用振動(dòng)分析方法診斷交流電機(jī)電氣故障

許 鋒

（安徽皖南電機(jī)股份有限公司，安徽宣城 242500）

0 引言

在電機(jī)等電氣設(shè)備運(yùn)行過程中，溫度過高或過低都會(huì)導(dǎo)致電氣故障。當(dāng)溫度超過了電氣所能承受的極限值時(shí)，主要影響到導(dǎo)體的材料及電接觸不良兩方面，有機(jī)絕緣體材料會(huì)軟化、脆弱，絕緣性能隨之降低甚至擊穿。當(dāng)交流電機(jī)工作時(shí)，若電接觸不良，會(huì)導(dǎo)致由于溫度過高而產(chǎn)生的彈簧壓緊，觸頭彈簧壓力隨之降低，從而使自身的穩(wěn)定性能變差，導(dǎo)致電氣故障頻發(fā)。

1 電機(jī)故障的振動(dòng)分析

1.1 振動(dòng)分析

在常見的交流電機(jī)電器故障診斷中，技術(shù)人員通常采用振動(dòng)分析方法，應(yīng)用振動(dòng)分析技術(shù)，有效分析電機(jī)的振動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)與檢測(cè)。根據(jù)振動(dòng)分析學(xué)的原理進(jìn)行故障診斷，保障電機(jī)的正常運(yùn)行，提高電氣裝置的安全性，最終達(dá)到降低檢修及維修費(fèi)用的目的。振動(dòng)分析學(xué)也為電器維修提供了技術(shù)支持。

1.2 設(shè)備運(yùn)行引起的電氣故障

電流過大會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)力、電網(wǎng)逆行等現(xiàn)象，又會(huì)導(dǎo)致電氣故障的產(chǎn)生，如三相電源的不對(duì)稱現(xiàn)象、三相負(fù)載的不對(duì)稱現(xiàn)象、中性點(diǎn)偏移現(xiàn)象等，都會(huì)導(dǎo)致電氣故障。在工作過程中，電流過大則不可避免地導(dǎo)致電動(dòng)力、電網(wǎng)運(yùn)行方面的變化，電機(jī)又緊密影響著電流的大小。雖然小電流電動(dòng)力對(duì)電氣設(shè)備的正常運(yùn)行沒有顯著影響，但是大電流電動(dòng)力卻非常有害。大電流電動(dòng)力，尤其是在短路電流的影響下，會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)的電動(dòng)力，直接導(dǎo)致電氣設(shè)備的損壞，與之相似的是變壓器故障。變壓器產(chǎn)生故障的原因有很多，常見的變壓器故障有變壓器漏油、變壓器接頭過熱、變壓器受潮等。

1.3 電網(wǎng)運(yùn)行工況變化

在交流電機(jī)的電氣故障檢測(cè)中，主要觀察三相電源和三相負(fù)載的變化。三相電源的不對(duì)稱、三相負(fù)載的不對(duì)稱都會(huì)導(dǎo)致電源或負(fù)載沒有按規(guī)定運(yùn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)偏離正軌。三相電源和三相負(fù)載偏離較小時(shí)，對(duì)交流電機(jī)電氣設(shè)備的影響也相對(duì)較小；偏離值較大時(shí)，當(dāng)超過了規(guī)定范圍，就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)產(chǎn)生故障，甚至損毀交流電機(jī)電氣設(shè)備。

2 常用解決方法

因?yàn)殡姍C(jī)電氣故障工作原理和結(jié)構(gòu)特征上的特點(diǎn)，交流電機(jī)電器診斷的不同方法，主要取決于所采用的檢測(cè)技術(shù)和進(jìn)行故障分析時(shí)所采用的設(shè)備。交流電機(jī)電器的多變性和多重性導(dǎo)致了它在診斷過程中存在復(fù)雜性，在故障的檢查過程中，通常需要綜合應(yīng)用多種診斷方法進(jìn)行分析，采用的主要方法有電流分析法、振動(dòng)診斷分析法和頻譜分析法。

2.1 頻譜分析法

通過對(duì)振動(dòng)特征頻譜進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)機(jī)械問題和電氣故障。交流電機(jī)的故障通常需要用到高分辨能力的細(xì)化譜，通過細(xì)化譜來進(jìn)行相應(yīng)的分離工作，在分辨轉(zhuǎn)速頻率的諧波頻率、進(jìn)行頻譜分辯的過程中，轉(zhuǎn)速頻率必須＞0.5 Hz（圖1）。

圖1 非驅(qū)動(dòng)端軸向6X 處的細(xì)化頻譜

2.2 電流分析法

觀察頻譜，分析電機(jī)定子電流增減變化，判斷波形走向，進(jìn)而判斷電機(jī)的故障程度，直致找出故障原因。電流分析法作為作業(yè)的主體，主要通過診斷電流電機(jī)氣隙偏心、轉(zhuǎn)子斷條來進(jìn)行，而定子繞組故障和轉(zhuǎn)子的不平衡等也是導(dǎo)致電機(jī)故障的主要原因。

