系统的应力分

13、布与运行中相同，因此更易于找到在系统有相对地故障时、非故障相过电压可能导致的定子故障。n耐压试验的结果是通过或未通过，没有其他评估信息。（五）大型电机定子绕组绝缘诊断性试验纵览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的应力分布取决于电容，n直流耐压时电压的分布取决于绝缘系统各部分的绝缘电阻，绝缘电阻小的部位承受电压也低。n与交流耐压试验相比，直流耐压试验具有试验设备轻便、对绝缘损伤小和易于发现设备的局部缺陷等优点。n直流耐压试验电压等级一般约为工频耐压试验时的1.61.8倍，时间是1min。n当一种线圈进行直流耐压试验时，其余各绕组和机壳必须接地。如交流定子绕

14、组中性点可打开，应分相做直流耐压试验。（五）大型电机定子绕组绝缘诊断性试验纵览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的间接方法，n由于局部放电大小可反映发电机绝缘系统劣化的程度，所以从介损增量试验中可以看出绝缘中是否存在比较普遍的缺陷。n理论上，在较低电压时绝缘的介质损耗与电压无关，而当电压升高时，如果主绝缘中存在的空隙发生局放，局放产生的热、光、声所消耗的能量就表现为损耗的异常增加，测量的介损值相应增加，将超过正常因介质损耗而产生的数值。（五）大型电机定子绕组绝缘诊断性试验纵览5、局部放电试验、局部放电试验n局部放电是引起许多定子绕组绝缘故障产生的

15、原因，也是早期故障的重要信号早期故障的重要信号n局放试验是评估定子绕组状态评估定子绕组状态的很重要的一个诊断性试验。n局放脉冲的时间是毫微秒级的，其频谱最高到几百MHzn使用可以测量高频信号的仪器就可以探测到PD脉冲电流。5、局部放电试验（续）、局部放电试验（续）局放试验的关键是被测量Qm （最高局放脉冲的幅值（最大视在局放量）)n按照测量方法的不同有以下几种单位。n1) pC：实验室使用比较多，比较直观；n2) mV：在示波器和脉冲幅值分析仪(PMA)上读取，PMA还可以计算每段幅值脉冲的个数；n3) mA：使用工频TA在示波器上读取；n4) dB (分贝)：使用频谱分析仪记录脉冲时使用。（

16、五）大型电机定子绕组绝缘诊断性试验纵览（五）大型电机定子绕组绝缘诊断性试验纵览5、局部放电试验（续）、局部放电试验（续）n理论上每个PD 脉冲的幅值与空隙的大小成正比，PD越大说明该缺陷越大。n与介损试验相比，介损反映的是绕组整体存在空隙整体存在空隙的情况，n而最大视在局放量反映的是绕组中最劣化部位最劣化部位的状态。 5、局部放电试验（续）、局部放电试验（续）n电机的工作电压相对较低（6-20KV），但电机的绝缘处于气体介质中，放电容易发展，放电量较大；n固体绝缘的抗放电能力远大于油纸绝缘，故电机要可监测到得最小危险放电量比变压器高；n日本规定：对3.3、6.6KV电机在4.5KV试验电压下，

17、允许放电量为5000pC;11KV电机，在6.35KV试验电压下，允许放电量为10000pC；n我国没有明确标准，目前可考虑设置报警值为106107pC。（五）大型电机定子绕组绝缘诊断性试验纵览（六）电机绕组绝缘的有关规定标准 DL/T 596-1996 电力设备预防性试验规程 广泛应用于大型电机检修和预防性试验，各项试验的限值规定较为明确，操作性较强，但试验项目未包括局部放电、介质损耗增量等诊断性项目。 DL/T 492-1992 发电机定子绕组环氧粉云母绝缘老化鉴定导则 老化鉴定准则，补充了这方面的内容。 具体规定见下页表二、 电机局部放电诊断（主要针对高压电机）1. 电机离线时局部放电测

18、量 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（见下页图）。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，测量和记录局部放电电荷量Qmax。1. 电机离线时局部放电测量电机局部放电试验线路图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 关于电容耦合器：n 通过对各种电容耦合的研究显示，当应用80pF电容时，信噪比增大。这种电容更能检测高频，同时比更大的电容具有更低的电噪声敏感程度

