電機

狀態監測與故障診斷電機

狀態監測與故障診斷1電機的故障特點與診斷內容故障識別必須對診斷對象的各種性能、結構、各種參數非常熟悉。電機包含有以下幾個獨立相互關聯的工作系統：電路系統、磁路系統、絕緣系統、機械系統和通風散熱系統。電機組成部分：定子、轉子、軸承裝置、底板及一些附屬結構（如風扇、換向器等）。一個故障在電機上常常表現出多種的故障征兆。也有幾個故障起因反映同一個故障征兆電機的故障特點與診斷內容故障識別必須對診斷對象的各種性能、結2籠型異步電動機因籠條斷裂時，就會出現振動增加，起動時間延長，定子電流擺動，電機滑差增加，轉速轉矩波動，溫升增高等故障征兆一臺直流電機運行中由于過載、機械振動、換向器變形、維護不當、濕度過低等諸原因，造成換向惡化故障。惡劣的環境和苛刻的運行條件，以及超過技術條件所規定的允許范圍運行，往往是直接導致電機故障的起因籠型異步電動機因籠條斷裂時，就會出現振動增加，起動時間延長，3電機的故障特點與診斷內容電機典型故障歸納：1、定子鐵心故障通常發生在大型汽輪機發電機上，主要是鐵心深處的過熱問題早期征兆是大的環路電流、高溫和絕緣材料的熱解2、繞組絕緣故障原因：絕緣老化，絕緣缺陷及引線套管受污染主要癥狀：定子繞組局部放電量的增加電機的故障特點與診斷內容電機典型故障歸納：4發電機中常用局部放電（PD）在線監測這類故障感應電動機中常用定子電流信號分析確定定子繞組故障3、定子繞組股線故障（發電機）股線間短路產生電弧發電、可能發展接地故障或相間短路故障征兆：水冷電機的冷卻水中有絕緣材料熱解產生的氣體發電機中常用局部放電（PD）在線監測這類故障54、定子端部線圈故障運行過程產生的沖擊力使定子端部繞組發生位移，從而引發絕緣劣化和發生局部放電征兆：振動和局部放電5、冷卻水系統故障征兆：定子線棒或冷卻水溫度偏高、絕緣材料熱解及可能引起的放電6、轉子繞組故障（異步電動機）4、定子端部線圈故障6轉子故障主要有轉子導條斷裂，這將引起轉矩跳動，轉速波動，轉子振動以及過熱等最常見的檢測方法是定子電流監測（監測效果較困難），常采用振動和絕緣材料熱解監測方法。7、轉子繞組故障（發電機）主要是匝間短路故障。匝間短路可能由于發電機在低速啟動或停車時，槽中導體表面的污物引起了電弧，或者是巨大的離心力和高溫影響了繞組和繞組絕緣。匝間短路故障可引起局部過熱甚至導致轉子接地。轉子故障主要有轉子導條斷裂，這將引起轉矩跳動，轉速波動，轉子7通用的監測方法是采用氣隙磁密監測，通過探測氣隙磁密，可以確定匝間短路的數量和位置；監測軸承振動是否加強。8、轉子本體故障（各類電機）主要由巨大的轉子離心力、大的負序暫態電流和轉子不同心引起征兆：軸承處過量的振動通用的監測方法是采用氣隙磁密監測，通過探測氣隙磁密，可以確定8對不同故障進行相對應特征量的監測1、放電監測2、溫度監測3、熱解產生的微粒監測4、振動監測5、氣隙磁密監測對不同故障進行相對應特征量的監測9第一章電機紅外診斷第一章電機紅外診斷10第一章電機紅外診斷一、紅外診斷基礎第一章電機紅外診斷一、紅外診斷基礎11

1.紅外線位置1.紅外線位置122.紅外測溫具有下列特點(1)測溫范圍廣；-170℃～+3200℃。(2)測溫精度高：可分辨0.01K或更小。 (3)反應速度快：可在幾毫秒內測出物體的溫度。(4)可測小目標：最小可測出直徑為7.5um的目標溫度。(5)不接觸被測物體，不破壞其溫度場。(6)測距可遠可近。2.紅外測溫具有下列特點133.

紅外測溫與接觸測溫性能比較

項目紅外測溫接觸測溫測溫要求（1）知道被測物的發射率（2）被測物的輻射能充分抵達紅外探測器（3）消除背影噪聲（1）測溫設備與被測物間良好接觸（2）接觸測溫時，被測物溫度不應有顯著變化優點（1）非接觸，對被測物體無影響（2）可測運動中的物體（3）可測瞬態溫度（4）可對點、線、面測溫（5）可測絕對溫度，也可測相對溫度（1）可測物體內部溫度（2）要求精度高時，測溫要求較簡單缺點（1）僅測表面溫度（2）要求精度高時，測溫要求嚴格（1）對小目標的溫度不能測（2）不能測運動中的目標（3）不適于測瞬態溫度（4）測溫范圍不夠寬（5）在生產過程中，不便于同時測多個目標3.紅外測溫與接觸測溫性能比較項目紅外測溫接觸144.紅外熱像儀紅外熱像儀（熱成像儀或紅外熱成像儀）：是通過非接觸探測紅外能量（熱量），并將其轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對溫度值進行計算的一種檢測設備。紅外熱像儀能夠將探測到的熱量精確量化，不僅能夠觀察熱圖像，還能夠對發熱的故障區域進行準確識別和嚴格分析。4.紅外熱像儀紅外熱像儀（熱成像儀或紅外熱成像儀）：是通過非15圖10-2-8紅外熱像儀基本原理框圖圖10-2-8紅外熱像儀基本原理框圖16第七章電機紅外診斷二、紅外診斷技術第七章電機紅外診斷二、紅外診斷技術171.紅外診斷技術的構成一臺運轉中的設備，當其零部件產生故障時，設備的整體或局部的熱平衡會受到破壞或影響，設備內部的熱必然逐步到達其外部表面，導致外表溫度場分布的變化。紅外檢測技術捕捉到這些紅外輻射的信息，通過檢測結果總結分析，可以發現:不同部位有不同的溫度界限，同一部位在不同故障情況下有不同的溫度等級。確診出設備的故障性質、部位和程度，進而預測故障發展趨勢和設備的壽命。如圖所示1.紅外診斷技術的構成一臺運轉中的設備，當其零部件產生故障時18紅外診斷技術的構成紅外診斷技術的構成192.紅外熱像儀的測溫方法1．模擬量測溫方法較早期的紅外熱像儀，利用熱像儀輸出的視頻模擬信號測量物體的溫度，實質上就是測量物體視頻信號的幅度。2．智能化測溫方法運用微處理機,擺脫模擬量的非線性校正和疊加的繁瑣過程。通過多路模擬開關和A/D轉換器分別獲得被測物體圖像信號電壓與參考黑體溫度電壓的數值;然后根據各自的函數關系進行計算；比模擬量方法精確3．軟件化測溫方法配置有完整的圖像處理系統，它包括相應的硬件和軟件。利用該軟件，測量并顯示出目標及其熱圖像上任意位置點溫度值的精確結果和區域分析結果等。2.紅外熱像儀的測溫方法1．模擬量測溫方法20

