电气设备故障诊断

电气设备故障诊断第二讲电器设备故障特点序：电气设备的特征•电气设备——发电机、变压器、高压电机、电压与电流互感器、高压断路器、电力电缆等。•主要针对高电压等级设备进行研究和探讨。处于高电压（强电场）作用下，电气绝缘是主要问题；对于旋转电气设备，振动、磨损、疲劳等都是必须严格注意的；由于实现着能量的转换或传递作用，发热的因素在电气设备中起着关键的破坏性作用；电气设备的可靠性是多种因素共同作用的结果，必须综合进行考虑。故障的分类•按产生的原因分类•按工程技术的安全性分类•按系统功能丧失的程度分类•按发生的速度和发展进程分类磨损性故障----机器或系统正常运行时磨损引起的故障，实际上反映了机器的寿命。错用性故障----运行中操作不当或以外情况引起机器中某些某些零件应力超过设计允许值而产生的故障。薄弱性故障——机器运行中应力没有超过设计规定值，但由于设计和制造不恰当造成机器中存在某些薄弱环节形成的故障。故障的分类•按产生的原因分类•按工程技术的安全性分类•按系统功能丧失的程度分类•按发生的速度和发展进程分类危险性故障——故障发生后会对人身、生产和环境产生危险安全性故障故障的分类•按产生的原因分类•按工程技术的安全性分类•按系统功能丧失的程度分类•按发生的速度和发展进程分类永久性故障——必须更换某些零件后，机器才能恢复其功能。永久性故障又包括：全部丧失功能的完全性故障和丧失局部功能的部分性故障。非永久性故障——或称间断性故障，故障使部件丧失某些功能，但不需更换零件就可以排除故障使机器恢复其全部功能。故障的分类•按产生的原因分类•按工程技术的安全性分类•按系统功能丧失的程度分类•按发生的速度和发展进程分类发生速度：突发性故障渐发性故障发生进程：初期故障偶发故障磨损故障设备的故障模式•故障模式是按故障状态进行的分类，是故障现象的综合表征，与设备本身的特性和运行环境都有一定的关系。•设备常见故障模式运动设备部件的磨损、声音异常、振动异常、晃动、温升异常、泄漏等；静止设备部件的松动、变形、断裂、龟裂、腐蚀、材质变化等；电气设备的绝缘击穿、温度异常、绝缘裂化或烧损、短路、断线等。设备故障模式[据日本统计]设备的故障模式•统计分析：与本设备相同类型设备的故障模式统计资料，并以此统计资料作为选择诊断监测装置的依据。•综合分析：各种故障模式的影响和危险度。一般在设计阶段应预测可能发生的一切故障，并分析这些故障模式，论证它给运行带来的影响，从而确定监测的对象。绝缘及其故障•电气设备的绝缘电气设备绝缘的作用是把不同电位的导体分隔开，使之在电气上不相连接，没有电流通过。用作电气绝缘的材料称为绝缘材料，通常具有106~1019m的电阻率，分气体、液体和固体三类。电气设备外壳内部由固体、液体或气体（不包括常压的空气）组成的绝缘称为内绝缘。它基本上不受大气、污秽、潮湿和动物等外界条件的影响。电气设备壳体外的或暴露在大气中的套管绝缘子等绝缘表面以及空气间隙称为外绝缘，受到外界条件的影响。设备绝缘必须有一定的绝缘水平，既要有较高的短时电气强度（以短时试验电压来衡量），又要有足够的长期电气强度（耐局部放电性能好、介质损耗低）。绝缘应具有良好的耐热、抗热老化性能，承受各种机械负荷的能力和化学稳定性能。绝缘及其故障•高压电机的绝缘及故障高压电机包括额定电压在3Kv及以上的大中型发电机、同步调压机和交流电动机。容量在10000KW以上者为大型，100——10000KW者为中型。在运行过程中，绝缘同时受到电场、热、机械力和环境因素的作用。1.良好的热性能——耐热性、导热性、热弹性和热稳定性2.良好的机械性能——抗压、抗张、耐磨3.优良的电气性能——电气强度高、介质损耗小、绝缘电阻高、耐电晕性能和抗热老化性能4.良好的防潮性能——吸潮性（不吸潮）5.物理化学性能——化学稳定性、耐腐蚀性、耐油性等绝缘故障主要是定子和转子的绕组绝缘与铁心绝缘。