19、。n局部放电受到电压的极大影响，线圈离线端部越远，运行电压越低。因此，和发生在线端部线圈的PD幅度相比，相端部以下几圈线圈中发生的PD的大小明显降低。而绝大部分导致PD发生的老化都发生在相端的线圈，这正是80pF电容最敏感的地方。n研究表明，采用安装在定子上的80pF传感器测量得到的类似局放脉冲(干扰)上升时间远远大于10ns，而定子局放脉冲上升时间通常小于10ns。通过测量检测到的每一个脉冲上升时间，数字逻辑即可通过脉冲形状来区分定子局放信号和类似局放信号。1. 电机离线时局部放电测量1. 电机离线时局部放电测量测得的曲线上：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的；n当放电

20、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，需进一步诊断其原因和放电主要部位。n电机局部放电曲线C1018maxQ2. 发电机局放在线监测系统n组成：系统采用高频宽带电流传感器高频宽带电流传感器、宽带前置放大宽带前置放大电路电路、窄带信号检波窄带信号检波和报警单元、包括DSP信号高速采集模块的工控机和高性能服务器等，组成宽带加窄带的系统硬件配置方式（见图）。n系统的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，传感器的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

21、较远的后级窄带处理单元和宽带处理单元分别处理。2. 发电机局放在线监测系统HSB-1型局放在线监测系统结构图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的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理抗干扰处理和提取特征提取特征参数参数后存入局放信号特征数据库。n专家系统根据特征数据库中的宽带和窄带历史数据历史数据作出电机绝缘状态的诊断诊断。 3、电机局部放电诊断1）电机局部放电典型特征分析A. 局部放电信号主要发生在每一周期的第一和第三象限B. 检测到的局部放电电压脉冲与外加的电压趋势相反C. 不同类型的放电在各象限的行为表现不

22、同。（以线圈松动引起的槽放电为例，局部放电的正极性放电脉冲明显超过负极性脉冲，最大幅值超过2倍以上，放电重复率超过10倍以上）。 因此，可以根据局部放电的统计特性，如相位-放电量-重复率（ ）、放电极性-重复率（ ）等图谱进行故障诊断，确定放电类型和程度。qnnqnq、3、电机局部放电诊断2） 三维特性 给出了放电幅值、相位和放电重复率三者之间的关系。垂直坐标为放电重复率，放电峰值高表示放电重复率高，反之，放电重复率低。平面坐标分别为放电幅值和相位，可以把平面坐标分为四个区域，如下图所示。qnqn3、电机局部放电诊断 根据三维谱图的特征把内部放电、槽放电和表面放电的放电特性归纳于下表。放电类型

23、三维谱图特征放电特征内部放电1、3区放电峰与2、4区放电峰单位的位置对称，峰高大致相等。正放电脉冲与负放电脉冲幅值、次数大致相同，相位对称。槽放电3区放电峰多、高；1区和2区边缘放电峰少、矮正放电脉冲比负放电脉冲的幅值大、次数多表面放电3区放电峰矮、少；2区放电峰高，多正、负放电脉冲极不相同，正脉冲幅值高，且次数少；而负脉冲 幅值低，次数多。3、电机局部放电诊断n根据q-n谱图的特征，把内部放电、槽放电和表面放电的放电特征归纳如下。放电类型不同极性的q-n谱图特征放电特征内部放电正、负脉冲的q-n曲线几乎重合正、负放电脉冲具有大致相同的放电幅值和放电重复率槽放电正脉冲q-n曲线在负脉冲q-n曲

24、线上方正放电脉冲的幅值和次数高于负放电脉冲表面放电正、负脉冲的q-n曲线相交正脉冲幅值高、次数少；而负脉冲幅值低，次数多。3、电机局部放电诊断3、电机局部放电诊断（实例）A. 利用局部放电在线监测系统在实验室做线棒放电试验。时域和频域波形A. 利用局部放电在线监测系统在实验室做线棒放电试验。A. 利用局部放电在线监测系统在实验室做线棒放电试验n由三维谱图和二维谱图可以看出，线棒放电在每个工频周期半波都是对称的，正、负脉冲分布基本均衡，为内部放电。A. 利用局部放电在线监测系统在实验室做线棒放电试验B. 电厂机组现场测试B. 电厂机组现场测试n从信号的时域和频域特性可以断定机组内部有明显的局部放

