旋转电机在线监测与故障诊断
电机运行状态监测与故障诊断技术
电机运行状态监测与故障诊断技术随着科技的不断进步，电机在各种设备和机械中的应用越来越广泛。
然而，由于长时间的运行和各种外界因素的影响，电机的故障问题也时常出现。
因此，电机运行状态监测与故障诊断技术的发展就显得尤为重要。
首先，电机运行状态监测技术可以通过实时监测电机的运行参数来判断其健康状态。
这些参数包括电机的电流、电压、转速等。
通过监测这些参数的变化情况，我们可以及时发现电机是否存在异常。
例如，当电机的电流突然升高或波动较大时，可能意味着电机绕组的绝缘损坏，需要进行维修或更换。
而如果电机的转速突然降低，可能是轴承磨损导致的，需要及时进行维修。
因此，运行状态监测技术可以帮助我们在电机出现故障之前，提前采取相应的维修或保养措施，减少设备的停机时间和维修成本。
其次，故障诊断技术是电机维修中的一项重要技术。
当电机发生故障时，我们需要通过故障诊断技术来确定具体的故障原因，以便采取正确的修复措施。
故障诊断技术可以通过分析电机振动、声音、温度等信号来确定故障位置和故障类型。
例如，通过振动信号的分析，可以确定电机是否存在轴承故障；通过声音信号的分析，可以判断电机是否存在异物进入的问题；通过温度信号的分析，可以发现电机是否存在过热的情况。
通过故障诊断技术的应用，我们可以快速准确地确定电机的故障原因，并采取相应的措施，提高维修的效率和准确性。
除了传统的电机运行状态监测与故障诊断技术，近年来还出现了一些新的技术和方法。
例如，基于物联网和大数据分析的电机监测系统，可以将电机的运行数据实时上传到云端，通过大数据分析和机器学习算法来进行故障预测和诊断。
这种技术不仅可以提高故障的预测准确性，还可以通过数据的分析和比对，找出电机故障的潜在原因，为后续的维修和保养提供指导。
另外，还有一些基于图像识别和声音识别的故障诊断技术，可以通过分析电机的图像和声音信号来判断故障类型和位置。
电机运行状态监测与故障诊断技术的发展虽然取得了很大的进步，但还存在一些挑战和问题需要面对。
点检基础篇-6-旋转电机的故障监测与诊断
4．3旋转电机的故障监测与诊断4 .3. 1概述旋转电机系泛指同步机、异步机、直流机。
这些设备是企业生产的动力，是关键设备，一台电机出现 故障将会造成整条生产线停产，给企业带来巨大经济损失这些关键设备一则个大，二则技术性能要求高、价格都很贵、故障和事故意味着效益的流失。
预防事故的发生已是企业管理者主要工作内容之一。
投人较少资金安置设备事故监测系统、监测预防设备故障的发生可以减少设备故障造成巨大的经济损 失。
大型电机的故障可分为电气故障和机械故障两类，产生两类故障原因及故障性质不同，处理方法也 不尽相同。
4. 3. 2旋转电机的电气故障4. 3. 2 .1故障种类电气故障可分为短路、断路、失磁、破损等几类。
短路：电机绕组匝间、绕组对地、绕组相间、定子与转子之间、接线端子与滑环的短路等。
造成短路 事故的原因是绕组匝间、匝对地、相间绝缘受潮或老化，或机械损伤、长期过载发热绝缘性能降低电击 穿、过电压击穿等。
断路：绕组和导体发热烧断、导体连接点松开、绕组端接点脱焊或受机械力甩开等。
失磁：直流机磁场失电或绕组断路短路等。
4. 3 .2 .2旋转电机的关键参数——绝缘强度旋转电机所产生各种故障几乎都和绝缘参数有直接和间接的关系。
电机质量的高低绝缘是度量的 主要参数之一，对于电机运行维护的主要工作也是围绕绝缘进行的。
绝缘材料致命的弱点是怕高温，温度升高绝缘值下降，温度达到一定值后绝缘材料变质，所以监控电机的运行温度成为监控电机绝缘状况 的重要手段。
