电动机机械磨损监测报警装置

电动机机械磨损监测报警装置一、问题的提出在冶金、石油、化工、发电、造纸、煤矿等行业的大中型企业，多有数十甚至上百台大型高压交流电动机，担负着各种生产设备的动力驱动。这些电动机一旦发生故障停机，将给企业生产造成严重损失。为了提高生产过程的可靠性，大部分企业对大型电动机实行定期检修制度，即定期停产，进行大修，查修隐患。这种维修体制，不但要花费大量的人力、物力，增加大量维修费用，而且对尚未出现故障电机进行没有针对性的拆装，会对电机造成损伤，埋下事故隐患，甚至会造成拆装过程中的损坏。一、问题的提出针对大型高压电动机的预知维修近年来日益受到重视，并且逐步得到推广应用。预知维修的关键，是有效地监测每台电动机的运行状态，将出现的不正常现象采集下来，通过转换分析，判明故障原因和故障严重程度，及时检修或更换出现问题的电机。这种体制不仅提高了企业生产的可靠性，减少因电机突然损坏、停工停产而造成重大经济损失，同时节省了企业每年用于定期维修所花去的大量费用。这是当前国内大量使用大型高压交流电动机的企业需要解决的重要课题之一。一、问题的提出交流电动机的故障分为电气故障和机械故障两大类。目前针对电气故障已具备比较完善的监测和保护体系，相关电气试验和测试的装备和手段也不断完善，已能够做到不解体电动机掌握其状况，运行中出现问题也能够实施有效地保护。而针对电动机机械故障进行监测和保护，在目前还是一个薄弱环节，并正日益受到重视。电动机的机械故障主要集中在与轴承相关的部件，包括轴承、转轴、端盖等。电动机在运行中会出现轴承磨损、轴颈磨损、端盖轴承室磨损、端盖止口磨损等问题，使震动和噪音加大，同时导致定转子不同心，严重时发生扫膛事故，损坏铁心和绕组。一、问题的提出因电机制造公差和装配误差的存在，新出厂的电动机就不同程度存在偏心问题，检修人员感兴趣的是如何对增大的气隙偏心进行检测，以期早期发现机械故障，减少非计划停机事故，并且避免扫膛事故的发生以及伴随而来的铁心和绕组的损坏。因此开发在线监测技术监视电动机气隙偏心的变化趋势和程度，是诊断大型高压交流电动机产生的机械故障的有效手段之一。二、电动机磨损监测的现状目前涉及到电动机机械故障的监测手段包括：1、振动监测：定期或不定期地对电动机进行振动检测，对信号进行各种处理和分析，诊断电动机的机械故障，分析故障部位和原因。2、温度监测：采用在线或离线的方式，对电机轴承部位的温度进行监测，发现温度异常升高，及时进行分析和处理。3、电流分析法：通过对负载电流频谱分析，对反映电动机气隙偏心和轴承故障的特征频率进行分析，早期发现问题，及时安排检修。4、振声诊断技术：对诊断的对象同时采集振动信号和噪声信号，分别进行信号处理，然后综合诊断轴承故障。5、铁谱技术：通过润滑油样中磨损颗粒的大小、数量和形状监测和分析设备运行时的实际磨损情况。6、超声波检测：通过超声波检测轴承的润滑状态和磨损状态。二、电动机磨损监测的现状在上述这些检测方法中，只有电流分析法可分析电动机偏心程度的变化。近年来电流分析法从检测装备到分析手段都有了很大进步，正逐步得到推广应用，也取得较好的效果。但其存在很大的局限性：①对检测装置要求较高，并且需要复杂的专家系统，导致装置价格昂贵；②由于有来自电源的谐波的影响、负载变化对谐波的影响，影响检测结论的规律性；③可对厂内分散布置的电机进行定期或不定期的逐台监测，统计变化情况，对出现问题的电机进行重点监测，但不适合进行多台电机在线监测；④必须设专人进行检测和分析，工作量大；⑤对同步电动机和绕线转子电动机无效。三、电动机机械磨损监测报警装置研制的目的本技术通过检测交流电动机内部气隙磁场的变化，在线监视电动机气隙的变化，早期发现电动机的偏心故障，避免突发性故障停机，实现针对机械故障的状态检修，减少非正常停机带来的损失；该技术可有效防止电动机的扫膛事故的发生。该技术所采用的检测手段，以及所实现的效果，填补了电动机保护领域的一个空白点。四、基本工作原理电动机机械磨损监测报警装置包括嵌放在电动机定子槽中的检测线圈和与之相连接的保护装置，利用嵌放在电动机定子槽中的检测线圈检测气隙磁场的变化，利用保护装置对检测信号进行处理，从而实现偏心监测。监测报警仪UaUcUb103四、基本工作原理三相交流电动机在结构上是对称的，三相定子绕组对称分布，互隔120°电角度：在理想情况下，定转子铁芯同轴，气隙均匀。若将三相对称绕组接于三相对称电源，则在电动机内部产生均匀的旋转磁场，此时在定子圆周各处气隙磁场的强度大小相等。实际上，三相电源不是绝对对称的，此时即使气隙是均匀的，气隙磁场也会由于电源的不对称而不均匀，但是同相定子绕组的不同极相组的相应位置的气隙磁场还是大小相等，相位—致。四、基本工作原理由于加工、工艺等各方面的限制，电动机的气隙不可能做到绝对均匀；电动机在运行过程中，由于轴承磨损等原因，气隙不均匀程度将逐渐加大。