三、電機紅外診斷實例三、電機紅外診斷實例211.電機故障的產生、特征與發展（以發電機為例）

1.電機故障的產生、特征與發展（以發電機為例）22實例1.發電機定子線棒接頭故障紅外診斷（1）基本原理繞組有電阻，通電發熱當發電機容量確定后，線棒固有電阻即為定值。大型發電機，每相繞組線棒接頭可達上千個，如果各接頭接觸電阻彼此不等，其中焊接不良的接頭必然接觸電阻大、發熱量多和溫升也高。因此，定子線棒焊接質量的紅外診斷，實質上就是在向定子某一支路（或一相）繞組通入相同電流的條件下，用紅外熱像儀測量和比較各接頭溫度（或溫升）來進行判別的。實例1.發電機定子線棒接頭故障紅外診斷（1）基本原理23實例1.發電機定子線棒接頭故障紅個診斷圖10-4-3實測一臺50MW水輪發電機定子線棒接頭溫度分布直方圖最右力部分為高溫實例1.發電機定子線棒接頭故障紅個診斷圖10-4-324實例1.發電機定子線棒接頭故障紅個診斷（2）判據屬于以下情況之一的線棒接頭應該判為焊接質量不合格（或已出現焊接故障）1）熱像不連續且溫升超過平均溫升10℃者；或溫升超過平均溫升10℃，且在溫度分布直方圖中遠離溫度連續分布區的接頭。2）當已知接頭絕緣層內外表面溫度降時，在額定電流下，線棒接頭表面溫度推算到接頭內的溫度值超過110℃者。實例1.發電機定子線棒接頭故障紅個診斷（2）判據25（3）圖10-4-4發電機定子線棒接頭焊接故障熱像圖

（3）圖10-4-4發電機定子線棒接頭焊接故障熱像圖26實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷發電機定子鐵心故障主要是鐵心局部短路，這些短路點多數出現在定子齒部表面，也有些在槽部，但很少發生在鐵心內部和軛背。實例2.定子鐵心故障的紅外診斷發電機定子鐵心故障主要是27實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷（1）定子鐵心故障的紅外檢測方法在運行狀態下，發電機定子鐵心封閉在機殼內，無法進行在線監測；只能在靜態下抽出轉子，外施電源勵磁，使定子鐵心磁通密度接近額定值，借助鐵損產生的溫升進行鐵心故障的紅外檢測。具體方法：通入的勵磁電流應可使鐵心產生約1.0T的磁通密度；測量鐵心在圓周方向的磁通密度分布并作出曲線，利用原有鐵心和線棒溫度測點監視和控制鐵心溫度不得超過允許值(105℃)。在磁通密度1.0T下持續試驗時間為90min，如果故障點不能明顯暴露出來，試驗磁通密度可增大到1.4T，持續時間為45min。實例2.定子鐵心故障的紅外診斷（1）定子鐵心故障的紅外28實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷（1）定子鐵心故障的紅外檢測方法水輪發電機：定子鐵心軸向較短，直徑很大，可把紅外熱像儀置于鐵心中央，沿鐵心內圓的圓周方向掃描，并記錄掃描熱像。把這些熱像連接起來，相當于定子鐵心內圓展開從施加勵磁時開始測試，每隔30min測量一次，直至溫升接近穩定時為止。汽輪發電機定子鐵心軸向較大、直徑較小，熱像儀置于鐵心兩端，對著鐵心內圓掃描，記錄整個鐵心內圓的熱像。把這些熱像拼接起來呈扇形狀。實例2.定子鐵心故障的紅外診斷（1）定子鐵心故障的紅外29實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷

圖10-4-5良好定子鐵心熱像圖圖10-4-6有三處缺陷的定子鐵心熱像圖實例2.定子鐵心故障的紅外診斷圖10-4-5良好定30實例3..某發電機定子鐵心熱像圖

a)勵磁機側左側b)汽輪機側左側

實例3..某發電機定子鐵心熱像圖a)勵磁機側左側b31其它其它32第二章電機絕緣診斷第二章電機絕緣診斷33一、電機絕緣老化一、電機絕緣老化34一、電機絕緣老化電機在長期運行后絕緣性能漸趨劣化，絕緣結構的老化是各種劣化的綜合表征。造成電機絕緣結構老化的因素很多：一、電機絕緣老化電機在長期運行后絕緣性能漸趨劣化，351.電機絕緣劣化因素表11-2-1電機絕緣劣化因素及產生的劣化征象劣化因子表現形式劣化征象熱連續揮發、枯縮、化學變質、機械強度降低、散熱性能變差冷熱循環離層、龜裂、變形電壓運行電壓局部放電腐蝕、表面漏電灼痕沖擊電壓樹枝狀放電機械力振動磨損沖擊離層、龜裂彎曲離層、龜裂環境吸濕泄漏電流增大、形成表面漏電通道和炭化灼痕結露浸水導電物質污損油、藥品污損浸蝕和化學變質1.電機絕緣劣化因素表11-2-1電機絕緣劣化因素及產362.高壓交流電機絕緣劣化過程圖11-2-2高壓交流電機絕緣劣化過程2.高壓交流電機絕緣劣化過程圖11-2-2高壓交流電37二、電機絕緣的特征量二、電機絕緣的特征量381.絕緣的特征量

1．局部放電量、放電位置設備內部絕緣(油、紙)若存在雜質、氣泡，它會導致其內部放電，日長月久就可能導致放電部位擴大，最后擊穿。因此及早的監測其放電量和放電位置，并及時維修處理，可避免大事故發生。但開始發生放電時，其放電量很小，難以測量及定位。2．介質損耗因數介質損耗因數是表明設備絕緣狀態的重要參數之一，當測得設備的大時，說明設備絕緣受潮，電導電流增大或內部有局部放電。設備正常時其值在0.1％~0.8％之間。1.絕緣的特征量1．局部放電量、放電位置391.絕緣的特征量

3．泄漏電流對于一些設備不能測量值時，也可用測量泄漏電流方法確定設備絕緣受潮或損壞程度。4．設備電容值設備中若進水時，其電容值會增大，但漏油時，其電容值會減少。規程規定當電容值的偏差超出額定值-5％~10％范圍，應停電檢查。上述4項特征參數中，局部放電是反映絕緣狀態最靈敏的量，其次值、電容值漏電流也可反映絕緣狀況。1.絕緣的特征量3．泄漏電流402.電機絕緣診斷內容2.電機絕緣診斷內容413.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求

（1）測量繞組的絕緣電阻和吸收比，應符合下列規定：1）額定電壓為1000V以下，常溫下絕緣電阻值不應低于0.5MΩ；額定電壓為1000V及以上，在運行溫度時的絕緣電阻值，定子繞組不應低于每千伏1MΩ，轉子繞組不應低于每千伏0.5MΩ。絕緣電阻溫度換算可按本標準附錄二的規定進行。3.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求（1）測量繞組的423.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求