25、电现象，从处理后的三维和二维谱图可以看出该机组的局部放电特征：n三维谱图：在半个工频周期内，局放信号幅值大且重复率高（幅值达50mV以上，重复率每秒数千次）；另外半个周期局放信号幅值小，重复率低。n二维谱图：正极性信号远远超过负极性信号。n结论：绝缘和铁心之间气隙放电（槽放电）。B. 电厂机组现场测试第二章 电机振动诊断序n对于旋转机械，振动量值是重要的运行状态特征n健康的旋转机械都会有振动n人体的脉搏一样，在正常情况下，脉搏的跳动并不妨碍人体从事各种活动。n当人体内部有病的时候，脉搏就会有各种异常表现。n诊断脉搏的变化可以查知病况，及时给予正确的治疗。n异常振动也是机械内部缺陷的表征。n通过

26、振动的测量分析，揭露出设备内部隐形缺陷一、电机异常振动分析一、电机异常振动分析1.1. 电机振动异常主要原因(1)三相交流电机定子异常定子异常产生的电磁振动。(2)气隙静态偏心气隙静态偏心引起的电磁力。(3)气隙动态偏心气隙动态偏心引起电磁振动(偏心的位置对定子是不固定的，对转子是固定的，因此偏心的位置随转子而转动)。(4)转子绕组故障转子绕组故障引起的电磁振动。(5)转子不平衡转子不平衡产生的机械振动。 转子不平衡的原因：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。1.1. 电机振动异常主要原因(6) 滑动轴承由于

27、油膜涡动油膜涡动产生振动。(7) 滑动轴承由于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起振动。(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。 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：n电网三相电压不平衡n定子绕组三相不对称等n定子铁心和定子线圈松动n电动机座底脚螺钉松动（2）特征n振动频率为电源频率的2倍。n切断电源，电磁振动立即消失。这是区分电磁振动与其它振动的基本方法。n振动可以在定子机座和轴承上测得。n振动与机座刚度和电机的负载有关

28、。 2. 定子异常电磁振动定子异常电磁振动3. 转子绕组不平衡引起电磁振动(1) 原因：原因：笼条铸造质量铸造质量不良，产生断条或高阻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绕线式绕线式异步电动机的转子绕组回路电气不平衡，产生不平衡电磁力同步电动机励磁绕组励磁绕组匝间短路。 3. 转子绕组不平衡引起电磁振动(2)特征： 与转子动态偏心产生的电磁振动，波形相似，现象相似，较难区别：振动频率为f0/p 在空载或轻载时，振动与节拍噪声不明显;当负载增大时，这种振动和噪声随之增加在定子的一次电流中，也产生脉动变化，其脉动节拍频率为2sf。 对定子电流频谱图中，基频两边出现边频。同步电动机励

29、磁绕组匝间短路，能引起f0/p频率(转频)的电磁振动和噪声断电后，电磁振动和电磁噪声消失 3. 转子绕组不平衡引起电磁振动 转子绕组不平衡引起电磁振动a)发生振动机理 b)电磁振动波形 4.电动机气隙不均引起的电磁振动 n气隙不均匀(气隙偏心)有两种:n静态不均匀(静态偏心)n动态的不均匀(动态偏心)n它们都会引起电磁振动，但是振动的特征并不完全相同。 4.电动机气隙不均引起的电磁振动 静态气隙偏心静态气隙偏心产生的电磁振动特征特征：1) 电磁振动频率是电源频率f0的2倍，即f2f0；2)振动随偏心值偏心值的增大而增加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

