电气设备故障诊断各类故障的特征量(非电量)

电气设设备故故障诊诊断第四讲讲：各各类故故障的的特征征量（2.非电电量））序：非电量量在电电气设设备诊诊断中中的应应用设备运运行状状态量量中的的非电电量包包括机机械量量信号号及各各种化化学信信号等等。机械量量信号号有：：①与与生产产功能能无直直接关关系的的信号号，如如振动动、声声音、、轴承承温度度等；；②与与生产产功能能有直直接关关系的的信号号，如如汽轮轮机的的汽压压、汽汽稳、、转速速等。。化学信信号视视具体体的设设备和和故障障机理理有许许多种种，如如绝缘缘油含含烃量量、润润滑油油酸阶阶等。。非电量量的监监测在在电气气设备备故障障诊断断中有有着重重要的的应用用，并并产生生了许许多新新兴的的测量量技术术、仪仪器仪仪表技技术、、信号号处理理与分分析技技术非电量量监测测装置置的研研制和和开发发是故故障诊诊断学学的重重要内内容。。表征电电气设设备故故障常常用的的非电电特征征量：：振动与与声响响温度与与温升升压力、、位置置及变变化绝缘分分解物物、水水含量量、机机械杂杂质等等一、振动与与声响响发电机机的振振动振动状状态是衡量量发电电机能能否持持续可可靠运运行的的重要要指标标。对运行行中的的发电电机组组而言言，明明显超超过允允许幅幅值的的振动动，将将会导导致转转子滑滑环和和电刷刷磨损损加剧剧以及及产生生环火火；使使机组组连轴轴器不不能正正常工工作；；严重重时将将会导导致机机组密密封系系统的的破坏坏，连连接部部件松松动和和应力力增大大；并并危及及基础础部分分。振动加加剧往往往是是机组组发生生事故故的前前兆。发电机机的振振动一一般分分为机机械振振动和和电磁磁振动动两种种。仅就电电磁振振动就就有以以下的的原因因：①转子子绕组组匝间间短路路；②定、、转子子间气气隙不不均匀匀；③定子子铁心心组装装接合合处松松弛；；④转子子中心心位置置偏移移；⑤不对对称负负荷以以及机机组在在转子子临界界转速速下的的共振振、轴轴系扭扭振、、油膜膜振荡荡和油油膜涡涡动、、电磁磁谐振振等。。加强对对不同同振动动异常常的识识别才才能诊诊断出出引发发此故故障的的真正正原因因。对发电电机振振动进进行评评价分分轴承承振动动和轴轴振动动两种种形式式，衡衡量指指标是是振动动的相对位位移和绝对位位移值值。由于汽汽轮发发电机机的轴轴比轴轴承等等其它它部位位具有有更大大的振振动位位移量量，因因此，，对轴轴振动动的测测量更更能准准确地地评价价和分分析机机组的的振动动情况况。一、振动与与声响响发电机机的振振动发电机机组的的扭振振在轴旋旋转方方向上上产生生的振振动称称为扭扭转振振动，，简称称扭振振。在由多多个旋旋转组组件组组成的的轴系系中，，如果果传递递扭矩矩不恒恒定，，存在在交变力力矩，能引引起扭扭振；；轴上上扭矩矩的突突然增增加或或释放放，也也产生生轴系系扭振振。大型汽汽轮发发电机机具有有细长长的、、分布布质量量———惯性性矩轴轴系，，在正正常工工况下下，轴轴系传传递转转矩和和转速速都是是十分分稳定定的。。当电网网故障障，突突然短短路或或油开开关突突然跳跳闸时时，轴轴系中中出现现很高高的交交变应应力和和扭转转变形形，而而产生生扭振振。这这种随随机扭扭振，，对汽汽轮机机和发发电机机具有有很大大的危危险性性。负序电电流，，产生生的旋旋转磁磁场方方向与与正序序的相相反，，产生生2f1的交变变扭矩矩，作作用于于机组组轴系系引起起扭振振。因因为2f1>f1又称超超同步步、强强迫扭扭振。。电力系系统次次同步步振荡荡的影影响。。