2）1000V及以上的電動機應測量吸收比。吸收比不應低于1.2，中性點可拆開的應分相測量。注：①進行交流耐壓試驗時，繞組的絕緣應滿足本條第一、二款的要求。②交流耐壓試驗合格的電動機，當其絕緣電阻值在接近運行溫度、環氧粉云母絕緣的電動機則在常溫下不低于其額定電壓每千伏1MΩ時，可以投入運行。但在投運前不應再拆開端蓋進行內部作業。3.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求2）1000V及433.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求

（2）測量電動機軸承的絕緣電阻，當有油管路連接時，應在油管安裝后，采用1000V兆歐表測量，絕緣電阻值不應低于0.5MΩ。3.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求（2）測量電動機444.絕緣診斷的程序

4.絕緣診斷的程序456.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗縱覽

測量絕緣系統整體性的直接方法是直流、交流和(或)沖擊耐壓的擊穿強度試驗.目前對新機和在役機組普遍采用的診斷性試驗主要包括：絕緣電阻及極化指數、直流耐壓及泄漏電流試驗、交流耐壓試驗、介損增量試驗、局部放電測量;另外還有手包絕緣表面對地電位試驗、槽放電試驗、紫外光檢測電暈試驗等。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗縱覽測量絕緣系統整體466.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗(1)絕緣電阻及極化指數影響絕緣電阻值的主要因素包括：表面雜質(油污、絕緣表面受潮的粉塵、防暈層等)、濕度、溫度、試驗電壓幅值、剩余電荷。該試驗對于發現繞組臟污和吸潮是非常好的方法，當然也能夠發現絕緣裂縫或穿透性絕緣故障。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗(1)絕緣電阻及極化476.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（2）交流耐壓試驗交流耐壓的試驗目的是發現繞組中的貫穿性缺陷。其基本出發點是：如果繞組在高于運行電壓的耐壓試驗中未發生故障，當其投入運行時繞組應不會很快發生因絕緣老化而導致的故障。由于交流耐壓試驗中絕緣系統的應力分布與運行中相同，因此更易于找到在系統有相對地故障時、非故障相過電壓可能導致的定子故障。耐壓試驗的結果是通過或未通過，沒有其他評估信息。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（2）交流耐壓試驗486.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（3）直流耐壓及泄漏電流試驗交流耐壓試驗中絕緣系統的應力分布取決于電容，直流耐壓時電壓的分布取決于絕緣系統各部分的絕緣電阻，絕緣電阻小的部位承受電壓也低。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（3）直流耐壓及泄漏電496.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（4）介損增量試驗介損試驗：是用于確定高壓定子線圈中是否發生局部放電的間接方法，由于局部放電大小可反映發電機絕緣系統劣化的程度，所以從介損增量試驗中可以看出絕緣中是否存在比較普遍的缺陷。理論上，在較低電壓時絕緣的介質損耗與電壓無關，而當電壓升高時，如果主絕緣中存在的空隙發生局放，局放產生的熱、光、聲所消耗的能量就表現為損耗的異常增加，測量的介損值相應增加，將超過正常因介質損耗而產生的數值。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（4）介損增量試驗506.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（5）局部放電試驗局部放電是引起許多定子繞組絕緣故障產生的原因，也是早期故障的重要信號局放試驗是評估定子繞組狀態的很重要的一個診斷性試驗。局放脈沖的時間是毫微秒級的，其頻譜最高到幾百MHz使用可以測量高頻信號的儀器就可以探測到PD脈沖電流。局放試驗的關鍵是被測量Qm

（最高局放脈沖的幅值（最大視在局放量）)按照測量方法的不同有以下幾種單位。1)pC：實驗室使用比較多，比較直觀；2)mV：在示波器和脈沖幅值分析儀(PMA)上讀取，PMA還可以計算每段幅值脈沖的個數；3)mA：使用工頻TA在示波器上讀取；4)dB(分貝)：使用頻譜分析儀記錄脈沖時使用。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（5）局部放電試驗516.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（5）局部放電試驗理論上每個PD脈沖的幅值與空隙的大小成正比，PD越大說明該缺陷越大。與介損試驗相比，介損反映的是繞組整體存在空隙的情況，而最大視在局放量反映的是繞組中最劣化部位的狀態。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（5）局部放電試驗52二、電機局部放電診斷

（主要針對高壓電機）二、電機局部放電診斷

（主要針對高壓電機）531.電機離線時局部放電測量

圖11-4-30是局部放電測量最基本的原理圖測量系統由施加試驗電壓和高頻電壓檢測兩部分組成。外施電壓部分：與交流工頻耐壓試驗相同高頻電壓檢測部分：局部放電信號：由高頻耦合電容器上拾取測量儀表：局部放電電量儀，測量和記錄局部放電電荷量Qmax。1.電機離線時局部放電測量圖11-4-30是局部放電測量541.電機離線時局部放電測量圖11-4-30電機局部放電試驗線路T1－調壓器；T2－試驗變壓器；R－限流電阻；PT－電壓互感器；V－電壓表；M－被測電動機；CA、CB－耦合電容；

L、C－測量回路電感電容；V1－脈沖峰值電壓表1.電機離線時局部放電測量551.電機離線時局部放電測量測得的曲線上：如放電起始電壓Uc較高，則可認為該電機局部放電是正常的；當放電電量較大，放電起始電壓又較低，如圖中虛線，則說明電機局部放電現象較嚴重，需進一步診斷其原因和放電主要部位。圖11-4-31局部放電曲線

1.電機離線時局部放電測量測得的曲線上：圖11-4-31561.電機離線時局部放電測量圖11-4-32檢測電路圖1.電機離線時局部放電測量圖11-4-32檢測電路圖572.發電機局放在線監測系統組成：系統采用高頻寬帶電流傳感器、寬帶前置放大電路、窄帶信號檢波和報警單元、包括DSP信號高速采集模塊的工控機和高性能服務器等，組成寬帶加窄帶的系統硬件配置方式（見圖）。系統的信號源為發電機中性點，在發電機中性線上安裝高頻寬帶電流傳感器(CT)，在傳感器附近配置寬帶前置放大電路，傳感器的輸出信號經寬帶前置放大電路進行寬帶放大和阻抗匹配后，再利用50Ω同軸電纜將信號送往距現場較遠的后級窄帶處理單元和寬帶處理單元分別處理。2.發電機局放在線監測系統組成：系統采用高頻寬帶電流傳感器582.發電機局放在線監測系統寬帶處理單元將寬帶前置放大器送過來的寬帶信號經隔離后送到DSP高速采樣系統。由工控機和服務器對信號進行抗干擾處理和提取特征參數后存入局放信號特征數據庫，專家系統根據特征數據庫中的寬帶和窄帶歷史數據作出電機絕緣狀態的診斷。2.發電機局放在線監測系統寬帶處理單元將寬帶前置放大器送過592.發電機局放在線監測系統圖13-5-27HSB-1型局放在線監測系統結構圖2.發電機局放在線監測系統圖13-5-27HSB-1型局60第三章電機振動診斷第三章電機振動診斷61序對于旋轉機械，振動量值是重要的運行狀態特征健康的旋轉機械都會有振動人體的脈搏一樣，在正常情況下，脈搏的跳動并不妨礙人體從事各種活動。當人體內部有病的時候，脈搏就會有各種異常表現。診斷脈搏的變化可以查知病況，及時給予正確的治療。異常振動也是機械內部缺陷的表征。通過振動的測量分析，揭露出設備內部隱形缺陷序62一、電機的電磁振動一、電機的電磁振動631.定子電磁振動異常主要原因(1)三相交流電機定子異常產生的電磁振動。(2)氣隙靜態偏心引起的電磁力。(3)氣隙動態偏心引起電磁振動(偏心的位置對定子是不固定的，對轉子是固定的，因此偏心的位置隨轉子而轉動)。(4)轉子繞組故障引起的電磁振動。(5)轉子不平衡產生的機械振動。轉子不平衡的原因：①電機轉子質量分布不均勻②轉子零部件脫落和移位③聯軸器不平衡，冷卻風扇不平衡，皮帶輪不平衡④冷卻風扇與轉子表面不均勻積垢。1.定子電磁振動異常主要原因(1)三相交流電機定子異常產生的641.定子電磁振動異常主要原因(6)滑動軸承由于油膜渦動產生振動。(7)滑動軸承由于油膜振蕩產生振動。(8)加工和裝配不良產生振動。(9)安裝時，軸線不對中引起振動。(10)定子鐵心和定子線圈松動(11)電動機座底腳螺釘松動，相當于機座剛度降低。1.定子電磁振動異常主要原因(6)滑動軸承由于油膜渦動產生652.定子異常電磁振動（1）原因定子三相磁場不對稱：電網三相電壓不平衡定子繞組三相不對稱等定子鐵心和定子線圈松動電動機座底腳螺釘松動2.定子異常電磁振動（1）原因662.定子異常電磁振動（2）特征振動頻率為電源頻率的2倍。切斷電源，電磁振動立即消失。這是區分電磁振動與其它振動的基本方法。振動可以在定子機座和軸承上測得。振動與機座剛度和電機的負載有關。