30、产生的电磁振动与定子异常产生的电磁振动较难区别 4.电动机气隙不均引起的电磁振动 气隙动态偏心气隙动态偏心产生电磁振动的特征特征：1) 转子旋转频率转子旋转频率和旋转磁场同步频率旋转磁场同步频率的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，脉动节拍加快脉动节拍加快。3) 发生与脉动节拍相一致的电磁噪声电磁噪声。4) 断电后断电后，电磁振动消失，电磁噪声消失。 二、电机振动的诊断1. 电机振动的电机振动的简易诊断简易诊断n电机的振动简易诊断一般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定期、定点，单一频段内的总振级的测量n仪器频响范围一般为1

31、01000Hz，n对于电机的振动是否正常作出迅速评价二、电机振动的诊断 1. 电机振动的简易诊断电机振动的简易诊断 二、转子绕组不平衡引起电磁振动 2. 电机振动的精密诊断之一：电机振动的精密诊断之一：利用数据采集器、计算机和专用诊断软件利用数据采集器、计算机和专用诊断软件 二、转子绕组不平衡引起电磁振动 3. 电机振动的精密诊断之二：电机振动的精密诊断之二：利用测振和信号分析仪器作精密诊断利用测振和信号分析仪器作精密诊断 三、轴承振动的诊断实例分析 三、电机轴承振动的诊断实例分析n某燃机电厂燃气轮机,带联合循环双压凝汽式汽轮机、双水内冷发电机,发电机型号为QFS60MW。n新机调试期间,联合

32、循环机组启动冲转接近3000 r/min时突发振动。发电机轴承座水平振动从20m跳升至80m并剧烈波动,轴瓦内有“咚咚”的撞击声,现场机组平台感觉明显跳动,噪声巨大。n现场实测发电机振动明显高于汽轮机。紧急停机后现场人员并未查出振动原因,多次开机突发振动现象依旧重复发生,调试工作陷入停顿。n该突发振动主要特征是与转速有关,当转速上升至 2700 r/min以上时,振动随即发生,见下页图。三、电机轴承振动的诊断实例分析n该联合循环机组轴系由汽轮机及发电机转子组成,共有4个径向支撑轴承。n为查明振动原因、消除故障,安装了振动采集分析系统。在发电机前后轴承加装了轴振动涡流探头和轴承座水平振动速度探头

33、。n对机组启动过程进行了全面测试,得到了下列振动分析图谱：三、电机轴承振动的诊断实例分析(1)轴相对振动级联图(如下图)转速超过2 700 r/min后,振动迅速增大,产生产生20Hz的低频分量的低频分量,且随转速上升,低频分量频率变为同步频率工频的45% 40%。三、电机轴承振动的诊断实例分析(2)轴相对振动波特图(如下图)突发振动发生在转速上升至突发振动发生在转速上升至2 700 r/min以上。以上。三、电机轴承振动的诊断实例分析(3)轴相对振动极坐标图(如下图)发电机转子一阶临界转速在1200至1500 r/min,20Hz低低频分量即为转子第一临界频率。频分量即为转子第一临界频率。三

34、、电机轴承振动的诊断实例分析(4)轴相对振动时间波型图与频谱图(如下图)，占主要频率成分的低频分量。占主要频率成分的低频分量。三、电机轴承振动的诊断实例分析(5)轴承座水平振动与垂直振动相比,水平振动比垂直振动大水平振动比垂直振动大2倍倍(如图)。三、电机轴承振动的诊断实例分析振动原因分析：振动原因分析： 振动图谱反映了该发电机的突发振动，完全符合油膜油膜振荡振荡的特征：(1)频谱特性与转速区域 根据振动频谱很容易识别油膜涡动不稳定,其出现时的其出现时的振动频率为同步振动频率的振动频率为同步振动频率的40% 48%，接近转速频率的一半, 通常与转速有关。通常一旦发生油膜振荡通常一旦发生油膜振荡

35、,无论转无论转速继续升至多少速继续升至多少,涡动频率将总保持为转子一阶临界转速涡动频率将总保持为转子一阶临界转速频率。频率。(2)振动方向 涡动和油膜振动均发生在滑动轴承径向滑动轴承径向,一般情况下轴承座水平径向振动最为敏感水平径向振动最为敏感。三、电机轴承振动的诊断实例分析三、电机轴承振动的诊断实例分析振动原因分析（续）振动原因分析（续）(3)油膜振荡的突发性和持续性 油膜振荡是一种自激振动,维持振动的能量是由转轴旋转产生的,不受外界激励力的影响,油膜振荡具有惯性油膜振荡具有惯性效应效应,一旦发生,油膜振荡就在较宽的转速范围内存在,转速变化量小时,油膜振荡不会消失。三、电机轴承振动的诊断实例