4. 3. 3电机的监测内容4. 3. 3. 1监测电机的各种电流(1)检测电机电流的有效值。
通过对电机三相绕组运行电流有效值的监测，可知道和掌握电机的 运行状况，电流表读数表咀三相电流平衡不超过额定值，表示电机运行正常；如果三相电流有一相无读 数，表明电机断相；如果三相电流超出额定值，应迅速查明原因进行处理或者进行限载减载，防止电机发 热而破坏电机的绝缘；如果三相电流不平衡，有的很小，有的大于额定值很多，表示三相绕组绝缘出现故 障，可能柏接地或匝间短路，必须减载和相应检查处理。
旋转机械故障诊断
旋转机械故障诊断
旋转机械故障诊断主要是通过观察和分析机械运行过程中
的异常现象来判断故障原因。
以下是一些常见的旋转机械
故障诊断方法：
1. 震动分析：通过测量机械运行时的振动幅值和频率，分
析振动的特点和变化趋势，判断故障位置和类型。
常见的
故障类型包括不平衡、轴承损坏和轴承松动等。
2. 温度监测：通过测量机械的各个部件的温度，判断是否
存在过热的情况。
过高的温度可能是由于摩擦、润滑不良
或散热不良等原因引起的故障。
3. 声音分析：通过对机械工作过程中产生的声音进行分析，判断是否存在异响或噪音。
噪音可以是由于轴承损坏、齿
轮磨损或螺栓松动等引起的。
4. 润滑油分析：通过对机械润滑油的化学成分和物理性质
进行分析，判断是否存在金属粉末、水分或杂质等异常。
这些异常可能是由于零件磨损或润滑油质量不佳引起的故障。
5. 可视检查：通过对机械各个部件的外观进行检查，观察
是否存在磨损、裂纹或松动等现象。
这可以帮助诊断轴承、齿轮和联接件等部件的故障。
以上是常见的旋转机械故障诊断方法，诊断时可以结合多
种方法综合分析，准确判断和定位故障原因，以便及时进
行修复或更换有问题的部件。
旋转机械的振动监测与故障诊断
油膜振荡
其它故障
状态监测 故障诊断
三、旋转机械典型故障的机理和特征
转子不对中通常是指相邻两转子的轴心
转 子 不 平 衡 线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。
转 子 不 对 中
转子碰摩
转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不
油 膜 振 荡 对中，联轴器不对中又可分为平行不对中、
其 它 故 障 偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。
二、 旋转机械振动监测参数与分析
1.常态频域分析
(4)拍
监测参数
振 动 分 析
状态监测 故障诊断
二、 旋转机械振动监测参数与分析
1.常态频域分析
(5)频率和差规律
监测参数
振 动 分 析
状态监测 故障诊断
二、旋转机械振动监测参数与分析
1.常态频域分析
(6)轴心轨迹
监测参数
振 动 分 析
状态监测 故障诊断
状态监测 故障诊断
三、旋转机械典型故障的机理和特征
1. 联轴器不对中
转子不平衡
转 子 不 对 中
转子碰摩 油膜振荡 其它故障
(1)平行不对中
状态监测 故障诊断
三、旋转机械典型故障的机理和特征
1. 联轴器不对中
转子不平衡
转 子 不 对 中
转子碰摩 油膜振荡 其它故障
(2)偏角不对中
状态监测 故障诊断
转子不对中 转子碰摩 油膜振荡 其它故障
(3)表示各圆盘中心位移的复数向量相角是不同的，因 此轴线弯曲成空间曲线，并以转子转速绕OZ轴转动。
状态监测 故障诊断
三、旋转机械典型故障的机理和特征
转子不平衡振动特征:
转 子 不 平 衡
转子不对中 转子碰摩
设备状态监测与故障诊断技术第5章-旋转机械故障诊断技术
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图5.8 典型不对中谱图
可编辑课件PPT
பைடு நூலகம்
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实例四: 转子不对中故障的诊断
MO MI PI PO
电机
水泵
出现2×频率成分。 轴心轨迹成香蕉形或8字形。 振动有方向性。 轴向振动一般较大。 本例中, 出现叶片通过频率。
2X频率 1X频率
叶片通 过频率
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转子不平衡故障包括: ①转子质量不平衡、 ②转子偏
心、 ③轴弯曲、 ④转子热态不平衡、 ⑤转子部件
脱落、 ⑥转子部件结垢、 ⑦ 联轴器不平衡等，不
同原因引起的转子不可编平辑课衡件P故PT 障规律相近，但也各有 3
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
1．转子质量不平衡
力不平衡: 不平衡产生的振动幅值在转子第一临界转速以下随转速的 平方增大。例如，转速升高1倍，则振动幅值增大3倍。在转子重 心平面内只用一个平衡修正重量便可修正之。
4．转子热态不平衡: 在机组的启动和停机过程中，由于热交换速
度的差异，使转子横截面产生不均匀的温度分布，使转子发生
瞬时热弯曲，产生较大的不平衡。热弯曲引起的振动一般与负
荷有关。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
5. 转子部件脱落 可以将部件脱落失衡现象看作对工作状态的转子
掌握滚动轴承故障诊断技术、齿轮故障诊断技术；
了解电动机故障诊断技术、皮带驱动故障诊断技术；
2024/8/熟1 悉利用征兆的故障诊可断编辑方课件法PPT。
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第一节 旋转机械典型故障的机理和特征
转动设备状态监测及典型故障的诊断
波徳图
3．极坐标图
极坐标图是把振幅和相位随转速变化的关系用 极坐标的形式表示出来。图中用一旋转矢量的点代 表转子的轴心，该点在各个转速下所处位置的极半 径就代表了轴的径向振幅，该点在极坐标上的角度 就是此时振动的相位角。这种极坐标表示方法在作 用上与波德图相同，但它比波德图更为直观。
极 坐 标图
3. 振幅变动特征分析法
设备在承载均匀，没有冲击，转速稳定的状 态下运行时，振动值基本上是稳定的。如果振动 出现大范围的频繁波动，说明可能是转子的某个 部位发生径向或轴向碰擦或者是滚动轴承由于连 接松动而与相邻部件发生了不均匀摩擦。
4. 幅值比较分析法
连接部件松动是机器常见故障，幅值比较分 析法是最简单、最有效的检测办法。如图:测量点 ①、②、③垂直方向的振动值，比较三个振动值 的大小，若数值相差很大，说明存在松动故障， 且可判定松动部位。
×××汽轮机高压缸转子热弯曲的波德图
×××汽轮机中压缸转子热弯曲的波德图
4. 油膜涡动和油膜振荡
油膜涡动和油膜振荡是滑动轴承中由于油膜的动力 学特性而引起的一种自激振动。
油膜涡动一般是由于过大的轴承磨损或间隙，不 合适的轴承设计，润滑油参数的改变等因素引起的。 根据振动频谱很容易识别油膜涡动，其出现时的振动 频率接近转速频率的一半，随着转速的提高，油膜涡 动的故障特征频率与转速频率之比也保持在一个定值 上始终不变，常称为半速涡动。