2.定子異常電磁振動（2）特征672.轉子繞組不平衡引起電磁振動(1)原因：①籠條鑄造質量不良，產生斷條或高阻②籠形轉子因頻繁起動，電機負載大產生斷條或高阻③繞線式異步電動機的轉子繞組回路電氣不平衡，產生不平衡電磁力④同步電動機勵磁繞組匝間短路。2.轉子繞組不平衡引起電磁振動(1)原因：682.轉子繞組不平衡引起電磁振動(2)特征：①與轉子動態偏心產生的電磁振動，波形相似，現象相似，較難區別：振動頻率為f0/p

②在空載或輕載時，振動與節拍噪聲不明顯;當負載增大時，這種振動和噪聲隨之增加③在定子的一次電流中，也產生脈動變化，其脈動節拍頻率為2sf。④對定子電流頻譜圖中，基頻兩邊出現邊頻。⑤同步電動機勵磁繞組匝間短路，能引起f0/p頻率(轉頻)的電磁振動和噪聲⑥斷電后，電磁振動和電磁噪聲消失2.轉子繞組不平衡引起電磁振動(2)特征：692.轉子繞組不平衡引起電磁振動

圖12-2-3轉子繞組不平衡引起電磁振動a)發生振動機理b)電磁振動波形2.轉子繞組不平衡引起電磁振動圖12-2-3轉子繞組不703.電動機氣隙不均引起的電磁振動

氣隙不均勻(氣隙偏心)有兩種:靜態不均勻(靜態偏心)動態的不均勻(動態偏心)它們都會引起電磁振動，但是振動的特征并不完全相同。3.電動機氣隙不均引起的電磁振動氣隙不均勻(氣隙偏心)有兩713.電動機氣隙不均引起的電磁振動

靜態氣隙偏心產生的電磁振動特征：1)電磁振動頻率是電源頻率f0的2倍，即f＝2f0；2)振動隨偏心值的增大而增加3)振動隨負載增大而增加；4)斷電后電磁振動消失；5)氣隙偏心產生的電磁振動與定子異常產生的電磁振動較難區別3.電動機氣隙不均引起的電磁振動靜態氣隙偏心產生的電磁振動723.電動機氣隙不均引起的電磁振動

氣隙動態偏心產生電磁振動的特征：1)轉子旋轉頻率和旋轉磁場同步頻率的電磁振動都可能出現。2)電磁振動以周期脈動，負載增加，S加大，脈動節拍加快。3)發生與脈動節拍相一致的電磁噪聲。4)斷電后，電磁振動消失，電磁噪聲消失。3.電動機氣隙不均引起的電磁振動氣隙動態偏心產生電磁振動的73二、電機振動的診斷二、電機振動的診斷741.電機振動的簡易診斷電機的振動簡易診斷一般在運行現場進行使用設備通常是便攜式測振儀定期、定點，單一頻段內的總振級的測量儀器頻響范圍一般為10～1000Hz，對于電機的振動是否正常作出迅速評價1.電機振動的簡易診斷電機的振動簡易診斷一般在運行現場進行75二、電機振動的診斷

1.電機振動的簡易診斷

二、電機振動的診斷1.電機振動的簡易診斷76二、轉子繞組不平衡引起電磁振動

2.電機振動的精密診斷之一：利用數據采集器、計算機和專用診斷軟件

二、轉子繞組不平衡引起電磁振動2.電機振動的精密診斷之77二、轉子繞組不平衡引起電磁振動

3.電機振動的精密診斷之二：利用測振和信號分析儀器作精密診斷

二、轉子繞組不平衡引起電磁振動3.電機振動的精密診斷之78三、電動機軸承振動的診斷

實例分析三、電動機軸承振動的診斷

實例分析79三、電動機軸承振動的診斷

實例分析診斷對象是一臺驅動離心式壓縮機的異步電動機，容量3400kW，2極，轉速2970r/min，電源頻率為50Hz，結構上采用整體底板、座式滑動軸承。簡易診斷時，發現軸承和定子振動較大，超過允許值，下面對該電動機進行精密診斷。三、電動機軸承振動的診斷

實例分析診斷對象是一臺驅動離心式壓80三、電動機軸承振動的診斷

實例分析圖12-4-6實例1所示異步電動機振動診斷示意圖

三、電動機軸承振動的診斷

實例分析圖12-4-6實例1所示81第四章電動機故障診斷第四章電動機故障診斷82一、電動機常見異常（故障）一、電動機常見異常（故障）831.電動機溫升過高1.電動機溫升過高841.電動機溫升過高1.電動機溫升過高852.三相電流不平衡原因：三相電源電壓不平衡匝間短路繞組斷路(或并聯支路中一條或幾條支路斷路)定子繞組部分線圈接反三相匝數不相等2.三相電流不平衡原因：863.空載電流偏大原因：電源電壓偏高定子Y接誤接成△接轉子裝錯(極數少的轉子裝進了極數多的定子內)轉子直徑變小了，氣隙偏大鐵心導磁性能差定、轉子鐵心錯位，鐵心有效長度減小定子繞組每圈匝數繞錯(少)線圈節距嵌錯繞組的線圈組接反應串聯的線圈組錯接成了并聯軸承損壞轉軸彎造成定、轉子相擦風扇裝錯(如2極電機裝上了4、6極電機風扇)3.空載電流偏大原因：87二、定子繞組故障精密診斷二、定子繞組故障精密診斷88實例.基于三相電流之間的相位差的診斷1.基于三相電流之間的相位差的診斷以電流分析法為基礎對定子繞組故障的分析判據：三相電流之間的相位差實例.基于三相電流之間的相位差的診斷1.基于三相電流89實例.基于三相電流之間的相位差的診斷圖15-4-3正常狀態時的電流譜圖