36、分析针对该突发振动的发电机：（1）当转速超过2 700r/min后,振动迅速增大,出现20Hz的低频分量,且随转速上升,低频分量频率不变,为同步频率工频的45% 50%。、（2）20 Hz低频分量即为转子第一临界频率。符合油膜振荡的频率转速特性。（3）实测该发电机轴承座振动,水平振动达到垂直振动2倍,符合水平径向振动敏感的特性。该发电机油膜振荡发生亦突然,继续升速不会消失。油膜振荡的产生分析：(1)轴系结构设计 它影响转轴的刚度,即影响临界转速,同时也影响转轴的载荷分布及轴的挠曲程度。(2)轴承载荷分配 汽轮发电机组轴系安装是在转子不旋转的状态下,按制造厂家提供的挠度曲线和规范,调整轴承中心位

37、置对正的。(3)轴承进油温度 油温对油膜振荡有很大的影响,当其它条件不变时,油温高则油的粘度低,最小油膜厚度变小,轴承的工作点、油膜刚度和阻尼系数都将发生变化。一般情况下,油温高,最小油膜厚度小,偏心率大,轴承不易产生油膜振荡,即稳定转速提高的缘故。三、电机轴承振动的诊断实例分析油膜振荡的产生分析（续）：(4)轴瓦间隙 轴瓦间隙影响轴承的稳定性,主要是由于影响轴承运行的最小同隙,最小间隙是稳定工作的重要依据。最小间隙越小,轴承工作越稳定。(5)轴瓦形式 常见形式有圆筒瓦、椭圆瓦、可倾瓦等。从稳定性来说,椭圆瓦优于圆筒瓦。(6)轴承比压 提高比压,可以提高轴瓦的稳定性。减小轴承长径比也有同样效果

38、。三、电动机轴承振动的诊断实例分析三、电动机轴承振动的诊断实例分析进一步分析：n 该突发振动的发电机系成熟机型,从设计角度轴瓦的稳定性是有保证的；n作为调试新机组发生问题,安装过程是薄弱环节，传统的手工刮瓦工艺很可能是“罪魁祸首”。n通过对安装过程的了解和对轴瓦的解体检查,果然发现发电机前后轴瓦都被过度修刮,侧隙比标准值大0. 5 mm,顶隙比标准值大0. 3 mm。显然过大的间隙严重降低了轴系的稳定性,致使油膜振荡的发生。三、电动机轴承振动的诊断实例分析采取措施：采取措施： 针对该发电机轴瓦过度修刮的情况,采取了更换新轴瓦的措施。根据制造厂工艺要求,轴瓦型线已高精度加工,不许修刮,仅在下瓦进

39、油孔斜面略为放大,增加油量。新瓦更换后机组再次启动,振动稳定,油膜振荡完全消除。第三章 发电机诊断实例分析诊断实例诊断实例1某发电机定子绕组绝缘降低的某发电机定子绕组绝缘降低的查找及处理查找及处理 发电机型号：TQC5466/2，额定输出电压6.3KV（1）事故现象n大修后，在进行发电机热状态下直流耐压试验时（按照试验规定先进行直流耐压试验，后进行交流耐压试验。直流耐压试验电压按照要求为发电机额定电压的2.5倍，即15750V，持续时间1min），B、C两相顺利通过了试验要求。n在进行A相耐压试验过程中，试验电压达到了规程规定的耐压值，当耐压时间到30s时，试验设备击穿灯亮，试验设备自动断开了

