電氣設(shè)備故障診斷 第三講：各類故障的特征量（1.電量）.ppt

電氣設(shè)備故障診斷,第三講：各類故障的特征量（1.電量）,序：故障診斷的任務(wù),故障定義為“設(shè)備在它應(yīng)達(dá)到的功能上喪失了能力”。 故障包括：使設(shè)備立刻喪失其功能的破壞性故障；降低設(shè)備功能的但沒有完全喪失功能的功能性故障；人為的誤操作停車故障。 產(chǎn)生故障的原因有人為誤操作、由正常磨損或疲勞使機(jī)械設(shè)備達(dá)到其自然壽命、非正常因素以及環(huán)境影響等多方面的因素。,診斷技術(shù)的任務(wù)是“識別現(xiàn)狀、預(yù)測未來”。 發(fā)現(xiàn)破壞性的故障，這種信號一般稱之為故障信號；預(yù)防功能性故障的發(fā)展，這時采集的是異常信號，它是設(shè)備部分缺陷的外在反應(yīng)（現(xiàn)狀）。 故障信號和異常信號都是有用的狀態(tài)量。,設(shè)備狀態(tài)量及監(jiān)測技術(shù),狀態(tài)量是設(shè)備運(yùn)行中出現(xiàn)的各種正常和異常特征信號量的總稱。 設(shè)備狀態(tài)量可以分為運(yùn)行狀態(tài)量和生產(chǎn)過程狀態(tài)量。,1. 運(yùn)行狀態(tài)量,設(shè)備運(yùn)行中會經(jīng)常發(fā)出聲音、振動、溫度等多種信號。這些信號可以被感覺或測量出來。 與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相對應(yīng)的有正常信號和異常信號，采集并識別這些信號，經(jīng)過分析可以識別和判斷出設(shè)備的缺陷和故障。,機(jī)械量信號 與生產(chǎn)功能無直接關(guān)系的信號，如振動、聲音、軸承溫度等； 與生產(chǎn)功能有直接關(guān)系的信號，如汽輪機(jī)的汽壓、汽穩(wěn)、轉(zhuǎn)速等。 電磁信號 有電壓、電流、頻率、局部放電電荷、磁場強(qiáng)度等。 化學(xué)信號 如絕緣油含烴量、潤滑油酸階等。,2.生產(chǎn)過程狀態(tài)量,生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)是相互聯(lián)系的。在正常運(yùn)行時，各生產(chǎn)過程參數(shù)（輸入、輸出等）呈一定的比例關(guān)系。,各項參數(shù)間比例失調(diào)，就表示設(shè)備內(nèi)部存在有缺陷,3. 狀態(tài)量的采集方法,檢查 感官直接（看，聽，嗅，嘗，觸），能檢測出定性的模糊量 測量 分為運(yùn)行中的在線測量和停機(jī)中的離線測量（可測、有量） 檢測 主要指對停機(jī)或維修解體中設(shè)備的檢查與測量 監(jiān)測 在運(yùn)行中，對設(shè)備的某些狀態(tài)量的定期或連續(xù)的測量,通常監(jiān)測的狀態(tài)量參數(shù),監(jiān)測輸入量輸入量泛指作用于設(shè)備、推動設(shè)備運(yùn)行和導(dǎo)致設(shè)備劣化的各種輸入量。輸入量監(jiān)測的目的在于查明異?；蚬收系膩碓矗瑫r根據(jù)實際情況，進(jìn)一步推測設(shè)備的運(yùn)行可靠性和使用壽命。 輸入量有許多種類，如機(jī)械力（拉力、壓力、扭力、疲勞應(yīng)力等）、化學(xué)作用、電或磁力的作用力等等。,監(jiān)測運(yùn)行狀態(tài)量設(shè)備發(fā)出運(yùn)行狀態(tài)量有主動和被動兩種方式。 主動發(fā)出的信號：主要是具有轉(zhuǎn)動部件的設(shè)備，在運(yùn)行中常會發(fā)出振動、熱量或聲音、光等信號，統(tǒng)稱為一次信號。 被動發(fā)出的信號：主要針對靜止的設(shè)備或沒有運(yùn)動部件的設(shè)備，必須采取預(yù)加一定量的輸入，迫使設(shè)備發(fā)出信號（即二次信號），借以診斷設(shè)備的內(nèi)部狀態(tài)。