×××汽轮机轴承发生严重油膜涡动时的波形频谱图
×××汽轮机轴承发生较轻的油膜涡动时的轴心轨迹图
油膜涡动使轴承损坏的照片
油膜涡动和油膜振荡是两个不同的概念，它们之 间既有区别，又有着密切的联系。
振动状态监测的常用图谱
振动信号分析 常用谱图
旋转设备在线监测与故障分析判断
旋转设备在线监测分析与故障判断作者：邓华伟单位：攀工西分维检五部摘要：旋转设备故障的产生，其最显著的特点是设备各组成部分或零部件之间配合间隙的破坏，而配合间隙的破坏主要是由于配合表面不断受到摩擦、冲击、高温和腐蚀等作用而产生磨损的结果，这样就使受力部位的零部件形状、尺寸、金属表面层（化学成分、机械性能、金相组织）发生了改变，从而降低了精度和应有的功能。
一、概况各种旋转设备运转过程中各零部件磨损并非相同，随其工作条件而异，但磨损的发展是有其规律的，如果能够对设备受到的这种磨损失效规律进行掌握，设备各零部件的相对运动趋势将反应出振动、温度、声音的连锁效应，使我们提前知晓设备各项功能发生改变的趋势与结果。
攀钢做为国内大型钢铁企业，拥有多种大、中、小型旋转设备，其较多旋转设备占据着生产中的核心地位。
二、旋转设备磨损规律分析及判断1、旋转设备磨损规律分析旋转设备在试运转后，即为正常工作的开始，正常工作终了时，即进入事故磨损时期，正常工作期间如果受到突发的、过早的、迅速增长的磨损将会很快进入事故磨损时期，加速设备损坏，势必会发热、振动、异响。
如图1-1所示旋转设备磨损的典型曲线。
这条曲线具有三个明显的阶段，分别表示不同的工作时期。
O1A段为初期磨损时期，即新组合部位的试运转磨合过程，表示组合部位在工作初期具有较大的磨损，部件最初的水平度受到了破坏，在油膜或其它作用下将形成新的结合面，曲线趋近A点时磨损速度逐渐趋近平稳。
AB段为正常的磨损阶段（或叫正常运转周期），组合部位磨损成曲线均匀上升，当部件工作时间超过t2时，磨损量将会逐渐加大。
经过B点后，磨损量重新开始急剧增长，BC段为事故磨损阶段，由于间隙过大，润滑油膜被破坏，磨损强烈，这时如果继续工作可能发生设备意外的故障。
2、测振分析（1）振动位移（振幅）分析测振仪起到对在线旋转设备监测数据的采集，通过对采集部位数据进行技术性分析，是初步判断设备故障造成原因的一种方法。
发电机转子故障与在线检测
发电机转子故障诊断与在线监测1引言设备故障在线诊断技术是70年代兴起的一门新技术，它能实现设备在带负载运行在不停机的情况下，通过使用先进的技术手段对设备状态参数监测和分析，判断设备是否存在异常或故障，故障的部位和原因以及故障的劣化趋势，以确定合理检修时间和方案。
这项技术包括了检查和发现异常、诊断故障状态和部位、分析故障类型三个基本环节，同时也包括了检测技术、信号处理技术、识别技术、预测技术四项基本技术。
随着生产的发展，生产设备更为先进和现代化、设备变得更加精密和复杂，设备故障造成的经济损失和影响也越来越大。
设备维修方式和监视方法更加受到关注，其发展历经变革，由事后维修到定期维修，再到状态维修。
其中以状态维修是最先进和最合理的维修方式，它是以监测和诊断技术为基础，通过对运行状态的监测，发现并消除可能的故障，避免事故的发生。
同样，设备检测(监视)方法也在不断地作适应性变革，它们经历五个方面的发展:1)依靠人的五官感觉和简单工具进行检查和监视;2)利用简单的检测计器进行检查和监视;3)离线监测;4)连续状态监测;5)在线状态监测:其中在线监测是通过安装在设备上的传感器，随时获取机器运行的各种状态信号，可对机器进行连续的监测，其特点是能在早期阶段发现故障，并严密监视其发展情况，实现提前预测，这样就有可能选择在最合适的条件下有准备的停机和检修设备，能节约时间并减少损失。
