電氣設(shè)備故障診斷講義3rd-2課件

電氣設(shè)備故障診斷第四講：各類故障的特征量（2.非電量）

序：非電量在電氣設(shè)備診斷中的應(yīng)用

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)量中的非電量包括機(jī)械量信號(hào)及各種化學(xué)信號(hào)等。機(jī)械量信號(hào)有：①與生產(chǎn)功能無直接關(guān)系的信號(hào)，如振動(dòng)、聲音、軸承溫度等；②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?；瘜W(xué)信號(hào)視具體的設(shè)備和故障機(jī)理有許多種，如絕緣油含烴量、潤滑油酸階等。非電量的監(jiān)測(cè)在電氣設(shè)備故障診斷中有著重要的應(yīng)用，并產(chǎn)生了許多新興的測(cè)量技術(shù)、儀器儀表技術(shù)、信號(hào)處理與分析技術(shù)非電量監(jiān)測(cè)裝置的研制和開發(fā)是故障診斷學(xué)的重要內(nèi)容。表征電氣設(shè)備故障常用的非電特征量：振動(dòng)與聲響溫度與溫升壓力、位置及變化絕緣分解物、水含量、機(jī)械雜質(zhì)等一、振動(dòng)與聲響

發(fā)電機(jī)的振動(dòng)

