大型电机设备电气故障诊断流程

大型电机设备电气故障诊断流程

葛姣扬

金润电力工程有限公司 河南  郑州 453400

摘要：随着异步机、同步机、发电机等大型设备在煤炭、石油、石化、军工、核电行业的大量在役运行,承担着关键主机装置的动力拖动、能源输出任务,一旦该类大型设备因故停机,将导致下一级装置停车、可靠性系数降低,甚至出现进一步的危害。为了保证大型电机设备的正常使用，确保生产活动的正常开展，本文重点分析电机设备电气故障的诊断流程和常见故障检修措施，以期为相关工作者提供一定的参考。

关键词：大型；电机设备；电气故障；诊断

1故障诊断流程

1.1故障现象

一旦出现任何报警、动作信号时,均应根据信号及原理进行故障类型判断、故障定位、量值分析、故障判定,找出故障点或隐患,做好预防。

组织人员详细查找汇总故障现象:通过详尽描述设备启动记录、运行时段、故障发生时段的日志了解运行情况;通过设备巡检记录查阅历史趋势、现场监控录像了解设备故障前后的运行趋势;通过电源、电机、负载甚至系统保护装置记录了解故障时的电参数、物理参数状态,为分析故障原因奠定基础。

1.2 故障类型

（1）定子故障及诊断

其中包括短路匝间、接地绕组和相位之间短路等。主要原因是电机长时间高温运行、用于绝缘磨损的原因，或者绝缘因工作环境中粉尘和湿度等物质长时间接触而击穿，绝缘损坏是电路在各种机械冲击和电磁影响下发生故障的现象，主要是局部故障它在过热、不对称相电流和振动加强是电机常见的故障。当绕组匝间发生故障时，由于很难分析短路故障，定子绕组的故障分析进度比较慢。当定子绕组匝间发生短路时，转子电流中产生相应的特征频率分量，定子电流中通过定子和转子绕组的耦合作用产生恒定的谐波分量。基于多回路理论，建立了定子转子绕组电压方程，在定子匝间故障的情况下改变了绕组电感，电流特性谐波是通过定子转子间基于定子电流谐波的相互感应实现的。

(2)绕组损坏

包括非正常电压启动、频繁启动、启动时间超长导致电机长期过负荷而损坏;绝缘老化,形成匝间、相间、对地短路;电压不平衡、波动、断相,长期承受负序电流而烧毁;冷却系统或环温过高导致绕组损坏;转子偏心或其他机械故障、负载变化造成堵转。

当电机定子绕组因绝缘破坏发生故障时， 电机电信号将存在异常现象， 气隙中的磁路也会有较大影响。当电机定子绕组发生短路的匝数较少时， 电机运行中电信号异常特征表现不明显； 而当其发生短路的匝数越来越多时， 电信号异常特征表现将越来越明显， 电机继续运转可能造成绕组甚至铁芯烧毁。在相同的电压条件下， 电机电流不同是因阻抗不同产生的， 而阻抗发生变化是定子绕组绝缘破坏造成的。虽然不同的设备， 电机绕组可能有不同的接线方法， 但绕组绝缘的破坏都体现在电流的不同上。以其中一相电流为标准， 比较其他两相电流的变化量， 是电机定子绕组绝缘缺陷的主要判断依据。由于电机故障诊断技术平台采用了高频信号，少量的电流变化就会被放大几十倍， 仪器的测量精度较高。

(3)轴承损坏

包括机械负荷过大或振动太大;润滑剂不合适或缺少;绕组高温或造成轴承过温烧损。

上述故障通过配套保护装置(发电机综合保护装置、异步机综合保护装置、同步机综合保护装置、励磁系统保护装置等)进行保护,装置给出的告警、动作信号判断故障最终反映到电机及物理故障:电气故障(电压、电流)和物理故障(超温、超速、超振)。

（4）电机偏心

电机偏心多是由日常维护中工序的偏差、 运行中的负载不稳定、 轴承及轴弯曲等问题引起的。电机偏心将导致气隙周期性偏心变化。气隙偏心可以分成静态偏心和动态偏心。静态偏心指转子偏离定子中心， 而转子自转中心未变； 动态偏心指转子除了自转外， 还围绕着定子中心进行公转。静态偏心与动态偏心的主要区别在于两者最小气隙与横轴间的角度随时间变化的趋势不同。

