企業(yè)常見電氣故障的特征量及其診斷

黃金偉

摘要：人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，對(duì)電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行具有更高的要求。因此，采取相應(yīng)的故障診斷措施，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，提高電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性迫在眉睫。應(yīng)該兼顧理論和實(shí)際，通過采取各種監(jiān)測及判斷措施，發(fā)現(xiàn)破壞性的故障；預(yù)防功能性故障的發(fā)展，來提高電氣的可靠性。

關(guān)鍵詞：故障診斷的目的 特征狀態(tài)量及監(jiān)測 一些特殊電磁量及診斷方

一、前言

人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)已經(jīng)到了工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，并正在轉(zhuǎn)入高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的時(shí)期，這就對(duì)電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行具有更高的要求。它對(duì)現(xiàn)代通訊、電子儀器、計(jì)算機(jī)、工業(yè)自動(dòng)化、電力工程、國防及某些高新技術(shù)提供高質(zhì)量、高效率、高可靠性的電源起著關(guān)鍵作用。因此，采取相應(yīng)的故障診斷措施，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，提高電氣設(shè)備運(yùn)行的可靠性迫在眉睫。

現(xiàn)今電氣設(shè)備的使用范圍廣泛，涉及領(lǐng)域繁復(fù)，應(yīng)用種類多樣，如果沒有相對(duì)應(yīng)的診斷方法是無法確保電氣設(shè)備的可靠性的。因此應(yīng)該兼顧理論和實(shí)際，通過采取以下各種監(jiān)測及判斷措施，來提高電氣的可靠性。

二、故障診斷的目的及產(chǎn)生故障的原因

1.故障診斷的目的是“識(shí)別現(xiàn)狀、預(yù)測未來”。

2.故障包括：①使設(shè)備立刻喪失其功能的破壞性故障；②降低設(shè)備功能的但沒有完全喪失功能的功能性故障；③人為的誤操作停車故障。

三、設(shè)備狀態(tài)量及監(jiān)測

1.狀態(tài)量的分類及采集

1.1.運(yùn)行狀態(tài)量： 如表1所示為電氣運(yùn)行中的各種狀態(tài)量。

1.2狀態(tài)量的采集方法：檢查、測量、檢測 、監(jiān)測

2.常用于診斷的監(jiān)測技術(shù)

2.1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。

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，即電源頻率。

特征：邊頻分量隨負(fù)載增加而增加；隨故障程度加重而加重。

2.2振動(dòng)診斷：對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理和分析

2.3絕緣診斷：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

2.4溫度診斷：對(duì)設(shè)備各部分溫度進(jìn)行檢測或紅外測試

2.5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)。

3.各種電力設(shè)備可用于診斷的輸入/輸出的電量。

3.1避雷器：工作電壓下流過避雷器的電流及其變化。

3.2電磁式電壓互感器：工作電壓下的勵(lì)磁電流及其變化

3.3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。

3.4三相電容型設(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

3.5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、有功及無功功率等。

四、一些特殊電磁量及診斷方法

1.軸電壓：運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸兩端的電位差。設(shè)計(jì)和正常運(yùn)行的電機(jī)設(shè)備其值很小。

當(dāng)電機(jī)設(shè)計(jì)、調(diào)整存在問題，電機(jī)出現(xiàn)故障的情況時(shí)，電機(jī)往往會(huì)出現(xiàn)較高的軸電壓，軸電壓產(chǎn)生的原因通常有：磁通脈動(dòng)，通常由磁路不對(duì)稱或磁場畸變引起；單極效應(yīng)；電容電流等因素。軸電壓含有交流分量、直流分量和高頻分量，必須進(jìn)行頻譜分析。

2.負(fù)序不對(duì)稱電流 ：出現(xiàn)可能原因有：①三相負(fù)荷不對(duì)稱；②發(fā)生不對(duì)稱故障；

3.電氣試驗(yàn)測量結(jié)果：對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析與判斷能發(fā)現(xiàn)可能存在的電氣故障隱患。

4.感應(yīng)電勢的微分探測

采用微分探測線圈，安裝在定轉(zhuǎn)子間氣隙或固定于定子槽內(nèi)，由于探測線圈的感應(yīng)電勢正比于轉(zhuǎn)子各槽漏磁密波的微分，從感應(yīng)電勢波形圖可以判斷對(duì)應(yīng)各槽有無匝間短路。

五、振動(dòng)與故障的關(guān)系

對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，異常振動(dòng)是機(jī)械內(nèi)部缺陷的表征。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的大部分故障都可以從振動(dòng)中表現(xiàn)出來。

