大型旋转电机故障诊断技术解析

Electrical Automation

《电气自动化》2013年第35卷第6期

自动控制系统与装置

Automatic Control Systems ＆Equipments

大型旋转电机故障诊断技术解析

张子良

（湘潭电机股份有限公司海上风力发电技术与检测国家重点实验室，湖南湘潭411101）

摘

要：电机作为大多数机械设备的原动机，其重要地位是其它任何设备都无法代替的。电机故障不仅影响电机本身，而且有时对它

所驱动的负载也会产生很大损害。因此，人们越来越普遍地认识到，必须对电机开展状态检修的研究。针对电机的状态检修，主要讨论了大型旋转电机故障诊断技术的相关概念、方法、意义等问题，并论述了电机制造企业开展电机故障诊断技术研究的必要性及其优势，

为提高电机产品的技术含量、增加其技术附加值开辟了新的思路。关键词：状态监测与故障诊断；状态维修；旋转电机；必要性；报警DOI ：10．3969/j ·issn．1000－3886．2013．06．027

［中图分类号］TP277；TM307+．1/．2/．3［文献标志码］A ［文章编号］1000－3886（2013）06－0074－03

The Fault Diagnosis Technology of Large Ｒotating Motors

ZHANG Zi-liang

（State Key Laboratory of Offshore Wind Power Generation Technology and Detection of Xiangtan Motor Co．，Ltd．，Xiangtan Hunan 411101，China ）

Abstract ：As a prime drive of most mechanical equipment ，the motor has an important position which can not be replaced by any other

equipment．Motor faults not only affect themselves ，but sometimes will also bring great damages to the load driven by them．Therefore ，more and more people have realized the necessity of studying their condition-based maintenance．This paper discusses the related concepts ，methods ，significance etc．about the fault diagnosis technology of large rotating motors ，as well as the necessity and advantage for motor manufacturers to study the fault diagnosis technology of motors ，thus giving new ideas on improving the technical content of motor products and increasing their additional technical value．

Keywords ：condition monitoring and fault diagnosis ；condition-based maintenance ；rotating motor ；necessity ，alarm

收稿日期：2013－06－14

基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）基金资助

（2012CB724403）

0引言

当前，作为一门新兴的、既有理论基础又有实际应用背景的交叉性学科

［1］

，机械设备状态监测与故障诊断技术已发展成型。

电机作为大多数机械设备的原动机，其重要地位是其它任何设备都无法代替的

［2－3］

。对大型旋转电机采取以状态监测与故

障诊断技术为核心的故障防范措施，既是广大用户的迫切需求，也日益成为工业制造业的普遍共识。

1传统设备维修体制及其局限性

传统的设备维修体制以定期（时）维修为主，辅之一定的事

后维修和中途抢修等方式。这种传统维修方式对于现代复杂设备的维护越来越难以适应。

1）势必产生大量人力、物力的浪费

为了拆修大型复杂设备，不得不投入更多的人力和物力，而大多数拆修往往是不必要的。

2）可能破坏设备的稳定运行，影响其性能

对原本稳定运行的设备频繁拆修，必定使原有的平衡状态遭到破坏，是复杂精密设备早期故障的诱发因素之一。

3）针对性不强

对同类设备规定固定的维修周期，

必需按计划定期装校，尽管能起到一定的预防作用，但针对性不强，近似盲目维修。

4）容易导致过度维修和维修不足

无视设备及其部件的运行状态，定期拆卸、更换原本已磨合很好的零部件，再重新装配，这不可避免地会产生过度维修的缺陷。另外，因设备零部件加工及装配质量的分散性，不科学地规定统一的维修周期，势必会使某些设备处于维修不足状态。

2

设备状态监测与故障诊断

2．1

设备状态监测

在运行中，对设备的技术状态或特征参数进行连续采集，借

以推断其工作正常与否；若处于异常状态，还需预测其劣化趋势及故障严重程度等，这一过程就称为状态监测。

2．2设备故障诊断

设备故障诊断又叫设备状态诊断。它利用监测到的设备特

征参数，通过数据处理，分析设备是否存在故障，并进一步预测设备的未来状态。

2．3设备故障诊断的主要流程

设备故障诊断的主要流程如图1所示

［4］

，它包括状态信息库

和故障档案库的建立、信号检测、特征提取、状态识别和预报决策等几个关键环节。

2．4设备故障诊断的技术类型

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图1设备故障诊断的主要工作流程

设备故障诊断技术分为初级诊断技术和高级诊断技术两种类型。

2．4．1初级诊断技术

初级诊断技术是指通常由现场维护人员实施的，使用相对简单的方法和较通用的仪器，对设备运行状态作出总体评估的技术。它具有快速、通用、简易等特点。

2．4．2高级诊断技术

高级诊断技术通常使用专用的仪器和深入的算法，对初级诊断中暴露出的设备故障征兆进行定量测量与分析，找出故障部件和原因，并确定应采取的应对措施。

实际诊断工作中，通常配合使用这两种诊断技术，以达到取长补短、互为补充的目的。

3设备状态维修

状态维修也称为预知性维修，它以故障诊断结果为依据，确定设备是否需要维修，以及在何时、对何处进行维修。状态维修是当前综合成本最低、最符合设备客观寿命周期的维修制度。其优点如下：