故障原因主要有绝缘老化、绝缘磨损、局部放电和电腐蚀、局部过热、绝缘受潮、绝缘污染以及制造工艺缺陷等。绝缘及其故障•发电机的绝缘故障根据多年来国内外大型发电机的运行、试验以及事故分析表明：由于设计制造、安装和非正常运行造成的缺陷，在电、热、机械、化学等因素作用下逐渐发展并导致绝缘损坏的事故。定子绕组绝缘击穿约占发电机事故总数的1/3，主要原因是绝缘老化、磨损和受潮。绝缘老化发生在运行20年以上的中小容量发电机上绝缘磨损发生在制造工艺不良、端部固定不当的发电机上绕组绝缘受潮主要由冷却因素引起定子绕组绝缘击穿定子绕组导线内堵塞可致使局部绝缘过热损伤，主要原因在于运行中的化学和电化学腐蚀或氧化引起定子绕组绝缘击穿定子绕组导线内堵塞定子铁心烧损铁心由叠片组成，片间必须有足够的绝缘电阻，如由于铁心短路、异物落入使绝缘破坏，造成局部的过热或放电现象，可能进一步损伤铁心或损坏绕组绝缘，引发更大的绝缘故障。定子绕组绝缘击穿定子绕组导线内堵塞定子铁心烧损定子绕组端部焊接缺陷转子通风系统堵塞并烧损绝缘转子线圈匝间短路绝缘及其故障•变压器的绝缘故障变压器在运行中绝缘损坏事故，从其结构上可分为纵绝缘和主绝缘事故。其次是套管事故以及因套管顶部裂纹导致的渗水引起的绝缘损伤。此外，还有铁心以及分接开关事故。绕组纵绝缘故障纵绝缘指绕组匝间绝缘和段间绝缘。纵绝缘事故主要是由于制造中的绝缘裕度不够或工艺缺陷。如对于纠结式绕组变压器，匝间工作电压很高（数千伏），段间可高达近万伏。设计时绝缘厚度不够、材质差，工艺上不均匀、不光洁等都容易导致绝缘事故的发生。绕组纵绝缘故障绕组主绝缘故障主绝缘指绕组对地和绕组相间的绝缘。破坏：绕组相对地或相间短路，使绕组严重损伤，甚至油箱变形、开裂。故障危害大的主要是绝缘围屏的数枝状放电，其发展有一个较长的过程，初始阶段较缓慢，促使其发生的条件，除局部场强较高和原有局部缺陷外，还与运行状况，如有无过电压、绝缘是否受潮等有关。绕组纵绝缘故障绕组主绝缘故障进水受潮引起的绝缘事故过电压引起绝缘故障异物引起的绝缘事故绝缘及其故障•电压、电流互感器的绝缘故障变压器在运行中绝缘损坏事故，从其结构上可分为纵绝缘和主绝缘事故。其次是套管事故以及因套管顶部裂纹导致的渗水引起的绝缘损伤。此外，还有铁心以及分接开关事故。电流互感器绝缘结构特点高压电流互感器（110KV及以上）的绝缘为电容均压结构。电容型套管高压引出部件，60KV及以上的高压套管均采用电容型结构。按使用的绝缘材料的不同，有油浸套管和胶纸套管。电压互感器与电力变压器相同，有一次高压绕组和低压绕组（二、三次）密封不良，运行时进水受潮约占事故总数的1/3，主要在顶部螺孔或隔膜老化开裂处，可以导致运行中的爆炸。绝缘有缺陷引起爆炸绝缘不均匀、电容屏断裂或皱褶、匝间或层间绝缘薄弱可引起绝缘击穿。其他，典型的有局部放电损坏、绝缘介质热老化、悬浮放电等缺陷。绝缘及其故障•电力电缆的绝缘故障电力电缆由导电线芯、绝缘层和保护层三部分组成。绝缘层必须具有优异的电气绝缘性能，一般以绝缘电阻、介电常数、介质损耗以及电气强度来表征。此外，还应有较好的机械性能、热性能、工艺性能、物理及化学性能。绝缘及其故障•电力电缆的绝缘故障电力电缆有粘性浸渍纸、充油、充气、橡皮塑料等绝缘结构形式。绝缘材料几乎都是高分子有机化合物老化以及绝缘缺陷（材料缺陷、设计不周、工艺不严等）是产生故障的主要原因，电缆施工中受力过大、弯曲过度，电缆内部涨缩等也会造成电缆故障。电机（发电机、高压电动机）的故障电机的构成和分类定子输入功率、产生磁场的静止部件。对交流电机，定子磁场是旋转的；对直流电机，定子磁场是静止的。转子轴上传递机械功率、产生与定子磁场相对运动的磁场。转子上部件承受着机械应力和电磁力。轴承装置其它附属机构如集电环与换向器，接线盒，风扇，端盖，附件等。应用最广泛的四类电机：同步发电机、同步电动机、异步电动机、直流电动机。