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(méi)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(shí)別現(xiàn)狀、預(yù)測(cè)未來(lái)”。 發(fā)現(xiàn)破壞性的故障，這種信號(hào)一般稱之為故障信號(hào)；預(yù)防功能性故障的發(fā)展，這時(shí)采集的是異常信號(hào)，它是設(shè)備部分缺陷的外在反應(yīng)（現(xiàn)狀）。 故障信號(hào)和異常信號(hào)都是有用的狀態(tài)量。,設(shè)備狀態(tài)量及監(jiān)測(cè)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(hào)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(guò)程狀態(tài)量。,1. 運(yùn)行狀態(tài)量,設(shè)備運(yùn)行中會(huì)經(jīng)常發(fā)出聲音、振動(dòng)、溫度等多種信號(hào)。這些信號(hào)可以被感覺(jué)或測(cè)量出來(lái)。 與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的有正常信號(hào)和異常信號(hào)，采集并識(shí)別這些信號(hào)，經(jīng)過(guò)分析可以識(shí)別和判斷出設(shè)備的缺陷和故障。,機(jī)械量信號(hào) 與生產(chǎn)功能無(wú)直接關(guān)系的信號(hào)，如振動(dòng)、聲音、軸承溫度等； 與生產(chǎn)功能有直接關(guān)系的信號(hào)，如汽輪機(jī)的汽壓、汽穩(wěn)、轉(zhuǎn)速等。 電磁信號(hào) 有電壓、電流、頻率、局部放電電荷、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。 化學(xué)信號(hào) 如絕緣油含烴量、潤(rùn)滑油酸階等。,2.生產(chǎn)過(guò)程狀態(tài)量,生產(chǎn)過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)是相互聯(lián)系的。在正常運(yùn)行時(shí)，各生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)（輸入、輸出等）呈一定的比例關(guān)系。,各項(xiàng)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(tīng)，嗅，嘗，觸），能檢測(cè)出定性的模糊量 測(cè)量 分為運(yùn)行中的在線測(cè)量和停機(jī)中的離線測(cè)量（可測(cè)、有量） 檢測(cè) 主要指對(duì)停機(jī)或維修解體中設(shè)備的檢查與測(cè)量 監(jiān)測(cè) 在運(yùn)行中，對(duì)設(shè)備的某些狀態(tài)量的定期或連續(xù)的測(cè)量,通常監(jiān)測(cè)的狀態(tài)量參數(shù),監(jiān)測(cè)輸入量輸入量泛指作用于設(shè)備、推動(dòng)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(cè)的目的在于查明異?；蚬收系膩?lái)源，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)一步推測(cè)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(cè)運(yùn)行狀態(tài)量設(shè)備發(fā)出運(yùn)行狀態(tài)量有主動(dòng)和被動(dòng)兩種方式。 主動(dòng)發(fā)出的信號(hào)：主要是具有轉(zhuǎn)動(dòng)部件的設(shè)備，在運(yùn)行中常會(huì)發(fā)出振動(dòng)、熱量或聲音、光等信號(hào)，統(tǒng)稱為一次信號(hào)。 被動(dòng)發(fā)出的信號(hào)：主要針對(duì)靜止的設(shè)備或沒(méi)有運(yùn)動(dòng)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(hào)（即二次信號(hào)），借以診斷設(shè)備的內(nèi)部狀態(tài)。取得二次信號(hào)的方法有：外部刺激法、照射法、涂敷料法。,監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)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(dòng)態(tài)氣隙偏心、機(jī)械不平衡等故障。 振動(dòng)診斷對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理和分析； 絕緣診斷利用各種電氣試驗(yàn)和特殊診斷方法，對(duì)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(duì)絕緣剩余壽命作出預(yù)測(cè)； 溫度診斷對(duì)設(shè)備各部分溫度進(jìn)行檢測(cè)或紅外測(cè)試 振聲診斷對(duì)診斷的對(duì)象同時(shí)采集振動(dòng)信號(hào)和噪聲信號(hào),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(kāi)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(dòng)機(jī)。,避雷器：工作電壓下流過(guò)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(lì)磁電流及其變化 耦合電容器：工作電壓下流過(guò)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(guò)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(lì)磁電流、負(fù)載電流、不對(duì)稱電流等）、頻率、有功及無(wú)功功率等,特殊電磁量,例：發(fā)電機(jī)軸電壓的測(cè)量,600MW發(fā)電機(jī)軸電壓的測(cè)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(lì)磁端的軸承環(huán)和用來(lái)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(cè)量引線引出機(jī)外，為日后測(cè)量絕緣板好壞提供了方便,一 試驗(yàn)?