现代传感与电力系统在线监测：第4章-电机的在线监测与诊断

1、第4章电机的在线监测与诊断21.1.大规模化石能源利用只是人类历史长河中的一朵浪花大规模化石能源利用只是人类历史长河中的一朵浪花2.2.新能源将成为未来的主流能源；新能源将成为未来的主流能源；32017年年4月月21日，英国自工业革命以来首次全天无煤发电，政府日，英国自工业革命以来首次全天无煤发电，政府官员及气候保护人士认为这是一个具有分水岭标志的历史事件。官员及气候保护人士认为这是一个具有分水岭标志的历史事件。世界单机容量最大的水轮发电机组金沙江向家坝水电站1号机组1号机组转子直径达18.97米，整体起吊重量超过2100吨，单机容量达80万千瓦世界最大单机容量核能发电机台山核电站1号1750

2、兆瓦核能发电机由中国东方电气集团东方电机有限公司完成制造，并从四川德阳市顺利发运。台山核电站是我国首座、世界第三座采用EPR三代核电技术建设的大型商用核电站，是中法两国在核能领域的最大合作项目。东方电机为台山核电站提供首期全部两台核能发电机，单机容量高达1750兆瓦兆瓦2013年建成的波浪发电机，名为Oyster（牡蛎）。该电厂位于北爱尔兰的斯特兰福德湾海域，这座巨型潮汐涡轮机的发电量达120万瓦，是目前全世界规模最大的一个潮汐涡轮机，发电量超过任何的潮汐涡轮机4倍。它将利用全世界潮汐流动最快速的海湾之一斯特兰福德湾的自然优势，满足附近1140户居民的用电需求。Vestas V164-8.0M

3、W风电机组全高220米，风叶长度为80米，风轮直径164米，扫掠面积21000平米。启动风速4米/秒，在11米/秒时，电力输出即可达到最大8百万瓦，转速在4.8 - 12.1rpm之间。电机故障电机故障维护的时候看看外表，没有问题异常的时候油油 量量对对 中齿齿 轮轮 受受 损损轴轴 承承 受受 损损轴轴 承承 的的 润润 滑滑松松 动失失 去去 平平 衡衡电机存在哪些问题电机存在哪些问题转子断条转子断条绕组劣化（短路）绕组劣化（短路）维修质量维修质量入库检查入库检查生产工艺生产工艺早期污染早期污染环境问题环境问题放电放电旋转电机的在线监测与诊断4.1 电机的故障特点电机的故障特点4.2 电机

4、电机局部放电局部放电在线监测在线监测4.3 电机的电机的振动振动监测监测4.4 发电机故障诊断实例发电机故障诊断实例4.5 电动机在线监测实例电动机在线监测实例4.1 电机的故障特点电机的故障特点故障诊断，必须对诊断对象的各种故障诊断，必须对诊断对象的各种性能、结构、各种参性能、结构、各种参数非常熟悉数非常熟悉。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。系统、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

5、一些附属结构（如风扇、换向器等）。属结构（如风扇、换向器等）。电机典型故障：电机典型故障：1、定子定子铁心故障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、绕组绕组绝缘故障绝缘故障原因：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、定子绕组定子绕组股线故障（发电机）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

6、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4.1 电机的故障特点电机的故障特点4、定子端部线圈定子端部线圈故障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、冷却水冷却水系统故障系统故障征兆：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起的放电引起的放电4.1 电机的故障特点电机的故障

7、特点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

8、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。4.1 电机的故障特点电机的故障特点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的转子离心力、大的负序暂态电流和转子不同心引起心

9、引起 征兆：轴承处过量的振动征兆：轴承处过量的振动4.1 电机的故障特点电机的故障特点4.2 电机局部放电在线监测电机局部放电在线监测电机放电类型：电机放电类型：1、电机绝缘内部放电、电机绝缘内部放电发生在绝缘层中间、绝缘与线棒导体间、绝缘与防晕层间的气隙或者气泡里。发生在绝缘层中间、绝缘与线棒导体间、绝缘与防晕层间的气隙或者气泡里。特别是绕组线棒导体的棱角部位。特别是绕组线棒导体的棱角部位。2、端部放电、端部放电端部振动引起固定部件松动，损坏防晕层，引起端部电晕；端部振动引起固定部件松动，损坏防晕层，引起端部电晕；端部并头套连接绝缘容易脱层形成气隙导致放电；端部并头套连接绝缘容易脱层形成气隙

10、导致放电；端部不同相的线棒之间的绝缘强度降低时导致相间放电；端部不同相的线棒之间的绝缘强度降低时导致相间放电；端部并头套连接的股线在运行中振动而断裂，形成火花放电，使股间绝缘烧端部并头套连接的股线在运行中振动而断裂，形成火花放电，使股间绝缘烧损，甚至发展为相间短路和多处接地故障。损，甚至发展为相间短路和多处接地故障。 4.2 电机局部放电在线监测电机局部放电在线监测电机放电类型：电机放电类型：3、槽部放电、槽部放电电机运行时，定子铁心的振动导致线棒固定部件（槽楔、垫条等）松动电机运行时，定子铁心的振动导致线棒固定部件（槽楔、垫条等）松动和防晕层损坏；和防晕层损坏；线棒和铁心接触点过热造成的应力