低頻振動(dòng)時(shí) 振動(dòng)體的振動(dòng)強(qiáng)度與位移成正比

中頻振動(dòng)時(shí) 振動(dòng)強(qiáng)度與速度成正比（電機(jī)振動(dòng)的主要頻率范圍）

高頻振動(dòng)時(shí) 振動(dòng)體的振動(dòng)強(qiáng)度與加速度成正比。

六、聲音與故障的關(guān)系

1.電力變壓器的異常聲響

根據(jù)異常情況的不同，發(fā)生異常的原因主要有：

1.1聲音均勻持續(xù)，但比平時(shí)明顯增大。

電網(wǎng)發(fā)生單相接地或諧振過電壓、變壓器過負(fù)荷，使變壓器電流超過額定值。

1.2聲音比平時(shí)增大，且有明顯雜音。緊固部件如內(nèi)部夾件、鐵芯壓緊螺釘松動(dòng)，在電磁應(yīng)力下引起硅鋼片共振，使振動(dòng)增強(qiáng)。

1.3聲音中夾雜“劈啪”的放電聲或不均勻的爆裂聲。

多是由于繞組或引出線對(duì)外殼閃絡(luò)放電，接地不良或未接地的金屬部件發(fā)生靜電放電，變壓器內(nèi)部絕緣擊穿，產(chǎn)生嚴(yán)重放電。此時(shí)應(yīng)立即停運(yùn)并通知檢查。

1.4聲音中有像水沸騰的“咕嘟”聲。

變壓器內(nèi)部發(fā)生匝間短路或分接開關(guān)接觸不良，造成局部嚴(yán)重過熱，使油溫急劇升高沸騰。必須立即退出運(yùn)行進(jìn)行檢修。

2.其它電氣設(shè)備的異常聲響。

2.1電壓互感器的聲音異常

電壓互感器中有游離放電、靜電放電等原因引起聽得見的“噼啪、咝”之類聲音；因螺栓、螺帽等的松動(dòng)引起的共振聲，等。

2.2電流互感器的聲音異常

當(dāng)電流互感器開路時(shí)，會(huì)發(fā)出比正常時(shí)大得多的“嗡嗡”聲。

2.3絕緣子的電暈放電聲

端子金具上突出部分的電暈放電，被污染的絕緣表面產(chǎn)生的沿面放電會(huì)發(fā)出可聽得見的聲音，還有其它如絕緣子、套管的龜裂和內(nèi)部缺陷等原因

七、溫度與故障的關(guān)系

當(dāng)電氣設(shè)備內(nèi)部存在短路性故障時(shí)，就會(huì)在局部產(chǎn)生溫度的急劇升高，形成所謂的局部異常溫升。

1.鐵心過熱點(diǎn)

1.1早期特征是鐵心的渦流和局部區(qū)域的溫度過高。

1.2可通過紅外熱成像準(zhǔn)確測量。

2.繞組局部過熱點(diǎn)

2.1電機(jī)和變壓器的繞組由于匝間短路、股線斷裂造成內(nèi)部放電，因絕緣磨損造成局部漏電流增大，導(dǎo)致局部過熱是較常見的故障。其先兆是局部溫升高，出現(xiàn)絕緣分解的異味等。

2.2局部過熱的測量主要有：分布測點(diǎn)溫度測量（如熱電偶、光纖溫度傳感器）、紅外熱成像、絕緣分解物監(jiān)測等手段。

3.變壓器絕緣油油溫異常

3.1導(dǎo)致變壓器油溫異常的原因主要有：

3.1.1變壓器內(nèi)部故障引起的發(fā)熱劇增，發(fā)熱不平衡，油循環(huán)死角。

變壓器繞組的匝間短路、線圈的放電、鐵芯及夾件的環(huán)流、內(nèi)部引線接頭發(fā)熱乃至鐵芯起火等都引起變壓器溫度異常增高。

3.1.2冷卻裝置散熱不正常。

冷卻裝置運(yùn)行不正常或發(fā)生故障，如潛油泵停運(yùn)、風(fēng)扇損壞、散熱管道積垢不暢、散熱器冷卻效果差等都引起溫度升高。

3.2監(jiān)測手段：變壓器頂層油溫計(jì)指示變壓器上層的油溫。

4.絕緣端子過熱

4.1主要原因：當(dāng)端子連接不良時(shí)，就會(huì)發(fā)生過熱使端子變色，絕緣壽命縮短。

4.2監(jiān)測手段：

4.2.1采用紅外線測溫計(jì)檢測發(fā)熱情況。

4.2.2熱成像儀檢測熱分布情況。

八、結(jié)論

電氣設(shè)備實(shí)行狀態(tài)檢修是電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。以上的一些診斷方法是在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中總結(jié)出來的，希望能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備實(shí)行狀態(tài)檢修的開展與實(shí)施有所幫助。