實例.基于三相電流之間的相位差的診斷圖15-4-3正常90實例.基于三相電流之間的相位差的診斷圖5-4-4繞組匝間短路（5匝）時的電流譜圖

實例.基于三相電流之間的相位差的診斷圖5-4-4繞組匝91實例.基于三相電流之間的相位差的診斷故障后1、3、5、7次諧波分別增加了6.92dB、14.99dB、5.92dB和16.44dB。此外，在基波兩側出現頻率分別為25Hz和75Hz的邊頻帶

所以：電機定子繞組發生匝間短路時，定子電流中的高次諧波明顯增強；繞組的自感、互感發生變化，三相電流之間的相位差亦發生變化。實例.基于三相電流之間的相位差的診斷故障后1、3、5、792實例.基于三相電流之間的相位差的診斷互相關分析：實例.基于三相電流之間的相位差的診斷互相關分析：93實例.基于三相電流之間的相位差的診斷定子電流互相關分析：正常故障實例.基于三相電流之間的相位差的診斷定子電流互相關分析：94實例.基于三相電流之間的相位差的診斷互相關分析結果：相位差由6.48ms變為7.73ms，即相位差由故障前的116.1°變為故障后的139.1°。實例.基于三相電流之間的相位差的診斷互相關分析結果：95四、轉子繞組故障精密診斷（結合文章發表的講）四、轉子繞組故障精密診斷961.基于穩態電流轉子斷條是籠型異步電動機常見故障之一當發生轉子斷條故障時，在定子電流中將出現頻率的附加電流分量這一頻率的電流分量為轉子斷條故障的特征分量。因為定子電流信號易于采集，所以，基于快速傅里葉變換(FFT)的定子電流信號頻譜分析方法被廣泛應用于轉子斷條故障的在線檢測。1.基于穩態電流轉子斷條是籠型異步電動機常見故障之一97實例1.基于穩態電流實例1.基于穩態電流98實例2.基于起動電流實例2.基于起動電流99實例3.起動電流特殊分量實例3.起動電流特殊分量100實例4.失電殘壓實例4.失電殘壓101實例4.失電殘壓實例4.失電殘壓102第五章發電機故障診斷第五章發電機故障診斷103電機的在線監測與診斷課件104一、定子繞組接地一、定子繞組接地105二、定子繞組接地一、直流電橋法尋找定子繞組接地故障二、單開口變壓器法尋找定子繞組接地故障二、定子繞組接地一、直流電橋法尋找定子繞組接地故障106電機

狀態監測與故障診斷電機

狀態監測與故障診斷107電機的故障特點與診斷內容故障識別必須對診斷對象的各種性能、結構、各種參數非常熟悉。電機包含有以下幾個獨立相互關聯的工作系統：電路系統、磁路系統、絕緣系統、機械系統和通風散熱系統。電機組成部分：定子、轉子、軸承裝置、底板及一些附屬結構（如風扇、換向器等）。一個故障在電機上常常表現出多種的故障征兆。也有幾個故障起因反映同一個故障征兆電機的故障特點與診斷內容故障識別必須對診斷對象的各種性能、結108籠型異步電動機因籠條斷裂時，就會出現振動增加，起動時間延長，定子電流擺動，電機滑差增加，轉速轉矩波動，溫升增高等故障征兆一臺直流電機運行中由于過載、機械振動、換向器變形、維護不當、濕度過低等諸原因，造成換向惡化故障。惡劣的環境和苛刻的運行條件，以及超過技術條件所規定的允許范圍運行，往往是直接導致電機故障的起因籠型異步電動機因籠條斷裂時，就會出現振動增加，起動時間延長，109電機的故障特點與診斷內容電機典型故障歸納：1、定子鐵心故障通常發生在大型汽輪機發電機上，主要是鐵心深處的過熱問題早期征兆是大的環路電流、高溫和絕緣材料的熱解2、繞組絕緣故障原因：絕緣老化，絕緣缺陷及引線套管受污染主要癥狀：定子繞組局部放電量的增加電機的故障特點與診斷內容電機典型故障歸納：110發電機中常用局部放電（PD）在線監測這類故障感應電動機中常用定子電流信號分析確定定子繞組故障3、定子繞組股線故障（發電機）股線間短路產生電弧發電、可能發展接地故障或相間短路故障征兆：水冷電機的冷卻水中有絕緣材料熱解產生的氣體發電機中常用局部放電（PD）在線監測這類故障1114、定子端部線圈故障運行過程產生的沖擊力使定子端部繞組發生位移，從而引發絕緣劣化和發生局部放電征兆：振動和局部放電5、冷卻水系統故障征兆：定子線棒或冷卻水溫度偏高、絕緣材料熱解及可能引起的放電6、轉子繞組故障（異步電動機）4、定子端部線圈故障112轉子故障主要有轉子導條斷裂，這將引起轉矩跳動，轉速波動，轉子振動以及過熱等最常見的檢測方法是定子電流監測（監測效果較困難），常采用振動和絕緣材料熱解監測方法。7、轉子繞組故障（發電機）主要是匝間短路故障。匝間短路可能由于發電機在低速啟動或停車時，槽中導體表面的污物引起了電弧，或者是巨大的離心力和高溫影響了繞組和繞組絕緣。匝間短路故障可引起局部過熱甚至導致轉子接地。轉子故障主要有轉子導條斷裂，這將引起轉矩跳動，轉速波動，轉子113通用的監測方法是采用氣隙磁密監測，通過探測氣隙磁密，可以確定匝間短路的數量和位置；監測軸承振動是否加強。8、轉子本體故障（各類電機）主要由巨大的轉子離心力、大的負序暫態電流和轉子不同心引起征兆：軸承處過量的振動通用的監測方法是采用氣隙磁密監測，通過探測氣隙磁密，可以確定114對不同故障進行相對應特征量的監測1、放電監測2、溫度監測3、熱解產生的微粒監測4、振動監測5、氣隙磁密監測對不同故障進行相對應特征量的監測115第一章電機紅外診斷第一章電機紅外診斷116第一章電機紅外診斷一、紅外診斷基礎第一章電機紅外診斷一、紅外診斷基礎117

1.紅外線位置1.紅外線位置1182.紅外測溫具有下列特點(1)測溫范圍廣；-170℃～+3200℃。(2)測溫精度高：可分辨0.01K或更小。 (3)反應速度快：可在幾毫秒內測出物體的溫度。(4)可測小目標：最小可測出直徑為7.5um的目標溫度。(5)不接觸被測物體，不破壞其溫度場。(6)測距可遠可近。2.紅外測溫具有下列特點1193.

