關于電機故障分析與診斷

　　摘 要： 隨著現代科學技術的發展，工業設備對電機的安全性能提出越來越高的要求，因此電機的設備故障診斷技術受到越來越多人的關注。本文從電機絕緣、溫度檢測、電機振動等幾個方面對電機故障進行了分類研究。
　　關鍵詞： 電機故障 電機絕緣 溫度檢測 電機振動
　　
　　電機作為一種復雜的旋轉機械，具有復雜的電磁、機械特性，其故障也表現為多樣性、復雜性，征兆多種多樣，既有機械故障的一般特性，又有電氣部件、磁場等故障特性。大量故障結果的統計分析發現，電機故障按其原因分:軸承類占38.5%，繞組類占39%，兩者之和占77.5%。因此，為使電機的安全可靠運行，對電機故障機理的分析、對電機故障診斷方法的研究，以及對電機故障診斷裝置的開發都是十分必要的，不但具有重大的理論意義，而且具有相當的工業、社會經濟價值。本文從電機絕緣、溫度檢測、電機振動等幾個方面對故障進行了分類研究。
　　一、絕緣結構的故障診斷
　　電機內絕緣結構在運行中由于熱、電、機械、環境等的綜合應力作用下，逐漸老化，絕緣的電氣性能和機械性能逐漸降低，最后因降低至所必需的極限值而損壞。因此，在電機服役期內對絕緣進行診斷，推算其剩余擊穿電壓和壽命是不可缺少的。但是絕緣診斷的試驗項目很多，每個試驗項目有時又可測定幾個參數。因此，在絕緣診斷時，確定試驗項目的順序和測定參數是十分重要的。
　　測定參數：絕緣結構中的電流。絕緣結構上施加直流電壓，就有三種電流產生：（1）位移電流。在外電場作用下，由幾何電容和分子位移極化產生，一般是瞬時衰減。（2）吸收電流。是絕緣結構中介質極化，偶極子轉動和離子極化所產生，隨時間較慢衰減。（3）漏導電流絕緣結構表面和內部的帶電粒子，在電場作用下向兩極移動而產生，不隨時間而變化。因此，在外電場作用下，絕緣結構中的電流是以上三種電流的疊加，絕緣電阻的初始值主要取決于位移電流和吸收電流，絕緣電阻的穩定值則取決于漏導電流。
　　絕緣電阻變化規律分析絕緣結構單純由于吸潮時，其絕緣電阻值在波動，但從長期趨勢來看，其降低值極慢；當絕緣結構的絕緣電阻值波動趨勢越來越低，直至無法恢復規定值，這往往是由于絕緣結構受到污染或存在缺陷（如絕緣磨損等）。
　　二、電機溫度檢測與診斷
　　電機繞組或其他部分測量方法有以下幾種：電阻法、埋置點溫度法、溫度計法和疊加法（雙橋帶電測溫法）。其中電阻法和疊加法是測量繞組平均溫升，而溫度計法和埋置法測量的是局部溫升。因此要選擇合適的測量溫度儀器，根據過熱點部位判斷故障。
　　1.定子鐵心過熱點的檢測
　　大型交流電機定子鐵心是磁路的重要部分，設計時一般采用較高的工作磁密，由于磁通是交變的，為了減少渦流和磁滯損耗，疊成鐵心的硅鋼片都是表面涂漆而相互絕緣的，當漆膜完好，片間絕緣良好時，鐵心溫度較低，而且整個鐵心溫度分布是均勻的。但是由于硅鋼片涂漆不勻，鐵心疊裝不緊密，電機運行中定子振動較大，由于軸承損壞而造成定、轉子相摩擦，以及在安裝時轉子穿心過程中刮壞定子內腔鐵心等原因而破壞了鐵芯絕緣而造成片間短路，短路的局部區域將產生較大的渦流而發熱，進一步破壞相鄰部分的片間絕緣而使故障進一步擴大，當環流增大到一定程度，將使硅鋼片熔化、局部高溫同時也將燒壞定子繞組而造成接地故障。這種故障的早期征兆是鐵芯的渦流和局部位置的溫度較高。因此在大型交流電機鐵心疊裝完成后必須進行鐵損試驗，通過測量鐵芯有局部溫度分布是否均勻來確定鐵芯是否存在短路部位。過去作鐵損試驗多采用酒精溫度計測量定子鐵芯齒表面的溫度，由于溫度數量非常有限，因此必須輔以人工手摸。一臺大型交流電機定子鐵芯內圓表面積很大，如果逐點摸測，不僅工作效率低，而且準確性、可靠性差。特別對于某些絕緣損傷部位小，或損害不太嚴重的定子鐵芯，溫差較小，這些隱患難于用手摸發現，但當投入運行后、缺陷發展，可能成為大事故的根源。
　　紅外熱像儀能作為快速、準確測量定子鐵芯表面溫度分布的可靠手段。紅外熱像儀通過快速掃描，在不與鐵芯表面接觸，不影響表面溫度分布的情況下，可將鐵芯內圓表面熱像圖攝錄下來。只要表面溫度有0.2℃的溫差，在熱像圖上就能清楚地分辨出來。試驗時將紅外熱像儀對準定子鐵心膛內待測鐵芯表面，并不斷地進行掃視，觀察熱像圖，若發現溫度較高的異常位置，可測出溫度值，并攝錄高溫區域和部位，為消除隱患提供原始數據。
　　2.定子繞組局部過熱點的探測
　　絕緣系統是電機機械和電氣方面較薄弱環節，交流電機定子繞組由于匝間短路，股線斷裂造成線圈內部放電，因絕緣磨損造成局部泄漏電流增大，線圈連接線焊接不良等原因導致定子繞組局部過熱的故障是經常出現的。其先兆征象是局部溫升高，出現絕緣分解物異味等。根據定子繞組局部過熱的先兆征象，使用紅外熱成像儀可以迅速而準確地找出故障的位置，在早期排除故障：避免突然停產事故的發生。使用紅外熱成像儀探測故障點的方法，和檢測鐵芯局部發熱點的方法基本一樣，即使用紅外熱成像儀對定子繞組進行端部和槽部的掃視，觀察熱像圖，發現線圈或連接線上的局部過熱點，攝影熱像圖，測定溫度值和故障點的部位。
　　三、電機振動的測量與診斷
　　電機產生振動原因較復雜，振動診斷分兩個層次進行：一次診斷是簡易診斷，確定電機總振動級是否超過各種標準規定的限值，決定是否需要進行二次診斷；二次診斷是振動的精密診斷，診斷的目的是要確定產生故障的部位和振動產生的原因，首先要使用各種測量和分析儀器進行振動的測試和分析，同時還必須使用振動分析軟件和依靠運行經驗和診斷分析積累形成的診斷軟件。
　　隨著現代科學技術的發展，工業設備對電機的安全性能提出越來越高的要求，因此電機的設備故障診斷技術受到越來越多人的關注。希望本文能豐富電機故障診斷理論，適合社會的需求，為社會的經濟和工業發展作出一點貢獻。