如采采用串串联补补偿电电容器器时，，同步步发电电机参参数与与电力力系统统参数数之间间发生生电感感电容容振荡荡，将将产生生自激激磁现现象，，引起起扭振振。振动与与故障障的关关系对于旋旋转机机械，，振动动量是是重要要的运运行状状态特特征，，一切切正常常的旋旋转机机械都都会或或多或或少地地发生生它自自己特特有规规律的的振动动（正正如人人体的的脉搏搏）。。异常振振动是是机械械内部部缺陷陷的表表征。当设备备内部部出现现故障障、零零部件件产生生缺陷陷、装装配和和安装装情况况发生生变化化时，，其振动动的振振幅值值、振振动型型式及及频谱谱成分分均会会发生生变化化，不同同的缺缺陷和和故障障，其其引起起的振振动方方式也也不同同。设备缺缺陷带带来异异常振振动，，通过过对振振动的的测量量分析析，可可以揭揭露设设备内内部隐隐形缺缺陷的的存在在和发发展情情况，，有利利于及及时检检修防防止缺缺陷蔓蔓延与与发展展。对异常常振动动不及及时治治理，，也会会促使使设备备连结结部件件松动动、材材质疲疲劳而而导致致设备备的损损坏。。振动与与故障障的关关系振动所所表示示的设设备缺缺陷很很多，，旋转转机械械的大大部分分故障障都可可以从从振动动中表表现出出来。。例如，，静或或动不不平衡衡；轴轴系不不对中中；转转子轴轴承损损坏；；部件件联结结部分分松动动；轴轴承润润滑不不良；；动静静部件件间发发生摩摩擦、、碰撞撞；气气穴；；固体体冲击击等等等。振动的的基本本参数数：：周期振振动（（简谐谐运动动）———位位移，，速度度，加加速度度、相相位角角、频频率和和振动动力其它如如准正正弦振振动（（增长长或衰衰竭）），冲冲击振振动，，不规规则的的随机机振动动振动量量不是是一个个恒定定值，，而是是按周周期反反复出出现的的波动动信号号，或或是由由相同同频率率、不不同振振幅的的信号号以及及不同同频率率的信信号相相互叠叠加的的复杂杂波形形。每个振振动均均能用用振动动位移移峰峰峰值（（从振动波波的最最高点点——波波峰到到最低点点——波波谷之之间的的直线线距离离）、、平均均值、、有效效值等等多种种形式式表示示。振动与与故障障的关关系低频时时振振动体体的振振动强强度与与位移成正比比中频时时振振动强强度与与速度成正比比（电电机振振动的的主要要频率率范围围）高频时时振振动体体的振振动强强度与与加速度度成正比比如汽轮轮发电电机，，以及及转速速在100r/s以下的风机机、水泵等等辅机的滑滑动轴承，，常用振动动位移的峰峰峰值或振振动速度的的有效值（（振动烈度，直接表示示振动动量量，反映的的是设备在在振动下可可能遭受振振裂破坏的的危险程度度，反映设设备振动对对人体和周周围环境的的危害）表表达。如对于高频频振动或要要求传感器器必须在100℃以以上工作时时，则采用用振动加速速度有效值值表示。振动与故障障的关系强迫振动受外力的激激励作用而而产生。特特点是振动频率同同步于外来来激振力频频率（如旋旋转机械的的转速）或或等于它的的整数倍；振动的峰峰值出现在在比较窄的的范围内，，即轴的临临界转速；；加大振动动系统的阻阻尼仅使振振动峰值增增减，不影影响其频率率；激励来来源于转子子不对称、、不平衡或或外力的影影响。自激振动依靠运动体体本身不断断为激励振振动提供能能量。最大大特点是激振频率接接近于转轴轴的一阶临临界转速。表现为转转轴以轴心心为中心高高速转动同同时又以低低频速度作作弓状回转转运动或称称甩转（涡涡动、进动动）。振动频率基基本在一定定范围内，，和运动频频率及外力力的周期无无关；在某种转速速（发振转转速）下振振动突然加加剧；如果加大振振动阻尼，，发振转速速将上升，，但和振动动频率无关关。