紅外測溫與接觸測溫性能比較

項目紅外測溫接觸測溫測溫要求（1）知道被測物的發射率（2）被測物的輻射能充分抵達紅外探測器（3）消除背影噪聲（1）測溫設備與被測物間良好接觸（2）接觸測溫時，被測物溫度不應有顯著變化優點（1）非接觸，對被測物體無影響（2）可測運動中的物體（3）可測瞬態溫度（4）可對點、線、面測溫（5）可測絕對溫度，也可測相對溫度（1）可測物體內部溫度（2）要求精度高時，測溫要求較簡單缺點（1）僅測表面溫度（2）要求精度高時，測溫要求嚴格（1）對小目標的溫度不能測（2）不能測運動中的目標（3）不適于測瞬態溫度（4）測溫范圍不夠寬（5）在生產過程中，不便于同時測多個目標3.紅外測溫與接觸測溫性能比較項目紅外測溫接觸1204.紅外熱像儀紅外熱像儀（熱成像儀或紅外熱成像儀）：是通過非接觸探測紅外能量（熱量），并將其轉換為電信號，進而在顯示器上生成熱圖像和溫度值，并可以對溫度值進行計算的一種檢測設備。紅外熱像儀能夠將探測到的熱量精確量化，不僅能夠觀察熱圖像，還能夠對發熱的故障區域進行準確識別和嚴格分析。4.紅外熱像儀紅外熱像儀（熱成像儀或紅外熱成像儀）：是通過非121圖10-2-8紅外熱像儀基本原理框圖圖10-2-8紅外熱像儀基本原理框圖122第七章電機紅外診斷二、紅外診斷技術第七章電機紅外診斷二、紅外診斷技術1231.紅外診斷技術的構成一臺運轉中的設備，當其零部件產生故障時，設備的整體或局部的熱平衡會受到破壞或影響，設備內部的熱必然逐步到達其外部表面，導致外表溫度場分布的變化。紅外檢測技術捕捉到這些紅外輻射的信息，通過檢測結果總結分析，可以發現:不同部位有不同的溫度界限，同一部位在不同故障情況下有不同的溫度等級。確診出設備的故障性質、部位和程度，進而預測故障發展趨勢和設備的壽命。如圖所示1.紅外診斷技術的構成一臺運轉中的設備，當其零部件產生故障時124紅外診斷技術的構成紅外診斷技術的構成1252.紅外熱像儀的測溫方法1．模擬量測溫方法較早期的紅外熱像儀，利用熱像儀輸出的視頻模擬信號測量物體的溫度，實質上就是測量物體視頻信號的幅度。2．智能化測溫方法運用微處理機,擺脫模擬量的非線性校正和疊加的繁瑣過程。通過多路模擬開關和A/D轉換器分別獲得被測物體圖像信號電壓與參考黑體溫度電壓的數值;然后根據各自的函數關系進行計算；比模擬量方法精確3．軟件化測溫方法配置有完整的圖像處理系統，它包括相應的硬件和軟件。利用該軟件，測量并顯示出目標及其熱圖像上任意位置點溫度值的精確結果和區域分析結果等。2.紅外熱像儀的測溫方法1．模擬量測溫方法126

三、電機紅外診斷實例三、電機紅外診斷實例1271.電機故障的產生、特征與發展（以發電機為例）

1.電機故障的產生、特征與發展（以發電機為例）128實例1.發電機定子線棒接頭故障紅外診斷（1）基本原理繞組有電阻，通電發熱當發電機容量確定后，線棒固有電阻即為定值。大型發電機，每相繞組線棒接頭可達上千個，如果各接頭接觸電阻彼此不等，其中焊接不良的接頭必然接觸電阻大、發熱量多和溫升也高。因此，定子線棒焊接質量的紅外診斷，實質上就是在向定子某一支路（或一相）繞組通入相同電流的條件下，用紅外熱像儀測量和比較各接頭溫度（或溫升）來進行判別的。實例1.發電機定子線棒接頭故障紅外診斷（1）基本原理129實例1.發電機定子線棒接頭故障紅個診斷圖10-4-3實測一臺50MW水輪發電機定子線棒接頭溫度分布直方圖最右力部分為高溫實例1.發電機定子線棒接頭故障紅個診斷圖10-4-3130實例1.發電機定子線棒接頭故障紅個診斷（2）判據屬于以下情況之一的線棒接頭應該判為焊接質量不合格（或已出現焊接故障）1）熱像不連續且溫升超過平均溫升10℃者；或溫升超過平均溫升10℃，且在溫度分布直方圖中遠離溫度連續分布區的接頭。2）當已知接頭絕緣層內外表面溫度降時，在額定電流下，線棒接頭表面溫度推算到接頭內的溫度值超過110℃者。實例1.發電機定子線棒接頭故障紅個診斷（2）判據131（3）圖10-4-4發電機定子線棒接頭焊接故障熱像圖

（3）圖10-4-4發電機定子線棒接頭焊接故障熱像圖132實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷發電機定子鐵心故障主要是鐵心局部短路，這些短路點多數出現在定子齒部表面，也有些在槽部，但很少發生在鐵心內部和軛背。實例2.定子鐵心故障的紅外診斷發電機定子鐵心故障主要是133實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷（1）定子鐵心故障的紅外檢測方法在運行狀態下，發電機定子鐵心封閉在機殼內，無法進行在線監測；只能在靜態下抽出轉子，外施電源勵磁，使定子鐵心磁通密度接近額定值，借助鐵損產生的溫升進行鐵心故障的紅外檢測。具體方法：通入的勵磁電流應可使鐵心產生約1.0T的磁通密度；測量鐵心在圓周方向的磁通密度分布并作出曲線，利用原有鐵心和線棒溫度測點監視和控制鐵心溫度不得超過允許值(105℃)。在磁通密度1.0T下持續試驗時間為90min，如果故障點不能明顯暴露出來，試驗磁通密度可增大到1.4T，持續時間為45min。實例2.定子鐵心故障的紅外診斷（1）定子鐵心故障的紅外134實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷（1）定子鐵心故障的紅外檢測方法水輪發電機：定子鐵心軸向較短，直徑很大，可把紅外熱像儀置于鐵心中央，沿鐵心內圓的圓周方向掃描，并記錄掃描熱像。把這些熱像連接起來，相當于定子鐵心內圓展開從施加勵磁時開始測試，每隔30min測量一次，直至溫升接近穩定時為止。汽輪發電機定子鐵心軸向較大、直徑較小，熱像儀置于鐵心兩端，對著鐵心內圓掃描，記錄整個鐵心內圓的熱像。把這些熱像拼接起來呈扇形狀。實例2.定子鐵心故障的紅外診斷（1）定子鐵心故障的紅外135實例2.

