电机动态故障诊断系统

电机故障诊断技术与应用案例电机故障检测篇电机故障检测篇内容：电机离线+电机在线+轴承检测史光AT技术事业部北京西马力检测仪器公司一、离线检测篇探讨的议题……电气什么时候产生故障？案例呢？监测的评判依据。。。。。。企业又如何实施？机械早期存在哪些隐患？根据EPRI的报告：电机故障:53%源于机械原因，如轴承故障、不平衡、松动等；47%源于电气原因；其中，10%源于转子，如铸件缺陷导致的不平衡气隙、断条；37%源于定子绕组。41%12%37%10%轴承故障对中问题定子故障（短路等）转子故障（断条等）电机故障源于何处？电机故障源于何处？24%17%20%1%5%10%12%5%6%过载潮湿润滑不良化学污染粉尘颗粒单相运行轴承失效绝缘老化其它引起故障的外在因素引起故障的外在因素油量对中齿轮受损轴承受损轴承的润滑松动失去平衡电机存在那些监测关注的问题转子断条绕组劣化（短路）维修质量入库检查生产工艺早期污染环境问题传统检测手段：电压表安培表功率表数据采集器电源质量分析仪动态效率仪动态电气测试传统检测手段：欧姆表/毫欧表、双桥电阻表、绝缘电阻计（DA/PI）高压绝缘测试仪LCR测试仪浪涌测试仪静态电气测试电机电机检修的常规手段检修的常规手段电机电机检修过程中检修过程中的的存在存在误区！误区！““两表一桥，解决一切问题两表一桥，解决一切问题””1)认为三相平衡是电阻值的平衡是错误的；2)运行中三相电流的平衡与否要看三相阻抗是否平衡；3)匝间短路的发展与阻值的降低不成正比！摇表就可解决问题——错误！电桥可以检测到匝间短路——错误！对地绝缘问题仅占电机系统故障中5%以下使用匝间耐压试验仪？1)破坏性试验；2)波形复杂，难以分析；3)有些匝间短路的情况在波形上无反映;4)设备笨重，无法移动到现场每一台设备。电机诊断技术电机诊断技术特点特点电机故障诊断技术是设备诊断技术的一种。电机故障诊断有以下特点：(1)涉及较多的知识领域；电机内部至少有以下几个独立而又相关的工作系统：电路系统，磁路系统，绝缘系统，机械系统和通风散热系统。因此，电机的诊断比一般机械设备诊断涉及的技术领域要更广一些。(2)要熟悉诊断对象。电机故障起因复杂，征兆多变，熟悉诊断对象十分必要。(3)有别于继电保护系统。虽然大型电机均有继电保护装置，但保护只能作以及切断动作，并没有预防功能，而诊断技术能进行故障预报，两者功能不同，不能相互取代电机电机故障故障诊断诊断主要主要技术技术：：(1)电流分析法(CurrentAnalysis)(2)振动诊断(VibrationDiagnosis)(3)绝缘诊断(InsulationDiagnosis(4)温度诊断(TemperatureDiagnosis)(5)换向诊断(CommutationDiagnosis)——直流电机MCA电机可靠性维修管理平台电机可靠性监测与诊断维修管理电气、机械综合评定（ATPOL—Ⅱ)修理质量评定（AT-5）离线故障分析电气工程师前期管理运营管理在线故障分析公司PDM中心：不能停机监测AT技术涵盖常规检测手段的全部功能传统检测手段：电压表安培表功率表数据采集器电源质量分析仪动态效率仪动态电信号分析技术（ESA）在线动态电气测试ATPOL传统检测手段：欧姆表/毫欧表绝缘电阻计（DA/PI）高压绝缘测试仪LCR测试仪浪涌测试仪静态电路分析技术（MCA）离线静态电气测试AT5电机离线电机离线状态状态数据采集数据采集与与智能分析系统智能分析系统——AT5AT5定子绕组故障：匝间、线间(层间)、相间短路；绝缘缺陷(磁通集中至缺陷点)绕组三相绕组三相不平衡的不平衡的故障故障原因：原因：转子故障：铸件缺陷、气隙不均衡、偏心、断条断环；静态监测静态监测————能够能够快速快速找到找到故障故障部位部位定子绕组定子铁芯转子轴承风扇•绕组短路–相角Fi与I/F•接头松动–电阻R•绕组污染或过热–电感L与阻抗Z•转子状态与细化分析–电感或阻抗波形变压器测试示例——源边(2500kVA)-49-49-49I/F888888PhaseAngle868687Inductance218217220Impedance3.6483.6233.703ResistanceH2-H3H1-H3H1-H2Reading变压器匝间短路测试T1-T2T1-T3T2-T3Resistance0.020.0310.041Impedance111Inductance000PhaseAngle181918I/F-29-33-29Insulation#.#8-9使用时间，噪音很大例例一一：：150KVA150KVA干式变压器干式变压器T1-T2T1-T3T2-T3Resistance0.0530.0620.082Impedance111Inductance000PhaseAngle191919I/F-29-29-30Insulation2.202例二：例二：绝缘绝缘破损导致破损导致降低的变压器降低的变压器电阻R:5%（0.250）7.5%（0.250）阻抗Z：5%电感L：5%相角Fi：+/-1度I/F：+/-2与原始数据的偏差应格外注意IEEEIEEE变压器测试标准变压器测试标准X=Yes;L=Latestagefaults/Limiteddetection;-=No电源控制连接电缆定子转子气隙绝缘转子条振动对中负载调速装置离线检测(非运行)高压试验-------X-----冲击试验----X--------兆欧表-------X-----欧姆表--L-L--------极化指数-------X-----ATAT55-XXXXXXXX----在线监测(运行)振动测量----LLL-XXXX-红外XXXLL---L-LL-超声-L--L---X--L-电压/电流LLL-LL-------ATPOLATPOLXXL-LXX-LXXXX综合ATAT55+ATPOL+ATPOLXXXXXXXXXXXXX电机监测技术一览表的优劣电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机监测技术：离线检测电机电流分析技术：（MotorCurrentSignatureAnalysis）就是电流频谱诊断分析技术，与振动信号频谱分析过程类似。