电机（发电机、高压电动机）的故障电机的构成和分类电机故障诊断技术的特点根据电机的工作原理，在它内部存在着几个相互关联而又不可截然分割的工作系统。因而，电机诊断涉及较多技术领域。存在相互独立的电路和一个耦合电路的磁场。电机内不同绝缘结构构成了一个整体，即电机的绝缘系统结构上实现一个可以相对运动的整体——基本的机械系统发热和冷却，需要一定的通风散热系统。电机（发电机、高压电动机）的故障电机的构成和分类电机故障诊断技术的特点电机故障诊断涉及的领域电机学热力学和传热学高电压技术材料工程机械诊断学电子测量学信息工程技术计算机技术人工智能电机（发电机、高压电动机）的故障电机的构成和分类电机故障诊断技术的特点电机故障诊断涉及的领域电机的故障机座振动、带电、冷却介质流失、接地定子铁心松动、局部过热定子绕组绝缘局部破损、绝缘磨损、连接线损坏、绕组串位、匝间短路转子本体铁心或支架松动、不平衡、与定子相擦转子绕组接地、断条、匝间短路轴承温度高、带电、振动、漏油换向器环火、变形、磨损、断裂电机故障是一个复杂的过程必须从故障机理上进行理论分析和运行分析。例如，发电机组的振动状态是衡量发电机能否持续可靠运行的重要指标。发电机的振动一般分为机械振动和电磁振动两种。仅就电磁振动就有以下的原因：①转子绕组匝间短路；②定、转子间气隙不均匀；③定子铁心组装接合处松弛；④转子中心位置偏移；⑤不对称负荷以及电磁谐振等。加强对不同振动异常的识别才能诊断出引发此故障的真正原因。电力变压器的故障电力变压器主要由线圈（初级、中级、次级）、铁心、外壳、套管、油枕等组成。根据需要，还设置有分接开关、散热器（冷却装置）、瓦斯继电器等辅助设备。电力变压器运行中的要求音响正常无杂音无严重漏油现象，油位及油色正常油温不超过正常值（相对于运行状况及环境条件而言）外壳完好接地套管良好电力变压器的故障电力变压器运行中的要求变压器的故障电路故障磁路故障绝缘油故障结构方面的故障线圈故障绝缘老化制造工艺存在的缺陷线圈层间短路导线表面电晕受潮过电压引起的绝缘击穿系统短路振动和撞击线圈相间短路引线和套管的故障电力变压器的故障电力变压器运行中的要求变压器的故障电路故障磁路故障绝缘油故障结构方面的故障穿芯螺栓及轭铁夹件碰接铁心，表现为局部的严重过热硅钢片片间绝缘损坏，引发铁心发热铁心接地不良，形成静电放电系统电压超过分接头的电压，多由于电压中的高次谐波引起铁心安装缺陷电力变压器的故障电力变压器运行中的要求变压器的故障电路故障磁路故障绝缘油故障结构方面的故障电气绝缘的降低油的氧化和变质油的高温分解油箱和散热器漏油电力变压器的故障电力变压器运行中的要求变压器的故障电路故障磁路故障绝缘油故障结构方面的故障分接开关的损坏表现为动触头和静触头接触面的烧损，多由于结构缺陷、接触压力不足、变换位置时接触不准确或电动力与电弧的作用。有载分接开关的故障瓦斯保护动作高压断路器的故障断路器是变配电的重要电气设备，不仅可以接通和断开线路电流，而且当线路发生故障时，它和保护装置、自动装置相配合，能迅速切断故障，以减少停电范围，防止事故的扩散。在电力网中的断路器，按其灭弧介质分为液体介质断路器（如多油断路器与少油断路器）、气体介质断路器（如压缩空气断路器和SF6断路器）、真空断路器及磁吹断路器等。断路器的常见故障断路器烧坏或爆炸当断路器在缺油情况下切断短路电流，电弧不能熄灭，将引起断路器烧坏甚至爆炸。在断路器切断超过容许短路电流时，会造成断路器触头熔焊。断路器绝缘子破坏，拉杆瓷瓶断裂，橡皮密封垫有缺陷断路器操作机构拒绝跳闸发生在远方操作断路器时，会延迟事故的消灭，扩大事故影响。断路器操作机构拒绝合闸，动作不灵断路器自动跳闸或自动合闸断路器严重渗油或油变质断路器运行温度不正常SF6单压式断路器故障模式对监测必须集中到一些少量的设备，主要是电力变压器、气体绝缘全金属封闭变电所、仪表用互感器。检测地点的选择：电网中有全局意义的、有过负载危险的、从运行经验中了解到有较高危险的设备类型对检测的要求