电机的在线监测与诊断

该试验对于发现绕组脏污和吸潮是非常 好的方法，当然也能够发现绝缘裂缝或 穿透性绝缘故障。
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6. 大型电机定子绕组绝缘诊断性试验
（2）交流耐压试验
交流耐压的试验目的是发现绕组中的贯穿性缺 陷。
其基本出发点是：如果绕组在高于运行电压的 耐压试验中未发生故障，当其投入运行时绕组 应不会很快发生因绝缘老化而导致的故障。
上述4项特征参数中，局部放电是反映绝缘状态 最灵敏的量，其次值、电容值漏电流也可反映 绝缘状况。
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2. 电机绝缘诊断内容
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3. 我国关于交流电动机绝缘电阻的测量要 求
（1）测量绕组的绝缘电阻和吸收比，应符 合下列规定：
1）额定电压为1000V以下，常温下绝缘电 阻值不应低于0.5MΩ；额定电压为1000V 及以上，在运行温度时的绝缘电阻值， 定子绕组不应低于每千伏1MΩ，转子绕 组不应低于每千伏0.5MΩ。绝缘电阻温 度换算可按本标准附录二的规定进行。
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笼型异步电动机因笼条断裂时，就会出现振动增加，起动时 间延长，定子电流摆动，电机滑差增加，转速转矩波动，温 升增高等故障征兆
一台直流电机运行中由于过载、机械振动、换向器变形、维 护不当、湿度过低等诸原因，造成换向恶化故障。
恶劣的环境和苛刻的运行条件，以及超过技术条件所规定的 允许范围运行，往往是直接导致电机故障的起因
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电机的故障特点与诊断内容
电机典型故障归纳： 1、定子铁心故障 通常发生在大型汽轮机发电机上，主要是铁心深处的过热 问题 早期征兆是大的环路电流、高温和绝缘材料的热解 2、绕组绝缘故障 原因：绝缘老化，绝缘缺陷及引线套管受污染 主要症状：定子绕组局部放电量的增加
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发电机中常用局部放电（PD）在线监测这类故障 感应电动机中常用定子电流信号分析确定定子绕组故障 3、定子绕组股线故障（发电机） 股线间短路产生电弧发电、可能发展接地故障或相间短路 故障 征兆：水冷电机的冷却水中有绝缘材料热解产生的气体
2．介质损耗因数
介质损耗因数 是表明设备绝缘状态的重要
参数之一，当测得设备的大时，说明设备绝
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1. 绝缘的特征量
3．泄漏电流
对于一些设备不能测量值时，也可用测量泄 漏电流方法确定设备绝缘受潮或损坏程度。
4．设备电容值
设备中若进水时，其电容值会增大，但漏油 时，其电容值会减少。规程规定当电容值的偏 差超出额定值-5％~10％范围，应停电检查。
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4、定子端部线圈故障 运行过程产生的冲击力使定子端部绕组发生位移，从而引 发绝缘劣化和发生局部放电
征兆：振动和局部放电
5、冷却水系统故障 征兆：定子线棒或冷却水温度偏高、绝缘材料热解及可能 引起的放电
6、转子绕组故障（异步电动机）
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转子故障主要有转子导条断裂，这将引起转矩跳动，转速波 动，转子振动以及过热等
在磁通密度1.0T下持续试验时间为90min， 如果故障点不能明显暴精露品文出档来，试验磁通密度可增 28
实例2. 定子铁心故障的红外诊断
（1）定子铁心故障的红外检测方法
水轮发电机：
定子铁心轴向较短，直径很大，
可把红外热像仪置于铁心中央，沿铁心内圆的圆周方向扫描，并 记录扫描热像。
把这些热像连接起来，相当于定子铁心内圆展开
阻彼此不等，其中焊接不良的接头必然接触电阻大、发热量多和 温升也高。 因此，定子线棒焊接质量的红外诊断，实质上就是在向定子某一 支路（或一相）绕组通入相同电流的条件下，用红外热像仪测量 和比较各接头温度（或温升）来进行判别的。
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实例1. 发电机定子线棒接头故障红个诊断
图10-4-3 实测一台50MW水轮发电机定子线棒接头温 度分布直方图
由于交流耐压试验中绝缘系统的应力分布与运
行中相同，因此更易于找到在系统有相对地故
障时、非故障相过电压可能导致的定子故障。
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6. 大型电机定子绕组绝缘诊断性试验
（3）直流耐压及泄漏电流试验 交流耐压试验中绝缘系统的应力分布取
决于电容， 直流耐压时电压的分布取决于绝缘系统
各部分的绝缘电阻，绝缘电阻小的部位 承受电压也低。
从施加励磁时开始测试，每隔30min测量一次，直至温升接近稳 定时为止。
汽轮发电机
定子铁心轴向较大、直径较小，热像仪置于铁心两端，对着铁心 内圆扫描，记录整个铁心内圆的热像。
把这些热像拼接起来呈扇形状。
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实例2. 定子铁心故障的红外诊断
图10-4-5 良好定子铁心热像图 图10-4-6有三处缺陷的定子铁心热像图