振动与故障障的关系轴振动的特特点：位移峰峰值值直接表示示转子在机机体内的位位置变化，，可以大致致推断出转转子与固定定部件如汽汽封等有无无摩擦的危危险；在低速下可可以测出测测点位置的的轴颈椭圆圆度或转子子的弯曲值值；可测取轴心心轨迹，对对分析油膜膜振荡等故故障较有效效。轴承振动的的特点：间接显示机机组振动位位移情况，，如采用振振动速度传传感器或加加速度传感感器，可以以得到振动动速度的有有效值（振振动烈度）），有利于于对振动量量作出评价价；装置于轴承承盖上，利利于检查、、拆装和维维护。振动与故障障的关系考核轴振动动的变化当当传感器器支撑结构构的绝对振振动小于转转轴相对振振动的20%时，转转轴相对振振动或绝对对振动都可可以作为转转轴振动量量参数；否否则，要进进行转轴绝绝对振动测测量。如转转轴绝对振振动值大于于相对振动动值，绝对对振动是测测量参数。。评定转轴与与非转动部部件之间的的气隙转转轴相对振振动作为动动静间隙的的测量参数数。转子在临界界转速下的的共振；不不平衡振动动及转子缺缺陷引起的的振动；油膜振荡和和油膜涡动动；摩擦引引起的振动动；轴系扭扭振一、振动与声响响发电机的振振动发电机组的的扭振电力变压器器的异常声响变压器正常常运行时，，由于交流流电通过变变压器绕组组，在铁芯芯中产生周周期性的交交变磁通，，引起铁芯芯片的磁致致伸缩，铁铁芯叠片间间的磁应力力以及线圈圈间的电磁磁应力引起起振动，变变压器发出出轻微的连连续的“嗡嗡嗡”声音音和振动（（属正常声声响），有有其固有频频率。发生故障时时，其频率率也发生变变化。如果果研究出异异常、故障障与频率的的相互关系系，利用该该关系可作作为故障诊诊断的手段段。当变压器内内部或外部部发生故障障时，电流流波形发生生变化，除除基本波形形即正弦波波外，将产产生各次谐谐波，导致致杂音。即即属于不正正常现象，，必须查明明原因并消消除。根据据异常情况况的不同，，发生异常常的原因主主要有：①声音均匀持持续，但比比平时明显显增大。电网发生单单相接地或或谐振过电电压、变压压器过负荷荷，使变压压器电流超超过额定值值，磁通增增加甚至饱饱和，铁芯芯振动加剧剧，发出大大而沉重的的“嗡嗡””声。②声音比平时时增大，且且有明显杂杂音。紧固部件如如内部夹件件、铁芯压压紧螺钉松松动，在电电磁应力下下引起硅钢钢片共振，，使振动增增强，能损损坏硅钢片片间绝缘，，引起铁芯芯局部过热热。③声音中夹杂杂“劈啪””的放电声声或不均匀匀的爆裂声声。多是由于绕绕组或引出出线对外壳壳闪络放电电，接地不不良或未接接地的金属属部件发生生静电放电电，变压器器内部绝缘缘击穿，产产生严重放放电。此时时应立即停停运并通知知检查。④声音中有像像水沸腾的的“咕嘟””声。变压器内部部发生匝间间短路或分分接开关接接触不良，，造成局部部严重过热热，使油温温急剧升高高沸腾。必须立即退退出运行进进行检修。。一、振动与声响响发电机的振振动发电机组的的扭振电力变压器器的异常声响其它电气设设备的异常声响电压互感器器的声音异异常电压互感器器中产生的的有游离放放电、静电电放电等原原因引起听听得见的““噼啪、咝咝”之类声声音；因螺螺栓、螺帽帽等的松动动引起的共共振声，等等。电流互感器器的声音异异常当电流互感感器开路时时，会发出出比正常时时大得多的的“嗡嗡””声。绝缘子的电电晕放电声声端子金具上上突出部分分的电晕放放电，被污污染的绝缘缘表面产生生的沿面放放电会发出出可听得见见的声音，，还有其它它如绝缘子子、套管的的龟裂和内内部缺陷等等原因噪声噪声是由不不同频率和和不同强度度的声波混混合而组成成的。