振動(dòng)狀態(tài)是衡量發(fā)電機(jī)能否持續(xù)可靠運(yùn)行的重要指標(biāo)。對(duì)運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組而言，明顯超過允許幅值的振動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子滑環(huán)和電刷磨損加劇以及產(chǎn)生環(huán)火；使機(jī)組連軸器不能正常工作；嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致機(jī)組密封系統(tǒng)的破壞，連接部件松動(dòng)和應(yīng)力增大；并危及基礎(chǔ)部分。振動(dòng)加劇往往是機(jī)組發(fā)生事故的前兆。發(fā)電機(jī)的振動(dòng)一般分為機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)兩種。僅就電磁振動(dòng)就有以下的原因：①轉(zhuǎn)子繞組匝間短路；②定、轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻；③定子鐵心組裝接合處松弛；④轉(zhuǎn)子中心位置偏移；⑤不對(duì)稱負(fù)荷以及機(jī)組在轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下的共振、軸系扭振、油膜振蕩和油膜渦動(dòng)、電磁諧振等。加強(qiáng)對(duì)不同振動(dòng)異常的識(shí)別才能診斷出引發(fā)此故障的真正原因。對(duì)發(fā)電機(jī)振動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)分軸承振動(dòng)和軸振動(dòng)兩種形式，衡量指標(biāo)是振動(dòng)的相對(duì)位移和絕對(duì)位移值。由于汽輪發(fā)電機(jī)的軸比軸承等其它部位具有更大的振動(dòng)位移量，因此，對(duì)軸振動(dòng)的測(cè)量更能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)和分析機(jī)組的振動(dòng)情況。振動(dòng)與故障的關(guān)系對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，振動(dòng)量是重要的運(yùn)行狀態(tài)特征，一切正常的旋轉(zhuǎn)機(jī)械都會(huì)或多或少地發(fā)生它自己特有規(guī)律的振動(dòng)（正如人體的脈搏）。異常振動(dòng)是機(jī)械內(nèi)部缺陷的表征。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)故障、零部件產(chǎn)生缺陷、裝配和安裝情況發(fā)生變化時(shí)，其振動(dòng)的振幅值、振動(dòng)型式及頻譜成分均會(huì)發(fā)生變化，不同的缺陷和故障，其引起的振動(dòng)方式也不同。設(shè)備缺陷帶來異常振動(dòng)，通過對(duì)振動(dòng)的測(cè)量分析，可以揭露設(shè)備內(nèi)部隱形缺陷的存在和發(fā)展情況，有利于及時(shí)檢修防止缺陷蔓延與發(fā)展。對(duì)異常振動(dòng)不及時(shí)治理，也會(huì)促使設(shè)備連結(jié)部件松動(dòng)、材質(zhì)疲勞而導(dǎo)致設(shè)備的損壞。振動(dòng)與故障的關(guān)系振動(dòng)所表示的設(shè)備缺陷很多，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。例如，靜或動(dòng)不平衡；軸系不對(duì)中；轉(zhuǎn)子軸承損壞；部件聯(lián)結(jié)部分松動(dòng)；軸承潤滑不良；動(dòng)靜部件間發(fā)生摩擦、碰撞；氣穴；固體沖擊等等。振動(dòng)的基本參數(shù)：周期振動(dòng)（簡諧運(yùn)動(dòng)）——位移，速度，加速度、相位角、頻率和振動(dòng)力其它如準(zhǔn)正弦振動(dòng)（增長或衰竭），沖擊振動(dòng)，不規(guī)則的隨機(jī)振動(dòng)振動(dòng)量不是一個(gè)恒定值，而是按周期反復(fù)出現(xiàn)的波動(dòng)信號(hào)，或是由相同頻率、不同振幅的信號(hào)以及不同頻率的信號(hào)相互疊加的復(fù)雜波形。每個(gè)振動(dòng)均能用振動(dòng)位移峰峰值（從振動(dòng)波的最高點(diǎn)——波峰到最低點(diǎn)——波谷之間的直線距離）、平均值、有效值等多種形式表示。振動(dòng)與故障的關(guān)系低頻時(shí) 振動(dòng)體的振動(dòng)強(qiáng)度與位移成正比中頻時(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）高頻時(shí) 振動(dòng)體的振動(dòng)強(qiáng)度與加速度成正比如汽輪發(fā)電機(jī)，以及轉(zhuǎn)速在100r/s以下的風(fēng)機(jī)、水泵等輔機(jī)的滑動(dòng)軸承，常用振動(dòng)位移的峰峰值或振動(dòng)速度的有效值（振動(dòng)烈度，直接表示振動(dòng)動(dòng)量，反映的是設(shè)備在振動(dòng)下可能遭受振裂破壞的危險(xiǎn)程度，反映設(shè)備振動(dòng)對(duì)人體和周圍環(huán)境的危害）表達(dá)。如對(duì)于高頻振動(dòng)或要求傳感器必須在100℃以上工作時(shí)，則采用振動(dòng)加速度有效值表示。振動(dòng)與故障的關(guān)系強(qiáng)迫振動(dòng) 受外力的激勵(lì)作用而產(chǎn)生。特點(diǎn)是振動(dòng)頻率同步于外來激振力頻率（如旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速）或等于它的整數(shù)倍；振動(dòng)的峰值出現(xiàn)在比較窄的范圍內(nèi)，即軸的臨界轉(zhuǎn)速；加大振動(dòng)系統(tǒng)的阻尼僅使振動(dòng)峰值增減，不影響其頻率；激勵(lì)來源于轉(zhuǎn)子不對(duì)稱、不平衡或外力的影響。自激振動(dòng) 依靠運(yùn)動(dòng)體本身不斷為激勵(lì)振動(dòng)提供能量。最大特點(diǎn)是激振頻率接近于轉(zhuǎn)軸的一階臨界轉(zhuǎn)速。表現(xiàn)為轉(zhuǎn)軸以軸心為中心高速轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)又以低頻速度作弓狀回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或稱甩轉(zhuǎn)（渦動(dòng)、進(jìn)動(dòng)）。振動(dòng)頻率基本在一定范圍內(nèi)，和運(yùn)動(dòng)頻率及外力的周期無關(guān)；在某種轉(zhuǎn)速（發(fā)振轉(zhuǎn)速）下振動(dòng)突然加??；如果加大振動(dòng)阻尼，發(fā)振轉(zhuǎn)速將上升，但和振動(dòng)頻率無關(guān)。振動(dòng)與故障的關(guān)系考核軸振動(dòng)的變化 當(dāng)傳感器支撐結(jié)構(gòu)的絕對(duì)振動(dòng)小于轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)的20%時(shí)，轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)或絕對(duì)振動(dòng)都可以作為轉(zhuǎn)軸振動(dòng)量參數(shù)；否則，要進(jìn)行轉(zhuǎn)軸絕對(duì)振動(dòng)測(cè)量。如轉(zhuǎn)軸絕對(duì)振動(dòng)值大于相對(duì)振動(dòng)值，絕對(duì)振動(dòng)是測(cè)量參數(shù)。評(píng)定轉(zhuǎn)軸與非轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間的氣隙 轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)作為動(dòng)靜間隙的測(cè)量參數(shù)。轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下的共振；不平衡振動(dòng)及轉(zhuǎn)子缺陷引起的振動(dòng)；油膜振蕩和油膜渦動(dòng)；摩擦引起的振動(dòng)；軸系扭振一、振動(dòng)與聲響