1.3诊断方法

由于选择的待测标量不同，电机的诊断方法也不同。现阶段，电机要测量的常用关键是：电流、工作电压、噪声、振动和温度。当电机运行时，可能会引起电机标量的变化，如振动增加或噪音增加。这种转换可用于诊断电机的故障。常见的主要方法有：

1.3.1振动诊断法

电机振动诊断法是利用电机的标准振动来诊断电机故障的一种触摸诊断方法。由于电机装配在转向架狭窄的室内空间内，准确测量牵引电机振动数据信号的传感器不易装配，相邻机械设备对振动数据信号的准确测量更加困难。该元素对诊断结果的危害更大。

1.3.2声音诊断法

电机的声音诊断方法与振动诊断方法基本相同。声音诊断方法是利用电机运行过程中形成的具有足够故障信息内容的声音数据信号作为故障特征数据信号进行故障诊断。它是一种非接触式临床诊断方法。但是，在具体的生活实践中，并没有得到很好的实际诊断结果。原因是声音是非平稳信号，在故障svm算法层面上不容易完成。

1.4故障定位

电机运行保护装置具有的故障记录功能记录内容为故障时的输入模拟量和开关量、输出开关量、动作元件、动作时间、返回时间、相别。

确保发生故障时不丢失故障记录信息。

确保在装置直流电源消失时,不丢失已记录信息。

根据时间从保护装置(发电机综合保护装置、异步机综合保护装置、同步机综合保护装置、励磁系统保护装置等)的故障记录表中查询故障信号,进行故障定位:

纵联差动保护———基于电机定子绕组及其引出线的相间短路故障而设;

电流速断保护———反应电缆及电机(保护范围内)相间短路故障;

过流保护———反应电机出现故障(短路)电流超过额定电流(一般超过较多,不允许长时间运行);

过负荷保护———反应电机过负荷(过载)造成运行电流超过额定电流(一般超过不多,允许运行时间较长);

电流不平衡保护———电源(电机)相间电流不平衡超过10%或缺相故障;

启动时间过长保护———电机电压低或负载惯量大造成电机启动时间过长或不能启动到额定转速;

启动次数保护———规定时间内频繁启动次数太多,造成电机内部热积累;

堵转保护———电机轴系机械故障或负载机械故障造成电机电流达到堵转电流,时间稍长即可烧毁电机;

低电压保护———电源波动或容量较小造成机端电压下降;

定子接地保护———匝间或绝缘破坏造成定子对地绝缘降低为零;

失步保护(同步机)———负载受到剧烈扰动、电压瞬降、励磁降低造成异步运行;

失磁保护(同步机、发电机)———励磁系统故障、转子回路断线造成失磁故障;

转子接地保护(发电机)———转子受潮、引线绝缘破损或老化、绕组匝间短路造成接地故障。

2大型设备电机故障维修措施

2.1 电气故障预防措施

需要管理员对其设备进行不同程度的维修和保养，例如当操作者操作设备的时候管理人员可以对整套电器设备进行详细的检查，对于一些细小的磨损要格外的重视，对出现问题的设备进行维修或者是直接更换成新的。管理者对电线要及时的更换，因为电线在使用的时间过长的时候会出现老化的现象，管理者需要根据实际情况更换不同的线路。这些在很大程度上都可以避免电气系统出现问题，但是也会出现一些突发状况，所以管理人员要有比较快的反应能力和处理突发事件的能力，这样能够有双重的保障减少电器系统故障的发生。

2.2提升故障预防能力

第一，设备不能超负荷使用，而且要确保启动、制动应尽可能的缓慢、平稳。第二，操作人员要根据实际润滑需求，选择合适型号的润滑油，以此来减少设备运行过程中的磨损。第三，在日常使用中，需要定期对润滑油是否清洁进行检查，一旦发现润滑油的清洁度不达标，就必须及时进行更换。因为提升管理水平决定着设备能够正常的运行，所以管理者需要对此格外的关注。　

3结语

随着“服务至上”的理念提升,通过设计从故障发生到最终故障分析判定的规范化流程服务,不仅可以提升服务团队专业水平、服务效率,更能够在提升用户服务满意度的同时,全面分析问题,深层次挖掘、了解、细化大型设备正常及异常运行工况,为提升产品可靠性能提供借鉴及支撑，同时确保生产活动正常开展。

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