取得二次信號的方法有：外部刺激法、照射法、涂敷料法。,監(jiān)測輸出量確定設(shè)備的功能指標(biāo),診斷的常用技術(shù),電流分析法監(jiān)測負(fù)載電流幅值、波形并進(jìn)行頻譜分析，可診斷出電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組斷條、氣隙偏心、定子繞組故障、轉(zhuǎn)子不平衡等缺陷； 電流頻譜分析是診斷和監(jiān)測交流電機(jī)故障的有效方法，它可以診斷交流電機(jī)籠型繞組的斷條、靜態(tài)氣隙偏心、動態(tài)氣隙偏心、機(jī)械不平衡等故障。 振動診斷對振動信號進(jìn)行信號處理和分析； 絕緣診斷利用各種電氣試驗和特殊診斷方法，對設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)、工作性能和是否存在缺陷做出判斷，并對絕緣剩余壽命作出預(yù)測； 溫度診斷對設(shè)備各部分溫度進(jìn)行檢測或紅外測試 振聲診斷對診斷的對象同時采集振動信號和噪聲信號,輸入/輸出的電量,變電設(shè)備變壓器、電壓互感器、電流互感器、斷路器、隔離開關(guān)、耦合電容器、避雷器等。 電機(jī)主要指發(fā)電機(jī)和高壓電動機(jī)。,避雷器：工作電壓下流過避雷器的電流及其變化 電磁式電壓互感器：工作電壓下的勵磁電流及其變化 耦合電容器：工作電壓下流過絕緣的電流I0及工作電壓下的噪音干擾 三相電容型設(shè)備：工作電壓下每相流過絕緣的電流I0和三相選頻電壓U0值 電力變壓器及電機(jī)：電壓、電流（空載勵磁電流、負(fù)載電流、不對稱電流等）、頻率、有功及無功功率等,特殊電磁量,例：發(fā)電機(jī)軸電壓的測量,600MW發(fā)電機(jī)軸電壓的測量 發(fā)電機(jī)冷卻方式為水氫氫，即定子線圈采用水內(nèi)冷，轉(zhuǎn)子線圈采用氫內(nèi)冷，定子鐵芯及其它結(jié)構(gòu)件采用氫氣表面冷卻。 為了防止軸電壓，在勵磁端的軸承環(huán)和用來阻止氫泄漏的油密封裝置處，利用聚脂玻璃疊片做成絕緣板，絕緣板有絕緣電阻測量引線引出機(jī)外，為日后測量絕緣板好壞提供了方便,一 試驗?zāi)康?發(fā)電機(jī)組由于某些原因引起發(fā)電機(jī)組軸上產(chǎn)生了電壓，如果在安裝或運(yùn)行中，沒有采取足夠的措施，當(dāng)軸電壓足以擊穿軸與軸承間的油膜時，便發(fā)生放電，會使?jié)櫥鋮s的油質(zhì)逐漸劣化，嚴(yán)重者會使軸瓦燒壞，被迫停機(jī)造成事故。所以在安裝和運(yùn)行中，測量檢查發(fā)電機(jī)組的軸及軸承間的電壓是十分必要的。,二 產(chǎn)生軸電壓的原因 1.發(fā)電機(jī)磁通的不對稱 2.高速蒸汽產(chǎn)生的靜電 由于在發(fā)電機(jī)同軸的汽輪機(jī)軸封不好，沿軸的高速蒸汽泄漏或蒸汽在汽缸內(nèi)高速噴射等原因使軸帶電荷。這種性質(zhì)的軸電壓有時很高，當(dāng)人觸及時感到麻手，但它不易傳導(dǎo)至勵磁機(jī)側(cè)，在汽機(jī)側(cè)也有可能破壞油膜和軸瓦，通常在汽機(jī)軸上接引接地炭刷來消除。,U1：汽端軸對地電壓 U2：大軸電壓 U3：勵磁端對地電壓 U4：軸承絕緣板對大軸 U5：軸承絕緣板對機(jī)座 U6：油密封裝置絕緣板對大軸電壓 U7：油密封裝置絕緣板對機(jī)座電壓,在20MW(發(fā)電機(jī)電壓20.3KV,無功0MVAR,勵磁電壓150DC,勵磁電流1700A) 和605MW(發(fā)電機(jī)電壓20.3KV,無功100MVAR,勵磁電壓316DC,勵磁電流3532A)負(fù)荷下 用Fluke87分別測量以上電壓,U2=U3=U4+U5，絕緣良好,局部放電,局部放電是發(fā)生在電極之間不完全連同的放電。 