發(fā)電機(jī)的振動(dòng)發(fā)電機(jī)組的扭振電力變壓器的異常聲響其它電氣設(shè)備的異常聲響電壓互感器的聲音異常電壓互感器中產(chǎn)生的有游離放電、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。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。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)部缺陷等原因噪聲噪聲是由不同頻率和不同強(qiáng)度的聲波混合而組成的。描述噪聲的主要參數(shù)有：聲速、波長、頻率、聲壓、聲功率、聲場等。在實(shí)際測(cè)量中，常采用參數(shù)的相對(duì)值，如聲壓級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)、聲功率級(jí)等。頻譜分析能揭示噪聲的規(guī)律性，反映噪聲的各頻率成分（量值、隨時(shí)間的變化規(guī)律等）。電機(jī)設(shè)備噪聲源有：電磁噪聲、空氣動(dòng)力噪聲、機(jī)械噪聲、軸承噪聲、電刷噪聲等。二、溫度

溫度及溫升鐵心過熱點(diǎn)

交流電機(jī)定子鐵心和電力變壓器的鐵心是磁路的重要組成部分，設(shè)計(jì)時(shí)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(dāng)漆膜完好、片間絕緣良好時(shí)，鐵心溫度較低，而且整個(gè)鐵心溫度分布是均勻的。當(dāng)由于各種原因破壞了鐵心絕緣而造成片間局部短路時(shí)，短路的局部區(qū)域?qū)a(chǎn)生較大的渦流而發(fā)熱，進(jìn)一步破壞相鄰部分的片間絕緣而使故障進(jìn)一步擴(kuò)大，當(dāng)環(huán)流增大到一定程度時(shí)，將使硅鋼片熔化、局部高溫同時(shí)將破壞繞組（線圈）絕緣造成電事故。早期特征是鐵心的渦流和局部區(qū)域的溫度過高?？赏ㄟ^紅外熱成像準(zhǔn)確測(cè)量。二、溫度

溫度及溫升鐵心過熱點(diǎn)繞組局部過熱點(diǎn)

絕緣系統(tǒng)是電機(jī)機(jī)械和電氣方面較薄弱環(huán)節(jié)，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，線圈連接焊接不良導(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。局部過熱的測(cè)量主要有：分布測(cè)點(diǎn)溫度測(cè)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(cè)等手段。二、溫度

溫度及溫升鐵心過熱點(diǎn)繞組局部過熱點(diǎn)變壓器絕緣油油溫異常

運(yùn)行中的變壓器內(nèi)部的鐵損和銅損轉(zhuǎn)化為熱能，通過油循環(huán)傳導(dǎo)、輻射等方式向外擴(kuò)散，當(dāng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，變壓器內(nèi)部各部分溫度趨于穩(wěn)定。變壓器頂層油溫計(jì)指示變壓器上層的油溫。如果發(fā)現(xiàn)油溫超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的運(yùn)行限度，或者雖未超標(biāo)但比同樣情況下正常溫升超過10℃以上，則認(rèn)為變壓器上層油溫異常。導(dǎo)致變壓器油溫異常的原因主要有：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。②冷卻裝置散熱不正常。冷卻裝置運(yùn)行不正?；虬l(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。二、溫度

溫度及溫升鐵心過熱點(diǎn)繞組局部過熱點(diǎn)變壓器絕緣油油溫異常電力電容器過熱

電力電容器在運(yùn)行中，由于環(huán)境溫度的升高及過負(fù)荷，使介質(zhì)損耗增加而發(fā)熱，從而引起電力電容器浸漬劑受熱膨脹，增加對(duì)外殼的壓力。當(dāng)這種壓力長期增加時(shí)，會(huì)造成外殼的塑性變形，即脹肚現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)造成外殼破裂。同時(shí)，在外殼裂縫處或焊接薄弱處，引出線瓷套管與外殼連接處，瓷套的頂部等處會(huì)出現(xiàn)滲漏油。二、溫度

溫度及溫升鐵心過熱點(diǎn)繞組局部過熱點(diǎn)變壓器絕緣油油溫異常電力電容器過熱絕緣端子過熱

絕緣套管的中心部位貫穿著通電流的導(dǎo)體，此導(dǎo)體經(jīng)過套管頭部的端子金具與母線相連接。當(dāng)這種端子連接不良時(shí)，就會(huì)發(fā)生過熱使端子變色，絕緣壽命縮短。采用紅外線測(cè)溫計(jì)檢測(cè)發(fā)熱情況熱成像儀檢測(cè)熱分布情況。三、壓力、位置及變化