1）能在出现故障征兆时及时处理

由于事先对设备运行状态连续监测，通过故障诊断，评估设备运行现状，这就保证了当早期轻微故障出现时，能够及时处理。

2）节省维修费用，避免过度维修及维修不足

设备的使用寿命受具体运行环境、制造质量及操作人员的技术水平和责任心等因素的影响，故障发生时间和部位不会完全相同，最合理的维修方式必需满足适时适度维修。

3）符合设备故障率曲线

设备在投入运行的初期、运行稳定期及接近寿命末期时，其出现故障的概率是不同的，满足著名的“浴盆曲线”规律。状态维修的计划性体现在“状态”上，比传统维修计划更符合实际。

4电机状态监测与故障诊断

4．1电机状态监测与故障诊断技术的特点

电机的状态监测与故障诊断是设备状态监测与故障诊断思想和技术在电机维护领域的延伸和应用。

电机的工作原理都是基于电磁理论，它的运行状态受很多因素影响。其故障种类繁多，原因复杂，故障征兆呈多样性。大量的故障结果分析显示［5］：轴承类故障占42%，绕组类故障占40%，绝缘类故障占5%。有效及时地通过各种检测技术和信号分析理论分离出故障征兆信息，并诊断出故障隐患，是实现可靠运行、减少维修率、提高生产效率的重要措施。4．2电机状态监测与故障诊断系统的组成

从对电机的技术状态或特征参数的采集方式上看，电机状态监测与故障诊断系统主要分为在线式和离线式两大类。受篇幅限制，本文重点讨论在线式系统。

所谓在线式是指，系统连续、不间断、全自动地采集被监测电机的技术状态或特征参数，并利用预置的信号处理算法对获得的数据进行处理，以推断电机是否存在故障或故障隐患的诊断系统。对于在线式电机故障诊断系统，可进一步依据其诊断对象的数量和是否具有联网功能分为以下两类：

4．2．1单机在线故障诊断系统

单机在线故障诊断系统的监测和诊断对象主要是单台电机或物理位置相距较近的若干台电机。其典型结构如图2所示

。

图2单机在线故障诊断系统的典型结构

安装在电机上的传感器将电机的各种技术状态或特征参数实时传给计算机，计算机通常采用初级诊断技术快速评估电机的运行现状。当发现存在故障或故障隐患时，根据故障特征，启动相应的算法，对故障部位、严重程度等进行定量分析，即进入所谓高级诊断阶段。根据高级诊断的结果，向相关设备维护人员发出各种报警信息，如：电子邮件报警、电话报警、手机短信报警及声/光报警等。

4．2．2多机联网远程故障诊断系统

对于那些故障现象与故障原因之间存在多重对应关系，或故障征兆不明显的情况，现阶段比较有效的做法是：充分利用多重检测手段进行信息融合，各种检测数据相互印证；同时，借助电机专家的故障诊断知识，依托强大的互联网技术，构建人机互动的、多机联网远程故障诊断系统。这种系统一般多建于大型企业的设备故障诊断中心，电机运行现场与诊断中心之间不受距离限制，可实现跨区域甚至全球诊断，其典型体系结构如图3所示。

通常情况下，现场主机总是力争优先进行自主诊断，并且以固定的时间间隔将现场的各种技术状态或特征参数传给诊断中心的数据库服务器保存。当出现无法实施自主诊断的复杂故障时，服务器会通知电机故障诊断专家或工程师进行协助。电机故障诊断专家运行相应的人机交互软件，并结合各种检测数据和历史数据及专家知识对故障进行诊断。得到授权后，也可以通过互联网查看电机的运行状态和故障诊断结果。

5在电机制造企业开展电机状态监测与故障诊断技术研究的必要性

加快实现产品更新换代、努力提高技术附加值、拓展盈利空间，是电机制造企业追求的永恒经济目标。高效地做好电机维修等售后服务工作是提高用户满意度、挖掘产品潜在价值、实现这一经济目标的有效手段之一。电机状态监测与故障诊断技术的应用，为做好电机维修工作提供了先进可靠的技术保障。

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图3多机联网远程故障诊断系统典型体系结构

（1）及时发现潜在的电机故障，做到防患于未然；

（2）使现场维修人员有的放矢，有针对性地备好备品备件；提高维修效率；

（3）可提前加工或采购必要的替换部件，加快售后服务响应速度，

提高用户满意度；（4）减少不必要的备品备件库存数量，降低资金占用率；（5）长期实施电机状态监测与故障诊断技术后，可积累大量故障信息，为探究产品设计缺陷提供了珍贵的现场数据，这是任何出厂试验都无法做到的；

（6）可实现远程故障诊断，使电机故障诊断专家足不出户也能指导现场维修，既提高了工作效率，又使宝贵的专家知识得以充分利用；

（7）在电机出厂试验中可记录每台电机的原始状态，为今后的故障趋势分析提供有针对性的参照目标。

总之，电机故障诊断技术的出现，必将大大推进传统电机维护、

维修体制的技术进步，引发该领域的革命性变革。同时，也给电机制造商提供了新的产品发展思路，是对其产品更新换代在技术上和决策上的挑战。参考文献：

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2009．［3］王惠中，王小鹏．现代电机设备智能故障诊断综述［J ］．工业仪表与

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2008．［5］付家才，姜喆．小波变换技术在电机故障诊断上的应用［J ］．黑龙江

科技学院学报，2006，16（6）：349－256．【作者简介】张子良（1964－），男，北京人，工学硕士，高级工程师，研究方

向：机电控制、设备故障诊断技术等欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁欁

。

（上接第73页）参考文献：

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2012，45（3）：22－24．【作者简介】孙圣（1979－），男，浙江慈溪人，高级工程师，高级工业设计师；研究方向：机械工程及自动化。

【通讯作者简介】卢慧芬（1965－），女，浙江黄岩人，工学硕士，研究员；研究方向：电机及控制、实验技术与管理等。

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