描述述噪声的主主要参数有有：声速、、波长、频频率、声压压、声功率率、声场等等。在实际际测量中，，常采用参参数的相对对值，如声声压级、声声强级、声声功率级等等。频谱分分析能揭示示噪声的规规律性，反反映噪声的的各频率成成分（量值值、随时间间的变化规规律等）。。电机设备噪噪声源有：：电磁噪声声、空气动动力噪声、、机械噪声声、轴承噪噪声、电刷刷噪声等。。二、温度温度及温升升电机中运行行中内部进进行着能量量交换，同同时内部也也存在着能能量损耗。。各种损耗耗都转化为为热能，使使各部分发发热，使它它们的温度高于周周围介质的的温度，即即称为温升升。热能必须通通过冷却来来加强散发发，即必须须进行通风风冷却。电机设备在在运行中产产生的能量量损耗有：：基本铜耗耗（由于电电阻引起，，在传递能能量的电气气设备中同同样发生））、铁损（（涡流和磁磁滞损耗））、机械摩摩擦损耗、、励磁损耗耗以及杂散散损耗。当电气设备备内部存在在短路性故故障时，就就会在局部部产生温度度的急剧升升高，形成成所谓的局局部异常温温升。三种导热形式：：传导、辐射射、对流二、温度温度及温升升铁心过热点点交流电机定定子铁心和和电力变压压器的铁心心是磁路的的重要组成成部分，设设计时一般般采用较高高的工作磁磁密，由于于磁通是交交变的，为为了减少涡涡流和磁滞滞损耗，叠叠成铁心的的硅钢片都都是表面涂涂漆而相互互绝缘的，，当漆膜完完好、片间间绝缘良好好时，铁心心温度较低低，而且整个铁心温温度分布是是均匀的。当由于各种种原因破坏坏了铁心绝绝缘而造成成片间局部短路时时，短路的的局部区域域将产生较较大的涡流流而发热，进一步破破坏相邻部部分的片间间绝缘而使使故障进一一步扩大，，当环流增增大到一定定程度时，，将使硅钢钢片熔化、、局部高温温同时将破破坏绕组（（线圈）绝绝缘造成电电事故。早期特征是是铁心的涡流流和局部区区域的温度度过高。可通过红外外热成像准准确测量。。二、温度温度及温升升铁心过热点点绕组局部过过热点绝缘系统是是电机机械械和电气方方面较薄弱弱环节，电电机和变压压器的绕组组由于匝间间短路、股股线断裂造造成内部放放电，因绝绝缘磨损造造成局部漏漏电流增大大，线圈连连接焊接不不良导致局局部过热是是较常见的的故障。其其先兆是局部部温升高，，出现绝缘缘分解的异异味等。局部过热的的测量主要要有：分布布测点温度度测量（如如热电偶、、光纤温度度传感器））、红外热热成像、绝绝缘分解物物监测等手手段。二、温度温度及温升升铁心过热点点绕组局部过过热点变压器绝缘缘油油温异异常运行中的变变压器内部部的铁损和和铜损转化化为热能，，通过油循循环传导、、辐射等方方式向外扩扩散，当达达到热平衡衡状态时，，变压器内内部各部分分温度趋于于稳定。变压器顶层层油温计指指示变压器器上层的油油温。如果发现油油温超过标标准规定的的运行限度度，或者虽虽未超标但但比同样情况下下正常温升升超过10℃℃以上，则则认为变压压器上层油油温异常。。导致变压器器油温异常常的原因主主要有：①变压器内内部故障引引起的发热热剧增，发发热不平衡衡，油循环环死角。变压器绕组组的匝间短短路、线圈圈的放电、、铁芯及夹夹件的环流流、内部引引线接头发发热乃至铁铁芯起火等等都引起变变压器温度度异常增高高。②冷却装置置散热不正正常。冷却装置运运行不正常常或发生故故障，如潜潜油泵停运运、风扇损损坏、散热热管道积垢垢不畅、散散热器冷却却效果差等等都引起温温度升高。。