11、作用，也会破坏线棒防晕层；线棒和铁心接触点过热造成的应力作用，也会破坏线棒防晕层；上述原因使得线棒表面和槽壁或者槽底之间产生空隙，失去电接触，从上述原因使得线棒表面和槽壁或者槽底之间产生空隙，失去电接触，从而产生高能量的电容性放电。放电形式可能是电晕、滑闪放电，甚至是而产生高能量的电容性放电。放电形式可能是电晕、滑闪放电，甚至是电弧放电。电弧放电。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日本中央电气研究所规定允许放电量为3.2104pC-3.5104pC；

12、n我国: 放电量的报警值可考虑在106pC-107pC。监测系统的可监测的最小危险放电量应在数万pC或者更高。 由于电机的放电量大，所以现场虽然也有电磁干扰，但是与变压器相比，其信噪比要高得多。局部放电监测灵敏度n局部放电检测原理：伴随放电产生的电、声、光、温度和气体等各种理化现象。n电测法n高频电流传感器n电容耦合器n特高频天线（射频、微波段）n非电测法n声发射法n红外法（热成像法）n紫外法局部放电信号传感器n应用于周期性维修，不属于状态维修。n局部放电是引起许多定子绕组绝缘故障产生的原因，也是早期故障早期故障的重要信号的重要信号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

13、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MHz（射频段）n使用可以测量高频信号的仪器就可以探测到PD脉冲电流。一、电机局放试验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。一、电机局放试验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

14、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。 一、电机局放试验一. 电机离线时局部放电测量 n测量系统由施加试验电压试验电压和高频电压检测高频电压检测两部分组成（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。一. 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

15、：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。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。一.

16、电机离线时局部放电测量一. 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C1018maxQ二. 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)

17、，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二. 发电机局放在线监测系统二. 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。 三、电机局部放电诊断1）电机局部

18、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、三、电机局部放电诊断2） 相位-放电量-重复率三维特性 给出了相位、放电量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。

19、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。qnqn三、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。三、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

20、征归纳如下。放电类型放电类型不同极性的不同极性的q-n谱图特征谱图特征放电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。三、电机局部放电诊断-实例分析A. 利用局部放电在线监测系统在实验室做线棒放电试验。时域和频域波形三、电机局部放电诊断-实例分析A. 利用局部放电在线监测系统在实验室做线棒放电试验。三、电机局部放电诊断-实例分析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

21、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三、电机局部放电诊断-实例分析B. 电厂机组现场测试三、电机局部放电诊断-实例分析B. 电厂机组现场测试三、电机局部放电诊断-实例分析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

22、间气隙放电（槽放电）。B. 电厂机组现场测试三、电机局部放电诊断-实例分析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通过振动的测量分析，揭露出设备内部隐形缺陷4.3 电机的振动监测n一、电机的振动监测基础知识n二、电机振动监测方法n三、电机振动监测实例4.3 电机的振动监测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

23、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。n一、电机的振动监测基础知识一、电机的振动监测基础知识1.1. 电机振动异常主要原因(6) 滑动轴承由于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。

24、(9) 安装安装时，轴线不对称不对称引起振动。(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）特征振动频率为电源频率的2倍。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。振动可以在定子机座和轴承上测得。振动与机座刚度和电机的负载有关。 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

25、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。对定子电流频谱图中，基频两边出现边频。同步电动机励磁绕组匝间短路，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 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

26、: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

27、，负载增加负载增加，脉动脉动节拍加快节拍加快。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、电机振动诊断方法4.3 电机的振动监测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101000Hz，n对于电机的振动是否正常作出迅速评价1. 电机振动的简易诊断电机振动的简易诊断 2. 电机振动的精密诊断电机振动的精密诊断利用数据采集器、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 位移传感器、速度传感

28、器和加速度传感器。三、轴承振动的诊断实例分析 4.3 电机的振动监测三、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

29、。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。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

30、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、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

31、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,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

32、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

33、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

34、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。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

35、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。4.4 发电机故障诊断实例诊断实例诊断实例1某发电机定子绕组绝缘故障诊断某发电机定子绕组绝缘故障诊断发电机型号：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

36、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故障诊断某发电机定子绕组绝缘故障诊断现象分析：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

37、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

38、缘故障诊断某发电机定子绕组绝缘故障诊断（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故障诊断某发电机定子绕组绝缘故障诊断诊断实例诊断实例1某发电机定子绕组绝缘故障诊断某发电机定子绕组绝缘故障诊断故障处理：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

39、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诊断某发电机转子接地故障

40、诊断 诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障诊断某发电机转子接地故障诊断 A. 停机前检查 （续）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诊断某

41、发电机转子接地故障诊断B. 机组解列后的检查n 将转子进线电缆全部解开，用500V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诊断某发电机转子接地故障诊断B. 机组解列

42、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诊断某发电机转子接地故障诊断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

43、时，电流最大不宜超过15A，并随时监视转子对地电阻）。诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障诊断某发电机转子接地故障诊断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，在正负极间加直流电流，测量正、负滑环对转子本体的电压和正、负滑环之间的电压，测得正负滑环之间电压为54.5V，电流为362A，测得正极对地电压为25.5mV，负极对地电压为54.5V，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诊断某发电机转子接地故障诊断C. 故障点查找（续） 拔出转子后，用轴流法查找接地点位置，接线如上图，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，当移

44、动到检流计的指示值为零时，该处即为绕组接地点所在截面的轴向位置，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）。诊断实例诊断实例2某发电机转子接地故障诊断某发电机转子接地故障诊断（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

45、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，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诊断某发电机转子接地故障诊断（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，升高至额定电压测试轴电压正常，机组并网。4.