40、试验电源。n当时考虑到可能存在电压波动或其他外部原因。经再次升压试验，试验电压升到8000V时，试验设备再次自动跳闸。 诊断实例诊断实例1某发电机定子绕组绝缘降低的某发电机定子绕组绝缘降低的查找及处理查找及处理现象分析：预判断：A相定子绕组绝缘下降 n为彻底排除外部原因，对发电机引出线进行了彻底清扫，拆除出线电流互感器连接线，缩小试验范围，再次试验，电压升到7500V跳闸。断定：发电机A相定子绕组绝缘不合格。（2）故障点查找 在发电机定子绕组两端安排多人采取听或看的办法查找故障点，均未发现。（击穿电压降到5000V） 采用2500V兆欧表测量绝缘电阻时，还有很高阻值，表明发电机故障点的绝缘尚未

41、完全破坏。 A、利用电容器放电来查找故障点：一个保护球隙，一个10KV电容器及一个高压硅堆。考虑到现场无高压硅堆，采用交流试验仪对发电机进行试验，电压升到5000V时，跳闸； B、测发电机绝缘电阻，用2500V兆欧表测量，降为零；500V兆欧表测量，还有0.5兆欧； C、利用电焊机进行查找，将电焊机的输出线一端接到发电机引出线的A相上，另一段对地点碰，电流调到260A，故障点暴露。 诊断实例诊断实例1某发电机定子绕组绝缘降低的某发电机定子绕组绝缘降低的查找及处理查找及处理 （3）故障处理 TQC5466/2型的发电机，定子54槽，双叠绕组，其中1-9号槽的上部和28-36槽的下部为A相绕组。故

42、障点暴露在第六槽的中间部位，有点出乎意料（此类故障多发生于发电机槽口处）。将第六槽上层从槽中取出，使用2500V兆欧表测量绝缘电阻，达2500M。再利用直流发生器对发电机A相进行直流泄漏电流试验，为3A，证明故障点在此。 诊断实例诊断实例1某发电机定子绕组绝缘降低的某发电机定子绕组绝缘降低的查找及处理查找及处理 诊断实例诊断实例1某发电机定子绕组绝缘降低的某发电机定子绕组绝缘降低的查找及处理查找及处理故障处理：n更换线棒，由于每一个线棒都由六层扁铜线并接而成，每一层都有层间绝缘。因此在处理焊接后的接头层间绝缘时，先用云母将每一层绝缘隔开，再用瓷粉及胶木粉和绝缘清漆胶合后，浇灌在每一层中间，利用

43、热风机烘干。n再进行绝缘电阻、直流耐压试验，均符合规程规定要求。发电机型号：QFS100-2，双水内冷汽轮发电机，额定输出电压10.5KV（1）事故现象 集控室预告信号屏显示“发电机一点接地保护”（2）原因查找与分析 A. 停机前检查 n 对一次回路进行清扫，沿电缆进线全面检查，未发现转子外回路有绝缘损坏现象；n用压缩空气对转子集电环进行彻底清扫，经多次吹扫，转子接地情况未见好转，确认接地点在发电机内部； 诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障的查找某发电机转子接地故障的查找及处理及处理 诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障的查找某发电机转子接地故障的查找及处理及处理 A. 停机前检查 （续

44、）n将发电机转子一点接地二次回路中的仪器测量回路与二次回路断开，转子接地未消除；n测量转子正负极对地电压分别是，正极对地电压2V，负极对地电压204.6V，正负极间电压206.7V，测量点为转子集电环处，将转子一点接地保护回路中的刀开关断开后，转子一点接地保护复归，初步表明保护装置动作正确；n为进一步检验保护装置动作的正确性，在灭磁开关处断开转子一点接地保护用的刀开关，将电阻箱接入转子保护回路校验保护装置，在电阻为10K时，转子一点接地保护动作，动作正确。诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障的查找某发电机转子接地故障的查找及处理及处理B. 机组解列后的检查n 将转子进线电缆全部解开，用500

45、V兆欧表测得绝缘电阻为500M，二次回路绝缘为150M，进一步排除了外部回路接地故障。n在盘车状态，检查集电环外观无异常；n对集电环及通风孔进线清扫后，用万用表测得转子集电环对地电阻值为0.566 M。n停机后，用撬杠撬转子集电环正极引线，并随时监测正极对地电阻值，无变化，确认接地点在转子内部。n同时对发电机引出线处及集电环处进行彻底清理，并对集电环及引线清理后用无溶剂胶进行涂刷，清理后测量绝缘电阻上升为8 M，即在停机状态下故障消失。诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障的查找某发电机转子接地故障的查找及处理及处理B. 机组解列后的检查（续）n 开机冲转，在各种转速下检查转子绝缘，在升速过程