气隙不均匀将导致同相定子绕组的不同极相组的相应位置的气隙磁场的强度不再相等，气隙小的部位由于磁阻减小而磁场增强，气隙大的部位由于磁阻增大而磁场减弱，同相定子绕组的不同极相组的相应位置的气隙磁场的强度的差值的大小可反映出该两处气隙长度的差别的大小。所以对定转子偏心故障的监视可以通过对所述气隙磁场的强度的差值的监测实现。四、基本工作原理气隙磁场的检测可利用嵌放于电动机定子槽中的检测线圈来实现。在交流电动机中，主磁场是旋转磁场，其磁密波沿气隙园周按正弦规律分布，并以同步转速n1旋转，此旋转磁场与整距线圈交链的磁通称为主磁通，即气隙磁隙，用Φm表示。在交流电动机的定子槽中嵌放一个检测线圈，设检测线圈的感应电压为Um，则Um=4.44fwKwΦm。Um的大小反映了检测线圈所处区域的气隙磁场的强弱。五、检测线圈的安装在电动机定子槽中嵌放6个检测线圈，6个检测线圈均匀分布；检测线圈节距接近电动机的极距，仅需1匝，嵌放在定子槽的槽契下面；6个检测线圈分为三组，分别将相隔180°机械角度的两个检测线圈按电压相减的方向串接，得到三个感应电压的差值，分别反映相隔120°机械角度的三个方向的气隙偏差程度。五、检测线圈的安装C1A22324T3232421C192021T419202222ocB1C21716X151417161514T21312B111013121110T61、电动机绕组A1B298Z769876T154325432T5Ab2、检测线圈a11Y二极电动机检测线圈安装原理图1818五、检测线圈的安装232417195324768131110121514162119182022YAZB1、电动机绕组CX2324171953247681311101215141621T519182022T4T6T2T1T34极电动机检测线圈安装原理图2、检测线圈cbaoC3B1A1C4B1A2C1B2A3C2B3A4五、检测线圈的安装6极电动机检测线圈安装原理图1818B516A51415C4X16T51415C312B31011A4T41210111313B4B2A38C1A267T38T2C67B1C64A1B623B4T1A23Z5599(a)C2os(b)tC511Yr1717T6A6五、检测线圈的安装在电动机中嵌放检测线圈不必改变电动机的任何结构和参数。对于新购电动机，在技术协议中提出要求即可；大修电动机时检测线圈的安装非常方便；对于现有正在运行的电动机，需在检修电动机时更换部分槽契，完成检测线圈的安装。五、检测线圈的安装五、检测线圈的安装六、交流电动机磨损状态监测报警仪BH2080型交流电动机磨损状态监测报警仪是常州太平洋自动化技术有限公司开发的监视交流电动机定转子偏心状态的在线监测智能仪表，该仪表采用先进的高速智能芯片，大屏幕液晶显示器。六、交流电动机磨损状态监测报警仪以直方图的形式显示反映电动机定转子偏心程度的三个感应电压差值信号的初始值和实时值，指示电动机偏心程度的变化；可设定报警值和动作值，从而有效防止电动机扫膛事故发生。ABCD21六、交流电动机磨损状态监测报警仪该仪表还能以曲线的形式显示感应电压信号变化，最长可记录20000小时信号变化情况，使用户可根据信号变化趋势早期发现偏心故障。六、交流电动机磨损状态监测报警仪该仪表可安装RS485通讯接口，实现上位机的通讯，利用计算机同时监视1～200台电动机的磨损状态，可在上位机修改设定值，可利用上位机集中分析感应电压变化趋势，发现异常自动提示，达到更好的监测保护效果。六、交流电动机磨损状态监测报警仪目前已针对高压电动机开发出分体结构仪表，模拟信号处理部分做成一个模块安装在电动机的低压接线盒中，显示部分安装在控制柜中，模拟信号处理模块与显示部分之间通过光钎连接，实现完全电隔离，提高了仪表的安全性能。并且同时实现对三相绕组和两端轴承五点温度的监测和保护。七、部分应用实例在此，介绍该技术使用在日本富士电机公司生产的MLA1408B300KW三相交流电动机的情况，该电动机用于电解铝厂净化风机，该电动机负载端轴承是6322，风扇端轴承是NU318，气隙长度1mm。共4台同型号电动机进行了偏心监测，其中一台电动机在监测期间曲线明显出现上升趋势，经对该电动机解体检查，发现轴承走外圆，轴伸端端盖轴承位下方出现磨损造成0.09mm的凹槽。七、部分应用实例七、部分应用实例七、部分应用实例七、部分应用实例高压电动机新疆红雁池电厂：Y8002-4，5500kW给水泵电机一台；甘肃省靖远电厂：YL1400-14，1400kW循环水泵电机三台；甘肃省靖远电厂：GS1512-4，1050kW鼓风机电机二台；甘肃省靖远电厂水厂：1000kW，10极水泵电机二台。低压电动机中国铝业贵州分公司300kW和220kW等多台引风机电机。八、相关证明在国电靖远发电有限公司应用情况的证明。八、相关证明在中国铝业贵州分公司应用情况的证明。九、专利证书十、测试报告已委托上海电器科学研究所完成测试。测试报告图片十、测试报告测试时仪表上完成的曲线照片。仪表画面谢谢！常州太平洋自动化技术有限公司