絕緣油油位異常絕緣子漏油

內(nèi)部有絕緣油的絕緣套管，會(huì)由于瓷套管龜裂、過大的彎曲負(fù)載引起瓷套錯(cuò)位，或因密封材料老化等引起漏油。當(dāng)漏油嚴(yán)重時(shí)，將引起套管絕緣的擊穿，甚至導(dǎo)致裝有套管的變壓器、斷路器、電抗器等損失。三、壓力、位置及變化

絕緣油油位異常絕緣子漏油壓力異常

發(fā)電機(jī)漏氫

發(fā)電機(jī)漏氫是國產(chǎn)100-200MW氫冷汽輪發(fā)電機(jī)普遍存在的問題。大量漏氫導(dǎo)致氫壓下降，影響發(fā)電機(jī)冷卻，從而限制發(fā)電機(jī)的出力。發(fā)電機(jī)漏氫的途徑：外漏氫——通過泄漏點(diǎn)漏到機(jī)殼外的空氣中；內(nèi)漏氫——由于平衡閥性能不好，使氫側(cè)油大量竄入空側(cè)或密封瓦座結(jié)合面漏氫，氫氣隨回油而串入汽機(jī)主油箱。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，必須對(duì)空側(cè)回油中含氫量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)中，氫氣漏入封閉導(dǎo)線或漏入空氣冷卻器的冷卻水中，也是內(nèi)漏氫。四、分解物

組成電氣設(shè)備的各組成部分（如導(dǎo)體、鐵心等金屬構(gòu)件、絕緣層等）在溫度、電磁場、電動(dòng)力、化學(xué)腐蝕、機(jī)械力等的作用下，經(jīng)過正常的老化或異常的加速分解，產(chǎn)生一定的化學(xué)成分。對(duì)分解產(chǎn)生的成分及產(chǎn)生速率的連續(xù)檢測(cè)和分析能夠發(fā)現(xiàn)存在于設(shè)備中的非正常因素——故障隱患。四、分解物

絕緣分解物

絕緣結(jié)構(gòu)是各種氣體、液體、固體絕緣材料的復(fù)合系統(tǒng)。對(duì)絕緣的應(yīng)力有：熱、電、環(huán)境和機(jī)械因子。熱老化過程分為物理老化過程和化學(xué)老化過程。物理老化大致分為：①狹義的熱老化——單純和熱作用引起；②氧化分解熱老化；③加水分解的過程。化學(xué)老化指物質(zhì)成分的揮發(fā)和氧氣等活性氣體向材料內(nèi)部擴(kuò)散。電壓老化可分為局部放電老化和樹枝狀放電老化。在變壓器內(nèi)部，如果發(fā)生伴隨著局部過熱、局部放電之類發(fā)熱的異?，F(xiàn)象。發(fā)熱源附近的絕緣油及固體絕緣物（壓制板、絕緣板等）就會(huì)發(fā)生熱分解反應(yīng)，產(chǎn)生CO2、CO、H2及CH4、C2H4、C2H2等烴類氣體。對(duì)變壓器油樣和氣體繼電器集氣的分析，能判斷有無異常發(fā)熱。根據(jù)分解反應(yīng)時(shí)的溫度及發(fā)生分解反應(yīng)的材料，將產(chǎn)生不同的氣體。通過分析氣體的成分，能夠診斷發(fā)熱異常的類型。在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，絕緣分解物變成微粒子，一部分被氣化，監(jiān)測(cè)散到冷卻氣體中去的微粒子，能夠提前發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部的過熱監(jiān)測(cè)絕緣分解物的診斷手段有：氣相色譜分析、液相色譜分析、鐵譜分析、離子電流法等。四、分解物

絕緣分解物金屬分解物

設(shè)備中有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件接觸表面上由于磨損產(chǎn)生的殘?jiān)苯臃从沉诉@些零件的磨損狀態(tài)，表征設(shè)備是否正常，并預(yù)報(bào)故障的發(fā)生。四、分解物

絕緣分解物金屬分解物其它變化顏色、氣味異常

變壓器的許多故障常伴有過熱現(xiàn)象，使變壓器部件或局部過熱，引起部件的顏色變化或者釋放出特殊氣味。導(dǎo)致顏色及氣味異常的常見原因有：①引接線接觸松動(dòng)、接觸面氧化，使接觸處過熱，顏色發(fā)暗?？捎檬緶叵炂瑱z查，在溫度很高時(shí)可聞出有焦臭味。②套管、絕緣子污穢或