在线连续状态监测，能够提供设备运行和维修两方面的信息，它所提供的趋势分析信息能进一步改进设备维修计划，使设备维修更加准确有效，更节约费用，操作者通过它所显示的状态信息;及时地不断改进操作方式，进一步提高设备运行的可靠性和效率，这两者的经验和积累数据，又向设备设计和制造者提供了改进设备性能和可靠性的重要信息。
在线连续监测在设备运行中的地位，可用图1-1来表示。
298图1一1发电机是电力系统的核心。
随着电力工业的发展和单机容量的不断增大，提高发电机的产品质量，实现发电机在线监测和诊断，对其可靠运行非常重要。
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机座号
槽绝缘规范
1～5 6～9
上层边所在槽：0.2mm聚酯薄膜青壳纸一层， 0.2mm绝缘纸一层(出槽口)
下层边所在槽： 0.2mm绝缘纸一层， 0.05mm聚酯薄膜一层（两边摺边）
0.2mm绝缘纸一层(出槽口)
0.27mm聚酯薄膜青壳纸一层， 0.05mm聚酯薄膜一层（两边摺边）， 0.2mm绝缘纸一层(出槽口)
目前采用最多的是粉云母纸。
（3）胶粘剂是影响云母制品质量的主要因素 （4）片云母带 （5）粉云母带
7.2 电机的绝缘结构
7.2.1 低压电机的绝缘结构 低压电机主要指500伏以下、机座号13号以下、容
量（功率）0.4～180kW的同步电机、异步电机和专用 电机。
电机绕组的绝缘可分为主绝缘、匝间绝缘、股间 绝缘和层间绝缘。
高压电机主绝缘的演变情况
项目
1910年→
1930年→
1950年→
1960年→
胶粘剂
云母材 料
补强材 料
绝缘形 式
耐热级
虫胶 片云母
纸 套筒式
A级
热塑性沥青或 油改性沥青
片云母
纸
连续式
热固性环氧或聚酯 树脂
片云母和粉云母
玻璃布或合成纤维 织物
连续式套筒式（线 圈长度3m以下）
环氧云母绝缘的改 性，无云母绝缘的试
（3）胶粘漆 胶粘漆用Байду номын сангаас粘合各种绝缘材料.
3．漆布、薄膜及其复合制品
与漆布比较，薄膜具有耐电强度高、机械强度好 和厚度小及节约棉布等优点。
目前使用最普遍的是聚酯薄膜。它是聚对苯二甲 酸乙二酯薄膜，具有很好的机械强度，尤其是边缘抗 撕强度特别高，电气性能和耐潮性优良，工作温度范 围也较宽，目前用于E级。
B级绝缘是用玻璃纤维、聚酯等包覆导体，槽中同 时使用含有黏合剂的云母、玻璃纤维等绝缘材料。
龟甲型电机转子线圈
风力发电机转子线圈
牵引电机定子绕组
牵引电机定子绕组
电枢线圈的绝缘：
高压电机线圈端部结构图
定子槽
铁心 槽楔 云母绝缘 导体
电机结构示意
电机绝缘应用多种材料，主要有电磁线、绝缘漆、 漆布、薄膜和云母制品等。
槽绝缘厚 度
（mm） 0.4
0.45
0.52
槽楔厚 度
（mm） 2
2.5
3 3.2
2.5 3
3.4
（2）半开口槽绝缘 功率在100kW以上的异步电动机和同步发电机的
绕阻一般用高强度漆包扁铜线或扁铝线或玻璃丝包扁 铜线，线圈放在半开口槽中，沿槽宽方向布置成双排.
开口槽增加了主磁路的磁阻，
使电机的功率因数下降，故一般 都采用半开口槽。
（1） 浸渍漆用于浸渍电机绕组及纤维材料以提高绝 缘的电气性能、导热性、耐热性、耐湿性以及绕组的 整体性。
要求浸渍漆有合适的粘度、固体含量大、粘结性好， 不应对铜或其它材料有害，并具有快速干燥的能力.