46、中监视转子绝缘电阻，在1000r/min时用万用表测量为60K；在1200r/min时为3K。n转速降到零，再用250V兆欧表测得绝缘电阻为0.5M。判断转子接地为动态接地。诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障的查找某发电机转子接地故障的查找及处理及处理C. 故障点查找n 采用在正负极间加交流电流进行反复冲击的方法将动态接地发展为永久性接地。n分别用5A、10、 15交流电在不同转速下进行反复冲击，同时用万用表监视转子对地电阻。n经多次冲击后，转速降到零，测量短引线对地电阻为18.8 ，长引线对地电阻为18.5 ，转子已成稳态接地。（交流冲击法时，电流最大不宜超过15A，并随时监视转子对地电

47、阻）。诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障的查找某发电机转子接地故障的查找及处理及处理C. 故障点查找（续） 用直流压降法判断转子接地位置，接线如下图，在正负极间加电压为54.5V，电流为362A，测得正极对地电压为25.5mV，负极对地电压为54.5mV，初步判断转子接地在正极附近。 诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障的查找某发电机转子接地故障的查找及处理及处理C. 故障点查找（续） 拔出转子后，用轴流发查找接地点位置，接线如下图，采用直流电焊机给转子通直流电流。用检流计查找转子接地位置，显示接地点在小互环下面（注，为保护检流计，应在检流计回路串入电阻箱，并根据检流计指针调节电阻箱大小

48、）。诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障的查找某发电机转子接地故障的查找及处理及处理（3）故障处理n 将转子小互环拔下，外部检查引水管无泄漏水痕迹，用撬杠撬小互环下的引线，同时用万用表监视，发现接地电阻有明显变化，将固定引线的上部绝缘板取出，发现绝缘板下部有明显的碳化，闻空内有焦糊味，确诊接地位置就在短引线的拐角处。n 短引线是穿过转子中心孔，然后拐到转子表面，由于制造厂家将引线穿好后，在固定引线时，为将引线外部用绝缘板把引线与转子内孔表面分开，同时在灌环氧树脂时上部没有灌实，使得引线上部绝缘在拐角处与转子中心孔内壁靠近，电机运行时，在离心力的作用下引线绝缘与转子中心孔内壁摩擦，导致绝缘磨损

49、，出现动态接地。诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障的查找某发电机转子接地故障的查找及处理及处理（3）故障处理（续） 将对轮、轴套、集电环拔下，用工具将故障引线抽出，并清理短引线在转子中心孔内的绝缘材料，包扎引线绝缘，穿引线，做引线试验，测得对地绝缘为1550M，转子绕组对地绝缘为100 M，对引线进行交流耐压3600V、1min合格后，进行引线绝缘固化。回装轴套、集电环、对轮，对转子绕组试验，测得绝缘电阻为1550M，直流电阻为0.162，交流阻抗为10.28，交流耐压1000V，1min合格，进行水压试验合格。回装风扇及小护环，修理完毕。 点炉、冲转，测转子绝缘电阻、交流阻抗合格后，升高

50、至额定电压测试轴电压正常，机组并网。第四章第四章 电动机故障诊断电动机故障诊断一、电动机常见异常（故障）一、电动机常见异常（故障）1. 电动机温升过高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接误接成接接误接成接n转子装错转子装错(极数少的转子装进了极数多的定子内极数少的转子装进了极数多的定子内)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

51、，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绕组的线圈组接反绕组的线圈组接反n应串联的线圈组错接成了并联应串联的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)二、定子绕组故障精密诊断二、定子绕组故障精密诊断实例实例. 基于三相电流之间的相位差的诊断基于三相电流之间的相位差的诊断1. 基于三相电流之间的相位差的诊断基于三相电流之间的相位差的诊断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的分析对定子绕组故障的分析判据：三相电流