在运行状态下，发电机定子铁心封闭在机壳内， 无法进行在线监测；
只能在静态下抽出转子，外施电源励磁，使定 子铁心磁通密度接近额定值，借助铁损产生的 温升进行铁心故障的红外检测。
具体方法：
通入的励磁电流应可使铁心产生约1.0T的磁通密度；
测量铁心在圆周方向的磁通密度分布并作出曲线，
利用原有铁心和线棒温度测点监视和控制铁心温度 不得超过允许值(105℃)。
红外检测技术捕捉到这些红外辐射的信息，通 过检测结果总结分析，可以发现:
不同部位有不同的温度界限，
同一部位在不同故障情况下有不同的温度等级。
确诊出设备的故障性质、部位和程度，进而预
测故障发展趋势和设备的寿命。
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红外诊断技术的构成
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2. 红外热像仪的测温方法
1．模拟量测温方法
较早期的红外热像仪，利用热像仪输出的视频模拟信 号测量物体的温度，实质上就是测量物体视频信号的 幅度。
2．智能化测温方法
运用微处理机,摆脱模拟量的非线性校正和叠加的繁琐 过程。
通过多路模拟开关和A/D转换器分别获得被测物体图像 信号电压与参考黑体温度电压的数值;
然后根据各自的函数关系进行计算；
红外热像仪能够将探测到的热量精确量 化，不仅能够观察热图像，还能够对发 热的故障区域进行准确识别和严格分析。
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图10-2-8 红外热像仪基本原理框图
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第七章 电机红外诊断
二、红外诊断技术
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1.红外诊断技术的构成
一台运转中的设备，当其零部件产生故障时， 设备的整体或局部的热平衡会受到破坏或影响， 设备内部的热必然逐步到达其外部表面，导致 外表温度场分布的变化。
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3. 我国关于交流电动机绝缘电阻的测量要
求
2）1000V及以上的电动机应测量吸收比。 吸收比不应低于1.2，中性点可拆开的应 分相测量。
注： ①进行交流耐压试验时，绕组的绝缘应满
足本条第一、二款的要求。 ②交流耐压试验合格的电动机，当其绝缘
电阻值在接近运行温度、环氧粉云母绝 缘的电动机则在常温下不低于其额定电 压每千伏1MΩ时，精可品文档以投入运行。但在 43
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实例1. 发电机定子线棒接头故障红个 诊断
（2）判据
属于以下情况之一的线棒接头应该判为焊接 质量不合格（或已出现焊接故障）
1）热像不连续且温升超过平均温升10℃者； 或温升超过平均温升10℃，且在温度分布直方 图中远离温度连续分布区的接头。
2）当已知接头绝缘层内外表面温度降时，在 额定电流下，线棒接头表面温度推算到接头内 的温度值超过110℃者。
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6. 大型电机定子绕组绝缘诊断性试验
（4）介损增量试验
介损试验：是用于确定高压定子线圈中是否发 生局部放电的间接方法，
由于局部放电大小可反映发电机绝缘系统劣化 的程度，所以从介损增量试验中可以看出绝缘 中是否存在比较普遍的缺陷。
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实例3.. 某发电机定子铁心热像图
a)励磁机侧左侧 b)汽轮机侧左侧
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其它
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第二章 电机绝缘诊 断
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一、电机绝缘老化
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一、电机绝缘老化
电机在长期运行后绝缘性能渐趋 劣化，
绝缘结构的老化是各种劣化的综 合表征。
造成电机绝缘结构老化的因素很 多：
目前对新机和在役机组普遍采用的诊断性试验主要包 括：
绝缘电阻及极化指数、
直流耐压及泄漏电流试验、
交流耐压试验、
介损增量试验、
局部放电测量;
另外还有手包绝缘表面对地电位试验、槽放电试验、紫外光
检测电晕试验等。
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6. 大型电机定子绕组绝缘诊断性试验
(1) 绝缘电阻及极化指数
影响绝缘电阻值的主要因素包括：表面 杂质(油污、绝缘表面受潮的粉尘、防晕 层等)、湿度、温度、试验电压幅值、剩 余电荷。
(5) 不接触被测物体，不破坏其温度场。
(6)测距可远可近。
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3. 红外测温与接触测温性能比较
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4.红外热像仪
红外热像仪（热成像仪或红外热成像 仪）：是通过非接触探测红外能量（热 量），并将其转换为电信号，进而在显 示器上生成热图像和温度值，并可以对 温度值进行计算的一种检测设备。