测试电机负载运行时的电流、电压信号，利用傅里叶快速变换分析电流电压时域信号转换的频谱，以判断整个传动系统的故障所在。在分析负载带来的电流信号的同时，还能分析同一时刻的电源电压信号，来分析电源质量品质。电机电流分析技术电机电流分析技术--------MMCSACSAMMotorotorCCurrenturrentSSignatureignatureAAnalysisnalysis（电机电气信号分析技术（电机电气信号分析技术ESAESA————EElectricallectricalSSignalignalAAnalysisnalysis））二、在线故障检测篇电机监测技术：在线运行检测笼型异步电机电机结构定子铁心转子绕组（端环）转子铁心风扇端盖电机工作原理的几个概念11、、旋转磁场旋转磁场向对称的三相绕组中通入对称三相交流电流，可以产生一个旋转磁场。如果三相绕组分布在一个圆周上，则旋转磁场作旋转运动。旋转磁场在一个圆周内，呈现出的磁极（N、S极）数目称为极数，用2P表示。旋转磁场的转向取决于三相电流的相序，转速n1取决于电流的频率f和极对数P：160fnP——同步转速22、、转差率转差率笼型异步发电机中转差率S与运行状态的关系?把同步转速n1与转子转速n的差与同步转速n1的比值，称为转差率，用s表示，即11nnsn异步电机的特点之一是转子转速n和定子旋转磁场的同步转速n1不同。n＝(1－s)n1则转子转速n可表示为：例如：笼型异步风力发电机，来理解旋转磁场对电机的影响。电机工作原理的几个概念33、、异步电机的运行状态异步电机的运行状态SNn1Tn发电机状态发电机状态电动机状态电动机状态SNn1Tn用转差率s可以表示异步电机的运行状态!n＞n1＞0s＜00＜n＜n10＜s＜101n10ns电机工作原理的几个概念AXZBCYSn1Nffne,iTf产生电磁转矩T定子三相电流产生旋转磁场，以同步转速n1旋转在转子导条中产生感应电动势ee在转子绕组中产生感应电流ii在磁场中产生电磁力f若转子以转速nn1,向n1的方向旋转n是否会等于n1？要产生T，必须n≠n1——异步机械能→电能，是发电机转子转速大于定子旋转磁场转速，发电！电机工作原理的几个概念ESAESA的两种途径的两种途径频域分析频域分析时域分析时域分析电机在线运行故障检测技术电机在线运行故障检测技术频域频域转换转换ESA技术：真正的时域信号，快速傅里叶变换：频域信号时域、时域、频域分析频域分析采集到的时域、采集到的时域、频域分析频域分析65K65K高分辨率高分辨率鼠笼式感应电动机感应电动机的运行原理：定子通入三相交流电：磁场运转分布感应电动机工作原理电机谐波的产生定子铁芯：绕组设计感应电动机故障的产生电机谐波的产生谐波来源：1、如图假设定子各槽电流都集中在槽中心线上的三相磁动势。2、假定定子槽是无穷多个的磁动势分布。3、齿谐波分量。4、基波磁动势。5、谐波磁动势。即：定子谐波磁场产生谐波磁势，谐波电流。定子基波或谐波磁场在转子绕组中感应的电流也产生一系列谐波磁动势，进而产生转子谐波磁场。另外，铁芯的磁路饱和也会产生谐波磁场。谐波的产生电流分析法诊断系统原理：交流感应电动机的启动电流较大（通常为满载电流的5-7倍），在很短的启动时间内，笼形绕组将承受很大的热应力和机械应力，导致笼条和端环在很高的应力作用下疲劳断裂。根据故障统计结果，交流感应电动机转子断条、端环开裂、高阻接头、机械不平衡、转子轴弯曲等是常见故障，其中有些故障即使停车拆下检修仍难以发现问题。交流感应电动机定子绕组通以三相交流电后，产生旋转磁场，在转子中产生感应电流。感应电流与通过转子和定子之间的气隙磁通相互作用，在转子与定子表面间产生电磁作用，其强度与磁通密度的平方成正比。如果转子发生故障，就会改变正常的气隙磁通波形。作为气隙磁通波形函数的定子电流频率信号及杂散磁通信号会对故障有明显的反映。如果转子条出现断条、高阻态连接故障时，谐波磁通在定子线圈上，同样产生感应电流，这些感应电流增加了除了50HZ工频电网信号的转差频故障信号，使用MCSA或者ESA解调技术，这些变频带从电源峰值两侧被分离出来，因此，可以准确的判断出转子断条故障。理想电机的定子电流应当只存在单一频率，而电动机转子出现故障时，定子电流频谱图上电流频率两侧各出现一个边频带。边频带峰值与主频峰值的差值直接反映转子损坏程度。电流分析法电流分析法实验分析：t=0:0.001:0.6;t=sin(2*pi*50*t)+sin(2*pi*120*t);y=[-7.20E-01-7.20E-01-5.60E-01……]fs=5000n=13;Y=fft(y,2^n);Y=abs(Y);Y=log10(Y);f=fs*(0:length(Y)/2-1)/length(Y);plot(f,Y(1:2^(n-1)))title('Frequencycontentofy')xlabel('frequency(HZ)