2.3 振動(dòng)分析法

振動(dòng)診斷主要用于各種電機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)。各種電機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，都存在振動(dòng)頻率，是一種典型特性和被允許的限值。當(dāng)同一座電機(jī)出現(xiàn)了不同故障時(shí)，它的振動(dòng)副值、形式和頻譜也會(huì)隨之變化。電機(jī)本身不同缺陷和故障，會(huì)產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，振動(dòng)成為通常情況下幾乎所有的電機(jī)產(chǎn)生故障的表征。

3 振動(dòng)分析過程

在振動(dòng)分析的過程當(dāng)中，交流電機(jī)電氣故障會(huì)由于形式和頻譜的變化而被具體識(shí)別。所以，技術(shù)人員通過振動(dòng)客觀反映電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的同時(shí)，通常會(huì)對(duì)傳感器振動(dòng)信號(hào)的變化進(jìn)行分析與處理，精確找出不同振動(dòng)信息與振動(dòng)參數(shù)，再將所得到的信息進(jìn)行比對(duì)與分析，精確判斷出故障產(chǎn)生的原因和相應(yīng)的部位，通過數(shù)據(jù)分析，做出比較恰和實(shí)際的診斷方案。在振動(dòng)分析交流電機(jī)故障的過程中，尤其要對(duì)轉(zhuǎn)子自身和軸系方面的問題深入探討，主要以交流電機(jī)的軸心軌跡和潤(rùn)滑油溫來分析系統(tǒng)方面的問題。

4 電氣故障振動(dòng)特征

4.1 定子偏心

交流電機(jī)的主要故障有定子偏心。通過綜合考慮設(shè)備的具體情況，參考檢測(cè)總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，通常在兩倍電源的振動(dòng)下，交流電機(jī)就會(huì)產(chǎn)生故障。交流電機(jī)的定子偏心，其內(nèi)部振動(dòng)源是定子，通常情況下會(huì)通過同步平均譜、細(xì)化譜分析、斷電試驗(yàn)這三種方式來區(qū)分機(jī)械松動(dòng)問題還是其他方面的問題。

4.2 轉(zhuǎn)子偏心

交流電機(jī)氣隙的變化會(huì)導(dǎo)致故障產(chǎn)生，可以通過轉(zhuǎn)子偏心來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)子偏心一般存在于電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子的空隙之中，如果電源頻率到達(dá)了二倍及以上時(shí)，最靠近的轉(zhuǎn)速頻率的諧波頻率之間會(huì)產(chǎn)生脈沖效應(yīng)，引起脈沖振動(dòng)，從而導(dǎo)致偏心的轉(zhuǎn)子與定子間產(chǎn)生了氣隙不均，由于兩者相對(duì)旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致了兩者的可變性。

4.3 轉(zhuǎn)子條松動(dòng)故障

在交流電機(jī)的故障中，轉(zhuǎn)子條松動(dòng)也是交流電機(jī)故障產(chǎn)生的主要原因之一。通常情況下，振動(dòng)頻率幅值增大得十分明顯，主要是由轉(zhuǎn)子條導(dǎo)致的。由于二次諧波頻率的變化會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子條的松動(dòng)，而達(dá)到轉(zhuǎn)子條松動(dòng)的條件通常情況下是使轉(zhuǎn)速頻率達(dá)到第二、三、四和第五階諧波頻率來實(shí)現(xiàn)的（圖2）。在這樣的條件下，兩側(cè)的邊帶產(chǎn)生變化，從而兩側(cè)的頻率邊帶導(dǎo)致轉(zhuǎn)子故障。

5 振動(dòng)分析法診斷實(shí)例

圖2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)端垂直方向頻譜

2010 年10 月中旬，技術(shù)人員在對(duì)交流電機(jī)故障進(jìn)行日常的檢查過程中，發(fā)現(xiàn)在場(chǎng)的某個(gè)電機(jī)的振動(dòng)存在異常，因此加大了對(duì)交流電機(jī)故障的檢查力度。因?yàn)殡姍C(jī)的極數(shù)是二極，電機(jī)轉(zhuǎn)速為3000 r/min，而巡查時(shí)采用的線數(shù)為1 kHz 400 線，這對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)造成阻礙。因?yàn)楫?dāng)二倍振動(dòng)開始時(shí)，技術(shù)人員很難分辨，所以選用250 Hz 3200 線細(xì)化譜重新監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

在目前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)整體下，很多工作由交流電機(jī)來完成，如何保證電機(jī)的正常運(yùn)行，成為時(shí)下最為必要的工作重點(diǎn)。結(jié)合對(duì)交流電機(jī)故障產(chǎn)生原因的分析，電機(jī)在檢修時(shí)振動(dòng)降低可以恢復(fù)電機(jī)的正常運(yùn)行。