二、温度温度及温升升铁心过热点点绕组局部过过热点变压器绝缘缘油油温异异常电力电容器器过热电力电容器器在运行中中，由于环环境温度的的升高及过过负荷，使使介质损耗增增加而发热热，从而引起起电力电容容器浸渍剂剂受热膨胀胀，增加对对外壳的压压力。当这种压力力长期增加加时，会造造成外壳的的塑性变形形，即胀肚现象，严重重时造成外外壳破裂。。同时，在在外壳裂缝缝处或焊接接薄弱处，，引出线瓷瓷套管与外外壳连接处处，瓷套的的顶部等处处会出现渗渗漏油。二、温度温度及温升升铁心过热点点绕组局部过过热点变压器绝缘缘油油温异异常电力电容器器过热绝缘端子过过热绝缘套管的的中心部位位贯穿着通通电流的导导体，此导导体经过套套管头部的的端子金具具与母线相相连接。当这种端子子连接不良良时，就会会发生过热热使端子变变色，绝缘缘寿命缩短短。采用红外线测测温计检测发发热情况热成像仪检测测热分布情况况。三、压力、位置及及变化电气设备在运运行中总有一一些可以观察察的诸如压力力、高度、位位置等物理量量，并要求保保持这些量在在一定的范围围内才能保证证电气设备的的可靠运行。。电气设备的的故障也将会会引起这些物物理量的变化化。绝缘油油位异常

变压器运行时油温的变化会使油体积变化，从而引起油位的上下移动。常见的油位异常如下：①假油位。如果变压器温度变化正常，而变压器油标管内的油位变化不正常或者不变化，则认为是假油位。造成假油位的原因有：油标管堵塞、油枕呼吸器堵塞、防爆管通气孔堵塞。②油位过低。变压器绝缘油起着绝缘与冷却的双重作用，因而，如果油位过低，增加了油和空气的接触，导线部分对地和相互间绝缘会降低，严重时使变压器绕组暴露于空气中，引起绝缘性能降低甚至烧毁。造成油位过低的原因大体有：严重漏油、缺油或变压器设计缺陷。三、压力、位置及及变化绝缘油油位异常绝缘子漏油

内部有绝缘油的绝缘套管，会由于瓷套管龟裂、过大的弯曲负载引起瓷套错位，或因密封材料老化等引起漏油。当漏油严重时，将引起套管绝缘的击穿，甚至导致装有套管的变压器、断路器、电抗器等损失。三、压力、位置及及变化绝缘油油位异常绝缘子漏油压力异常

发电机漏氢

发电机漏氢是国产100-200MW氢冷汽轮发电机普遍存在的问题。大量漏氢导致氢压下降，影响发电机冷却，从而限制发电机的出力。发电机漏氢的途径：外漏氢——通过泄漏点漏到机壳外的空气中；内漏氢——由于平衡阀性能不好，使氢侧油大量窜入空侧或密封瓦座结合面漏氢，氢气随回油而串入汽机主油箱。在发电机运行中，必须对空侧回油中含氢量进行监测。在水内冷发电机中，氢气漏入封闭导线或漏入空气冷却器的冷却水中，也是内漏氢。三、压力、位置及及变化绝缘油油位异常绝缘子漏油压力异常

发电机漏氢

水内冷发电机漏水

水冷却是发电机的重要冷却方式，须注意的特征量有：进水的温度、压力和流量、出水的温度、压力和流量以及温差如在发电机内部由于水管破裂而漏水，将导致冷却参数的变化。同时，漏水将严重地影响发电机内部的绝缘情况，造成重大的绝缘事故。四、分解物组成电气设备备的各组成部部分（如导体体、铁心等金金属构件、绝绝缘层等）在在温度、电磁磁场、电动力力、化学腐蚀蚀、机械力等等的作用下，，经过正常的的老化或异常常的加速分解解，产生一定定的化学成分分。对分解产生的的成分及产生生速率的连续续检测和分析析能够发现存存在于设备中中的非正常因因素——故障隐患。四、分解物绝缘分解物绝缘结构是各各种气体、液液体、固体绝绝缘材料的复复合系统。对对绝缘的应力力有：热、电电、环境和机机械因子。热老化过程分分为物理老化化过程和化学学老化过程。。物理老化大大致分为：①狭义的热老老化——单纯纯和热作用引引起；②氧化分解热热老化；③加水分解的的过程。化学老化指