（2）覆盖漆涂在已浸渍过的绝缘表面，形成机械性能 好、光滑、耐水的绝缘漆膜，增加防潮能力，防止气 尘、脏污及化学活性物质对绝缘的作用。
单层绕组常常具有各种形状的线圈，而双层绕组 所有线圈一般具有同一形状和同一尺寸。
功率10kW以下异步电机半闭口 定子槽绕组绝缘
1—槽楔； 2—聚酯薄膜；3、4—绝缘纸
功率100kW以下交流电机半 闭口定子槽绕组绝缘
1—槽楔；2—绝缘纸；3—聚酯薄膜； 4、5—聚酯薄膜青壳纸
J02系列异步电机的槽绝缘规范和槽楔厚度
低压电机的电压不高，决定绝缘结构的主要因素是 槽形、嵌线方法、绝缘材料和绝缘工艺。
（1）半闭口槽绝缘
中小型电机的定子槽形视容量和电压及绕组型式 而定。低压小型电机（功率在100kW以下）一般都采 用半闭口槽，槽口宽度小于槽宽的一半，定子绕组由 高强度聚酯漆包圆铜线或圆铝线绕成，经过槽口分散 嵌入槽内.功率10kW以下电机（1～5号机座）通常都 是单层绕组，超过10kW时（6～9号机座）采用双层 绕组。
第7章 旋转电机在线监测与故障诊断
7.1 电机用绝缘材料
电机高电压线圈所用的主绝缘材料是绝缘性、耐热 性、解离性(结晶体沿一定的晶面易于破裂开)等性能良 好的云母材料。
线圈绝缘是由在纸、玻璃丝布、聚酯薄膜等材料之 间加入薄薄的多层云母片，再在线圈槽中填充以环氧树 脂等热固性树脂而构成的。
电枢的线圈绝缘，A级绝缘是在线圈上使用了双层 纱包线、漆包线、聚乙烯醇缩甲醛绝缘线等，槽中以清 漆浸渍的纱棉、纸等材料进行绝缘。
1．电磁线
提高电磁线的电气与机械性能，改善其耐溶剂性、 耐热性及减薄绝缘厚度，能在很大程度上提高电机的 槽满率。
用以制成电机绕组的电磁线基本上可分为漆包线 和绕包线两大类，此外还有无机绝缘电磁线。
2．绝缘漆
按用途分为浸渍漆、覆盖漆、胶粘漆三种。 绝缘漆由漆基(天然或合成树脂、沥青、干性油、
纤维酯及其复合物等)、溶剂或稀释剂、辅助材料（催 干剂、颜料、乳化剂、防霉剂等）三部分组成。
我国中型低压电机中一般采 用B级绝缘。
半开口定子绝缘结构（电压380V） 1－槽底垫条；2—绝缘纸板；3—云母板；
4—绝缘纸板；5—层间垫条
（3）连续式绝缘——定子线圈的全长均用绝缘带半叠绕
套筒式绝缘可用柔软云母板或柔软玻璃云母板绕 包槽部，A级和E级电机绝缘也可用聚酯薄膜代替柔软 云母板。套筒式绝缘的质量与直线部分长度有关，当 长度不大于450毫米时能保证软套筒的质量很好。连 续式绝缘则用两层或三层厚度为0.13或0.17毫米的云 母带绕包，然后浸沥青胶。
用
片云母和粉云母
同左
连续式
A级
B级
B级，已可能提至F
级
7.2.3 电机线圈的匝间绝缘 ¾ 绝缘隐患： z 过电压；
7.2.2 高压电机的绝缘结构 高压电机一般系指额定电压在6kV和以上的交流发
电机和电动机，容量在1000kW以上者为大型，100～ 1000kW者为中型。
¾ 大电机的发展，除改进导磁材料是一个重要方面 外，主要依靠两个方面：采用导体直接冷却（如强迫 氢冷或水冷）以及采用新型绝缘材料。
¾ 在电机制造中，当额定电压升高时，绝缘所需的 费用约占全部材料费用的1/3～1/2。
4．云母制品
云母制品是电机绝缘中极重要的材料，特别是在高压 电机中，按用途可分为云母带、云母板、云母箔三大类。
（1）剥片云母 有很好的电气性能、耐热、耐燃、化学稳定，很高
的机械性能、很少吸水；薄片云母柔软并具有弹性。云 母具有非常良好的耐电晕性，在高压电机绝缘中迄今尚 无其它材料可与之比拟。 （2）粉云母