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(méi)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(shí)，便發(fā)生放電，會(huì)使?jié)櫥鋮s的油質(zhì)逐漸劣化，嚴(yán)重者會(huì)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(cè)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(duì)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(shí)很高，當(dāng)人觸及時(shí)感到麻手，但它不易傳導(dǎo)至勵(lì)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(lái)消除。,U1：汽端軸對(duì)地電壓 U2：大軸電壓 U3：勵(lì)磁端對(duì)地電壓 U4：軸承絕緣板對(duì)大軸 U5：軸承絕緣板對(duì)機(jī)座 U6：油密封裝置絕緣板對(duì)大軸電壓 U7：油密封裝置絕緣板對(duì)機(jī)座電壓,在20MW(發(fā)電機(jī)電壓20.3KV,無(wú)功0MVAR,勵(lì)磁電壓150DC,勵(lì)磁電流1700A) 和605MW(發(fā)電機(jī)電壓20.3KV,無(wú)功100MVAR,勵(lì)磁電壓316DC,勵(lì)磁電流3532A)負(fù)荷下 用Fluke87分別測(cè)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(lái)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(guò)程會(huì)產(chǎn)生帶電離子相互碰撞，同時(shí)也沖擊到絕緣介質(zhì)引起絕緣材料出現(xiàn)白痕或樹(shù)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(shí)就會(huì)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(shí)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(cè)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(shí)驗(yàn)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(jiàn)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(cè)系統(tǒng)采集到這幾種放電的時(shí)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(duì)秦嶺發(fā)電廠某機(jī)組進(jìn)行了放電監(jiān)測(cè) 從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，電機(jī)內(nèi)部存在較大的干擾，干擾信號(hào)的幅度比放電信號(hào)大上百倍。,現(xiàn)場(chǎng)采集到放電信號(hào)的時(shí)域及頻域波形。 可見(jiàn)，信號(hào)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(hào)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(duì)秦嶺發(fā)電廠某機(jī)組進(jìn)行了放電監(jiān)測(cè) 從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，電機(jī)內(nèi)部存在較大的干擾，干擾信號(hào)的幅度比放電信號(hào)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(gè)頻域上信號(hào)的各個(gè)頻率分量幅值相當(dāng)且幅值較小，說(shuō)明無(wú)危害性放電存在。,轉(zhuǎn)子斷條的簡(jiǎn)單分析,直接起動(dòng)的交流電機(jī)起動(dòng)電流大（5-7Ie），在很短的起動(dòng)過(guò)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(dòng)的大電流還會(huì)在繞組端部產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，使發(fā)生變形和產(chǎn)生振動(dòng)，造成絕緣的機(jī)械損傷和磨損。,在冷卻效果較差時(shí)，起動(dòng)電流產(chǎn)生的熱應(yīng)力較大，當(dāng)在重載或頻繁起動(dòng)情況下，籠條、端環(huán)焊接處是經(jīng)常發(fā)生開(kāi)焊和斷裂的部位。,轉(zhuǎn)子斷條的發(fā)生發(fā)展過(guò)程： 在即將斷裂的部位經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)熱、很高的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力； 達(dá)到疲勞極限時(shí)，籠條斷裂，并產(chǎn)生電??； 在連續(xù)起動(dòng)時(shí)，相鄰的籠條通過(guò)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(dòng)、噪聲、定子電流擺動(dòng)和溫升增加、轉(zhuǎn)速波動(dòng)。,定子電流檢測(cè)診斷斷條的原理,理論上，定子電流的頻率是單一的