电机 状态监测与故障诊断
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电机的故障特点与诊断内容
故障识别必须对诊断对象的各种性能、结构、各种参数 非常熟悉。
电机包含有以下几个独立相互关联的工作系统：电路系 统、磁路系统、绝缘系统、机械系统和通风散热系统。 电机组成部分：定子、转子、轴承装置、底板及一些附 属结构（如风扇、换向器等）。
一个故障在电机上常常表现出多种的故障征兆。也有几 个故障起因反映同一个故障征兆
最常见的检测方法是定子电流监测（监测效果较困难），常 采用振动和绝缘材料热解监测方法。
7、转子绕组故障（发电机）
主要是匝间短路故障。匝间短路可能由于发电机在低速启动 或停车时，槽中导体表面的污物引起了电弧，或者是巨大的 离心力和高温影响了绕组和绕组绝缘。
匝间短路故障可引起局部过热甚至导致转子接地。
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1. 电机绝缘劣化因素
表11-2-1 电机绝缘劣化因素及产生的劣化征象
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2. 高压交流电机绝缘劣化过程 图
11-
2-2
高
压
交
流
电
机
绝
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缘
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二、 电机绝缘的特征量
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1. 绝缘的特征量
1．局部放电量、放电位置
设备内部绝缘(油、纸)若存在杂质、气泡，它 会导致其内部放电，日长月久就可能导致放 电部位扩大，最后击穿。因此及早的监测其 放电量和放电位置，并及时维修处理，可避 免大事故发生。t g 但开始发生放电时，其放电 量很小，难t g 以测量及定位。
比模拟量方法精确
3．软件化测温方法
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配置有完整的图像处理系统，它包括相应的硬件和软
三、电机红外诊断实例
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1.电机故障的产生、特征与发展（以发电机为例）
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实例1. 发电机定子线棒接头故 障红外诊断
（1）基本原理 绕组有电阻，通电发热 当发电机容量确定后，线棒固有电阻即为定值。 大型发电机，每相绕组线棒接头可达上千个，如果各接头接触电
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第一章 电机红外诊 断
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第一章 电机红外诊断
一、红外诊断基础
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ห้องสมุดไป่ตู้11
1.红外线位置
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2. 红外测温具有下列特点
(1)测温范围广；-170℃～+3200℃。 (2)测温精度高：可分辨0.01K或更小。
(3) 反应速度快：可在几毫秒内测出物 体的温度。
(4)可测小目标：最小可测出直径为 7.5um的目标温度。
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通用的监测方法是采用气隙磁密监测，通过探测气隙磁密， 可以确定匝间短路的数量和位置；监测轴承振动是否加强。
8、转子本体故障（各类电机）
主要由巨大的转子离心力、大的负序暂态电流和转子不同 心引起
征兆：轴承处过量的振动
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对不同故障进行相对应特征量的监测 1、放电监测 2、温度监测 3、热解产生的微粒监测 4、振动监测 5、气隙磁密监测
3. 我国关于交流电动机绝缘电阻的测量要
求
（2）测量电动机轴承的绝缘电阻，当有油 管路连接时，应在油管安装后，采用 1000V兆欧表测量，绝缘电阻值不应低于 0.5MΩ。
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4. 绝缘诊断的程序
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6. 大型电机定子绕组绝缘诊断性试验纵览
测量绝缘系统整体性的直接方法是直流、交流和(或)冲 击耐压的击穿强度试验.
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（3） 图10-4-4 发电机定子线棒接头焊接故障 热像图
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实例2. 定子铁心故障的红外诊断
发电机定子铁心故障主要是铁心局部短 路，
这些短路点多数出现在定子齿部表面， 也有些在槽部，但很少发生在铁心内部 和轭背。
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实例2. 定子铁心故障的红外诊断
（1）定子铁心故障的红外检测方法