52、之间的相位差判据：三相电流之间的相位差实例实例. 基于三相电流之间的相位差的基于三相电流之间的相位差的诊断诊断正常状态时的电流谱图正常状态时的电流谱图 实例实例. 基于三相电流之间的相位差的诊断基于三相电流之间的相位差的诊断绕组匝间短路（绕组匝间短路（5匝）时的电流谱图匝）时的电流谱图 实例实例. 基于三相电流之间的相位差的基于三相电流之间的相位差的诊断诊断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此外，在基波两侧出现频率分别为此外，在基波两侧出现频率分别为25Hz和和75Hz的边频带的边频带 n所以：电机定子绕

53、组发生匝间短路时，电机定子绕组发生匝间短路时，定子电流中的定子电流中的高次谐波明显增强高次谐波明显增强；绕组；绕组的自感、互感发生变化，三相电流之间的自感、互感发生变化，三相电流之间的的相位差相位差亦发生变化亦发生变化。 实例实例. 基于三相电流之间的相位差的基于三相电流之间的相位差的诊断诊断n互相关分析：互相关分析：实例实例. 基于三相电流之间的相位差的诊断基于三相电流之间的相位差的诊断n定子电流互相关分析：定子电流互相关分析：n正常正常 故障故障 实例实例. 基于三相电流之间的相位差的基于三相电流之间的相位差的诊断诊断n互相关分析结果：互相关分析结果：n相位差由相位差由6.48ms变为变为

54、7.73ms，即相位，即相位差由故障前的差由故障前的116.1变为故障后的变为故障后的139.1。四、转子绕组故障精密诊断四、转子绕组故障精密诊断1.1.基于稳态电流基于稳态电流n当发生转子断条故障时，在定子电流中将出现当发生转子断条故障时，在定子电流中将出现 频率的附加电流分量。频率的附加电流分量。n这一频率的电流分量为转子断条故障的特征分量。这一频率的电流分量为转子断条故障的特征分量。n因为定子电流信号易于采集，所以，基于快速傅里叶变因为定子电流信号易于采集，所以，基于快速傅里叶变换换(FFT)的定子电流信号频谱分析方法被广泛应用于转子的定子电流信号频谱分析方法被广泛应用于转子断条故障的在

55、线检测。断条故障的在线检测。1(1 2)ks f实例实例1.1.基于稳态电流基于稳态电流实例实例2.2.基于起动电流基于起动电流实例实例3.3.起动电流特殊分量起动电流特殊分量实例实例4.4.失电残压失电残压实例实例4.4.失电残压失电残压第五章 电机红外诊断第五章 电机红外诊断 一、红外诊断基础一、红外诊断基础 1.红外线位置2. 红外测温具有下列特点(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的温度。(4)可测小目标：最小可测出直径为7.5um的目标温度。(5) 不接触被测物体，不破坏其温度场。(6)测距可远可近。

56、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 1）知道被测物的发射率）知道被测物的发射率（2 2）被测物的辐射能充分抵达红）被测物的辐射能充分抵达红外探测器外探测器（3 3）消除背影噪声）消除背影噪声（1 1）测温设备与被测物间良好）测温设备与被测物间良好接触接触（2 2）接触测温时，被测物温度）接触测温时，被测物温度不应有显著变化不应有显著变化优优 点点（1 1）非接触，对被测物体无影响）非接触，对被测物体无影响（2 2）可测运动中的物体）可测运动中的物体（3 3）可测瞬态温度）可测瞬态温度（4 4）可对点、线、面测温）可对点、

57、线、面测温（5 5）可测绝对温度，也可测相对）可测绝对温度，也可测相对温度温度（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 1）对）对小目标小目标的温度不能测的温度不能测（2 2）不能测）不能测运动中运动中的目标的目标（3 3）不适于测）不适于测瞬态瞬态温度温度（4 4）测温）测温范围范围不够宽不够宽（5 5）在生产过程中，不便于同）在生产过程中，不便于同时测时测多个目标多个目标4.红外热像仪n红外热像仪（热成像仪或红外热成像仪）：是通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，并可以对温度值进行计算的一种检测设备。n红外热像仪能够将探测到的热量精确量化，不仅能