定子鐵心故障的紅外診斷

圖10-4-5良好定子鐵心熱像圖圖10-4-6有三處缺陷的定子鐵心熱像圖實例2.定子鐵心故障的紅外診斷圖10-4-5良好定136實例3..某發電機定子鐵心熱像圖

a)勵磁機側左側b)汽輪機側左側

實例3..某發電機定子鐵心熱像圖a)勵磁機側左側b137其它其它138第二章電機絕緣診斷第二章電機絕緣診斷139一、電機絕緣老化一、電機絕緣老化140一、電機絕緣老化電機在長期運行后絕緣性能漸趨劣化，絕緣結構的老化是各種劣化的綜合表征。造成電機絕緣結構老化的因素很多：一、電機絕緣老化電機在長期運行后絕緣性能漸趨劣化，1411.電機絕緣劣化因素表11-2-1電機絕緣劣化因素及產生的劣化征象劣化因子表現形式劣化征象熱連續揮發、枯縮、化學變質、機械強度降低、散熱性能變差冷熱循環離層、龜裂、變形電壓運行電壓局部放電腐蝕、表面漏電灼痕沖擊電壓樹枝狀放電機械力振動磨損沖擊離層、龜裂彎曲離層、龜裂環境吸濕泄漏電流增大、形成表面漏電通道和炭化灼痕結露浸水導電物質污損油、藥品污損浸蝕和化學變質1.電機絕緣劣化因素表11-2-1電機絕緣劣化因素及產1422.高壓交流電機絕緣劣化過程圖11-2-2高壓交流電機絕緣劣化過程2.高壓交流電機絕緣劣化過程圖11-2-2高壓交流電143二、電機絕緣的特征量二、電機絕緣的特征量1441.絕緣的特征量

1．局部放電量、放電位置設備內部絕緣(油、紙)若存在雜質、氣泡，它會導致其內部放電，日長月久就可能導致放電部位擴大，最后擊穿。因此及早的監測其放電量和放電位置，并及時維修處理，可避免大事故發生。但開始發生放電時，其放電量很小，難以測量及定位。2．介質損耗因數介質損耗因數是表明設備絕緣狀態的重要參數之一，當測得設備的大時，說明設備絕緣受潮，電導電流增大或內部有局部放電。設備正常時其值在0.1％~0.8％之間。1.絕緣的特征量1．局部放電量、放電位置1451.絕緣的特征量

3．泄漏電流對于一些設備不能測量值時，也可用測量泄漏電流方法確定設備絕緣受潮或損壞程度。4．設備電容值設備中若進水時，其電容值會增大，但漏油時，其電容值會減少。規程規定當電容值的偏差超出額定值-5％~10％范圍，應停電檢查。上述4項特征參數中，局部放電是反映絕緣狀態最靈敏的量，其次值、電容值漏電流也可反映絕緣狀況。1.絕緣的特征量3．泄漏電流1462.電機絕緣診斷內容2.電機絕緣診斷內容1473.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求

（1）測量繞組的絕緣電阻和吸收比，應符合下列規定：1）額定電壓為1000V以下，常溫下絕緣電阻值不應低于0.5MΩ；額定電壓為1000V及以上，在運行溫度時的絕緣電阻值，定子繞組不應低于每千伏1MΩ，轉子繞組不應低于每千伏0.5MΩ。絕緣電阻溫度換算可按本標準附錄二的規定進行。3.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求（1）測量繞組的1483.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求

2）1000V及以上的電動機應測量吸收比。吸收比不應低于1.2，中性點可拆開的應分相測量。注：①進行交流耐壓試驗時，繞組的絕緣應滿足本條第一、二款的要求。②交流耐壓試驗合格的電動機，當其絕緣電阻值在接近運行溫度、環氧粉云母絕緣的電動機則在常溫下不低于其額定電壓每千伏1MΩ時，可以投入運行。但在投運前不應再拆開端蓋進行內部作業。3.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求2）1000V及1493.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求

（2）測量電動機軸承的絕緣電阻，當有油管路連接時，應在油管安裝后，采用1000V兆歐表測量，絕緣電阻值不應低于0.5MΩ。3.我國關于交流電動機絕緣電阻的測量要求（2）測量電動機1504.絕緣診斷的程序

4.絕緣診斷的程序1516.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗縱覽

測量絕緣系統整體性的直接方法是直流、交流和(或)沖擊耐壓的擊穿強度試驗.目前對新機和在役機組普遍采用的診斷性試驗主要包括：絕緣電阻及極化指數、直流耐壓及泄漏電流試驗、交流耐壓試驗、介損增量試驗、局部放電測量;另外還有手包絕緣表面對地電位試驗、槽放電試驗、紫外光檢測電暈試驗等。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗縱覽測量絕緣系統整體1526.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗(1)絕緣電阻及極化指數影響絕緣電阻值的主要因素包括：表面雜質(油污、絕緣表面受潮的粉塵、防暈層等)、濕度、溫度、試驗電壓幅值、剩余電荷。該試驗對于發現繞組臟污和吸潮是非常好的方法，當然也能夠發現絕緣裂縫或穿透性絕緣故障。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗(1)絕緣電阻及極化1536.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（2）交流耐壓試驗交流耐壓的試驗目的是發現繞組中的貫穿性缺陷。其基本出發點是：如果繞組在高于運行電壓的耐壓試驗中未發生故障，當其投入運行時繞組應不會很快發生因絕緣老化而導致的故障。由于交流耐壓試驗中絕緣系統的應力分布與運行中相同，因此更易于找到在系統有相對地故障時、非故障相過電壓可能導致的定子故障。耐壓試驗的結果是通過或未通過，沒有其他評估信息。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（2）交流耐壓試驗1546.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（3）直流耐壓及泄漏電流試驗交流耐壓試驗中絕緣系統的應力分布取決于電容，直流耐壓時電壓的分布取決于絕緣系統各部分的絕緣電阻，絕緣電阻小的部位承受電壓也低。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（3）直流耐壓及泄漏電1556.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（4）介損增量試驗介損試驗：是用于確定高壓定子線圈中是否發生局部放電的間接方法，由于局部放電大小可反映發電機絕緣系統劣化的程度，所以從介損增量試驗中可以看出絕緣中是否存在比較普遍的缺陷。理論上，在較低電壓時絕緣的介質損耗與電壓無關，而當電壓升高時，如果主絕緣中存在的空隙發生局放，局放產生的熱、光、聲所消耗的能量就表現為損耗的異常增加，測量的介損值相應增加，將超過正常因介質損耗而產生的數值。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（4）介損增量試驗1566.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（5）局部放電試驗局部放電是引起許多定子繞組絕緣故障產生的原因，也是早期故障的重要信號局放試驗是評估定子繞組狀態的很重要的一個診斷性試驗。局放脈沖的時間是毫微秒級的，其頻譜最高到幾百MHz使用可以測量高頻信號的儀器就可以探測到PD脈沖電流。局放試驗的關鍵是被測量Qm

（最高局放脈沖的幅值（最大視在局放量）)按照測量方法的不同有以下幾種單位。1)pC：實驗室使用比較多，比較直觀；2)mV：在示波器和脈沖幅值分析儀(PMA)上讀取，PMA還可以計算每段幅值脈沖的個數；3)mA：使用工頻TA在示波器上讀取；4)dB(分貝)：使用頻譜分析儀記錄脈沖時使用。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（5）局部放電試驗1576.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（5）局部放電試驗理論上每個PD脈沖的幅值與空隙的大小成正比，PD越大說明該缺陷越大。與介損試驗相比，介損反映的是繞組整體存在空隙的情況，而最大視在局放量反映的是繞組中最劣化部位的狀態。6.大型電機定子繞組絕緣診斷性試驗（5）局部放電試驗158二、電機局部放電診斷