局部放電來源于設(shè)備絕緣的局部缺陷，例如固體絕緣的空隙、液體絕緣的氣泡與雜質(zhì)；不同絕緣層之間配合失調(diào)；絕緣體或?qū)w的棱角、毛刺，導(dǎo)體間存在接觸不良的部位等，在外加電壓的作用下產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。這種放電反應(yīng)過程會產(chǎn)生帶電離子相互碰撞，同時也沖擊到絕緣介質(zhì)引起絕緣材料出現(xiàn)白痕或樹枝狀放電痕跡。,局部放電能促使絕緣油的分解，使絕緣性能降低，當(dāng)進(jìn)一步降低時就會產(chǎn)生絕緣擊穿現(xiàn)象。 局部放電反應(yīng)了絕緣或?qū)w間的電氣性能的缺陷，可作為識別故障的有效的特征量。,局部放電裝置應(yīng)到達(dá)以下要求。 監(jiān)測有害的局部放電 鑒別發(fā)生放電的類型 診斷電氣設(shè)備絕緣老化或缺陷狀態(tài),變壓器局部放電示意,發(fā)電機(jī)局部放電示例,在實驗室條件下，采用高壓電機(jī)定子線圈為試樣，模擬了大型發(fā)電機(jī)中常見的典型放電：大型發(fā)電機(jī)定子線圈絕緣內(nèi)部放電；主絕緣與鐵心之間的槽放電；繞組端部防暈層不良造成的放電，以及由于繞組定、轉(zhuǎn)子漏水、滲油使端部絕緣受潮和污染產(chǎn)生的端部放電等。圖1、圖2、圖3給出了采用寬頻局部放電監(jiān)測系統(tǒng)采集到這幾種放電的時域波形。,內(nèi)部放電波形 端部放電波形 電暈放電波形,發(fā)電機(jī)局部放電示例,對秦嶺發(fā)電廠某機(jī)組進(jìn)行了放電監(jiān)測 從監(jiān)測結(jié)果可以看出，電機(jī)內(nèi)部存在較大的干擾，干擾信號的幅度比放電信號大上百倍。,現(xiàn)場采集到放電信號的時域及頻域波形。 可見，信號的主要頻率分量在低頻1MHz以下。采用30階FIR的RLS自適應(yīng)濾波器進(jìn)行數(shù)字信號處理，該濾波器的噪聲抑制率為40db。,發(fā)電機(jī)局部放電示例,對秦嶺發(fā)電廠某機(jī)組進(jìn)行了放電監(jiān)測 從監(jiān)測結(jié)果可以看出，電機(jī)內(nèi)部存在較大的干擾，干擾信號的幅度比放電信號大上百倍。,自適應(yīng)濾波器消除干擾后得到放電波形的分析結(jié)果 采用自適應(yīng)濾波器消除干擾后，在整個頻域上信號的各個頻率分量幅值相當(dāng)且幅值較小，說明無危害性放電存在。,轉(zhuǎn)子斷條的簡單分析,直接起動的交流電機(jī)起動電流大（5-7Ie），在很短的起動過程中，籠型繞組或阻尼繞組承受很高的熱引力和機(jī)械應(yīng)力，致使籠條或?qū)l和端環(huán)在很高的應(yīng)力下疲勞斷裂。 直接起動的大電流還會在繞組端部產(chǎn)生很大的電動力，使發(fā)生變形和產(chǎn)生振動，造成絕緣的機(jī)械損傷和磨損。,在冷卻效果較差時，起動電流產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大，當(dāng)在重載或頻繁起動情況下，籠條、端環(huán)焊接處是經(jīng)常發(fā)生開焊和斷裂的部位。,轉(zhuǎn)子斷條的發(fā)生發(fā)展過程： 在即將斷裂的部位經(jīng)常出現(xiàn)過熱、很高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力； 達(dá)到疲勞極限時，籠條斷裂，并產(chǎn)生電?。?在連續(xù)起動時，相鄰的籠條通過更大的電流，并將承受更大的機(jī)械和熱應(yīng)力； 造成更多籠條斷裂，故障擴(kuò)大，產(chǎn)生較大的單邊磁拉力，使電機(jī)產(chǎn)生振動、噪聲、定子電流擺動和溫升增加、轉(zhuǎn)速波動。,定子電流檢測診斷斷條的原理,理論上，定子電流的頻率是單一的