（主要針對高壓電機）二、電機局部放電診斷

（主要針對高壓電機）1591.電機離線時局部放電測量

圖11-4-30是局部放電測量最基本的原理圖測量系統由施加試驗電壓和高頻電壓檢測兩部分組成。外施電壓部分：與交流工頻耐壓試驗相同高頻電壓檢測部分：局部放電信號：由高頻耦合電容器上拾取測量儀表：局部放電電量儀，測量和記錄局部放電電荷量Qmax。1.電機離線時局部放電測量圖11-4-30是局部放電測量1601.電機離線時局部放電測量圖11-4-30電機局部放電試驗線路T1－調壓器；T2－試驗變壓器；R－限流電阻；PT－電壓互感器；V－電壓表；M－被測電動機；CA、CB－耦合電容；

L、C－測量回路電感電容；V1－脈沖峰值電壓表1.電機離線時局部放電測量1611.電機離線時局部放電測量測得的曲線上：如放電起始電壓Uc較高，則可認為該電機局部放電是正常的；當放電電量較大，放電起始電壓又較低，如圖中虛線，則說明電機局部放電現象較嚴重，需進一步診斷其原因和放電主要部位。圖11-4-31局部放電曲線

1.電機離線時局部放電測量測得的曲線上：圖11-4-311621.電機離線時局部放電測量圖11-4-32檢測電路圖1.電機離線時局部放電測量圖11-4-32檢測電路圖1632.發電機局放在線監測系統組成：系統采用高頻寬帶電流傳感器、寬帶前置放大電路、窄帶信號檢波和報警單元、包括DSP信號高速采集模塊的工控機和高性能服務器等，組成寬帶加窄帶的系統硬件配置方式（見圖）。系統的信號源為發電機中性點，在發電機中性線上安裝高頻寬帶電流傳感器(CT)，在傳感器附近配置寬帶前置放大電路，傳感器的輸出信號經寬帶前置放大電路進行寬帶放大和阻抗匹配后，再利用50Ω同軸電纜將信號送往距現場較遠的后級窄帶處理單元和寬帶處理單元分別處理。2.發電機局放在線監測系統組成：系統采用高頻寬帶電流傳感器1642.發電機局放在線監測系統寬帶處理單元將寬帶前置放大器送過來的寬帶信號經隔離后送到DSP高速采樣系統。由工控機和服務器對信號進行抗干擾處理和提取特征參數后存入局放信號特征數據庫，專家系統根據特征數據庫中的寬帶和窄帶歷史數據作出電機絕緣狀態的診斷。2.發電機局放在線監測系統寬帶處理單元將寬帶前置放大器送過1652.發電機局放在線監測系統圖13-5-27HSB-1型局放在線監測系統結構圖2.發電機局放在線監測系統圖13-5-27HSB-1型局166第三章電機振動診斷第三章電機振動診斷167序對于旋轉機械，振動量值是重要的運行狀態特征健康的旋轉機械都會有振動人體的脈搏一樣，在正常情況下，脈搏的跳動并不妨礙人體從事各種活動。當人體內部有病的時候，脈搏就會有各種異常表現。診斷脈搏的變化可以查知病況，及時給予正確的治療。異常振動也是機械內部缺陷的表征。通過振動的測量分析，揭露出設備內部隱形缺陷序168一、電機的電磁振動一、電機的電磁振動1691.定子電磁振動異常主要原因(1)三相交流電機定子異常產生的電磁振動。(2)氣隙靜態偏心引起的電磁力。(3)氣隙動態偏心引起電磁振動(偏心的位置對定子是不固定的，對轉子是固定的，因此偏心的位置隨轉子而轉動)。(4)轉子繞組故障引起的電磁振動。(5)轉子不平衡產生的機械振動。轉子不平衡的原因：①電機轉子質量分布不均勻②轉子零部件脫落和移位③聯軸器不平衡，冷卻風扇不平衡，皮帶輪不平衡④冷卻風扇與轉子表面不均勻積垢。1.定子電磁振動異常主要原因(1)三相交流電機定子異常產生的1701.定子電磁振動異常主要原因(6)滑動軸承由于油膜渦動產生振動。(7)滑動軸承由于油膜振蕩產生振動。(8)加工和裝配不良產生振動。(9)安裝時，軸線不對中引起振動。(10)定子鐵心和定子線圈松動(11)電動機座底腳螺釘松動，相當于機座剛度降低。1.定子電磁振動異常主要原因(6)滑動軸承由于油膜渦動產生1712.定子異常電磁振動（1）原因定子三相磁場不對稱：電網三相電壓不平衡定子繞組三相不對稱等定子鐵心和定子線圈松動電動機座底腳螺釘松動2.定子異常電磁振動（1）原因1722.定子異常電磁振動（2）特征振動頻率為電源頻率的2倍。切斷電源，電磁振動立即消失。這是區分電磁振動與其它振動的基本方法。振動可以在定子機座和軸承上測得。振動與機座剛度和電機的負載有關。

2.定子異常電磁振動（2）特征1732.轉子繞組不平衡引起電磁振動(1)原因：①籠條鑄造質量不良，產生斷條或高阻②籠形轉子因頻繁起動，電機負載大產生斷條或高阻③繞線式異步電動機的轉子繞組回路電氣不平衡，產生不平衡電磁力④同步電動機勵磁繞組匝間短路。2.轉子繞組不平衡引起電磁振動(1)原因：1742.轉子繞組不平衡引起電磁振動(2)特征：①與轉子動態偏心產生的電磁振動，波形相似，現象相似，較難區別：振動頻率為f0/p

②在空載或輕載時，振動與節拍噪聲不明顯;當負載增大時，這種振動和噪聲隨之增加③在定子的一次電流中，也產生脈動變化，其脈動節拍頻率為2sf。④對定子電流頻譜圖中，基頻兩邊出現邊頻。⑤同步電動機勵磁繞組匝間短路，能引起f0/p頻率(轉頻)的電磁振動和噪聲⑥斷電后，電磁振動和電磁噪聲消失2.轉子繞組不平衡引起電磁振動(2)特征：1752.轉子繞組不平衡引起電磁振動

圖12-2-3轉子繞組不平衡引起電磁振動a)發生振動機理b)電磁振動波形2.轉子繞組不平衡引起電磁振動圖12-2-3轉子繞組不1763.電動機氣隙不均引起的電磁振動

氣隙不均勻(氣隙偏心)有兩種:靜態不均勻(靜態偏心)動態的不均勻(動態偏心)它們都會引起電磁振動，但是振動的特征并不完全相同。3.電動機氣隙不均引起的電磁振動氣隙不均勻(氣隙偏心)有兩1773.電動機氣隙不均引起的電磁振動

靜態氣隙偏心產生的電磁振動特征：1)電磁振動頻率是電源頻率f0的2倍，即f＝2f0；2)振動隨偏心值的增大而增加3)振動隨負載增大而增加；4)斷電后電磁振動消失；5)氣隙偏心產生的電磁振動與定子異常產生的電磁振動較難區別3.電動機氣隙不均引起的電磁振動靜態氣隙偏心產生的電磁振動1783.電動機氣隙不均引起的電磁振動

氣隙動