電氣設備故障診斷各類故障的特征量(非電量)

電氣設設備故故障診診斷第四講講：各各類故故障的的特征征量（2.非電電量））序：非電量量在電電氣設設備診診斷中中的應應用設備運運行狀狀態(tài)量量中的的非電電量包包括機機械量量信號號及各各種化化學信信號等等。機械量量信號號有：：①與與生產產功能能無直直接關關系的的信號號，如如振動動、聲聲音、、軸承承溫度度等；；②與與生產產功能能有直直接關關系的的信號號，如如汽輪輪機的的汽壓壓、汽汽穩(wěn)、、轉速速等。。化學信信號視視具體體的設設備和和故障障機理理有許許多種種，如如絕緣緣油含含烴量量、潤潤滑油油酸階階等。。非電量量的監(jiān)監(jiān)測在在電氣氣設備備故障障診斷斷中有有著重重要的的應用用，并并產生生了許許多新新興的的測量量技術術、儀儀器儀儀表技技術、、信號號處理理與分分析技技術非電量量監(jiān)測測裝置置的研研制和和開發(fā)發(fā)是故故障診診斷學學的重重要內內容。。表征電電氣設設備故故障常常用的的非電電特征征量：：振動與與聲響響溫度與與溫升升壓力、、位置置及變變化絕緣分分解物物、水水含量量、機機械雜雜質等等一、振動與與聲響響發(fā)電機機的振振動振動狀狀態(tài)是衡量量發(fā)電電機能能否持持續(xù)可可靠運運行的的重要要指標標。對運行行中的的發(fā)電電機組組而言言，明明顯超超過允允許幅幅值的的振動動，將將會導導致轉轉子滑滑環(huán)和和電刷刷磨損損加劇劇以及及產生生環(huán)火火；使使機組組連軸軸器不不能正正常工工作；；嚴重重時將將會導導致機機組密密封系系統(tǒng)的的破壞壞，連連接部部件松松動和和應力力增大大；并并危及及基礎礎部分分。振動加加劇往往往是是機組組發(fā)生生事故故的前前兆。發(fā)電機機的振振動一一般分分為機機械振振動和和電磁磁振動動兩種種。僅就電電磁振振動就就有以以下的的原因因：①轉子子繞組組匝間間短路路；②定、、轉子子間氣氣隙不不均勻勻；③定子子鐵心心組裝裝接合合處松松弛；；④轉子子中心心位置置偏移移；⑤不對對稱負負荷以以及機機組在在轉子子臨界界轉速速下的的共振振、軸軸系扭扭振、、油膜膜振蕩蕩和油油膜渦渦動、、電磁磁諧振振等。。加強對對不同同振動動異常常的識識別才才能診診斷出出引發(fā)發(fā)此故故障的的真正正原因因。對發(fā)電電機振振動進進行評評價分分軸承承振動動和軸軸振動動兩種種形式式，衡衡量指指標是是振動動的相對位位移和絕對位位移值值。由于汽汽輪發(fā)發(fā)電機機的軸軸比軸軸承等等其它它部位位具有有更大大的振振動位位移量量，因因此，，對軸軸振動動的測測量更更能準準確地地評價價和分分析機機組的的振動動情況況。一、振動與與聲響響發(fā)電機機的振振動發(fā)電機機組的的扭振振在軸旋旋轉方方向上上產生生的振振動稱稱為扭扭轉振振動，，簡稱稱扭振振。在由多多個旋旋轉組組件組組成的的軸系系中，，如果果傳遞遞扭矩矩不恒恒定，，存在在交變力力矩，能引引起扭扭振；；軸上上扭矩矩的突突然增增加或或釋放放，也也產生生軸系系扭振振。大型汽汽輪發(fā)發(fā)電機機具有有細長長的、、分布布質量量———慣性性矩軸軸系，，在正正常工工況下下，軸軸系傳傳遞轉轉矩和和轉速速都是是十分分穩(wěn)定定的。。當電網網故障障，突突然短短路或或油開開關突突然跳跳閘時時，軸軸系中中出現現很高高的交交變應應力和和扭轉轉變形形，而而產生生扭振振。這這種隨隨機扭扭振，，對汽汽輪機機和發(fā)發(fā)電機機具有有很大大的危危險性性。負序電電流，，產生生的旋旋轉磁磁場方方向與與正序序的相相反，，產生生2f1的交變變扭矩矩，作作用于于機組組軸系系引起起扭振振。因因為2f1>f1又稱超超同步步、強強迫扭扭振。。電力系系統(tǒng)次次同步步振蕩蕩的影影響。。如采采用串串聯補補償電電容器器時，，同步步發(fā)電電機參參數與與電力力系統(tǒng)統(tǒng)參數數之間間發(fā)生生電感感電容容振蕩蕩，將將產生生自激激磁現現象，，引起起扭振振。振動與與故障障的關關系對于旋旋轉機機械，，振動動量是是重要要的運運行狀狀態(tài)特特征，，一切切正常常的旋旋轉機機械都都會或或多或或少地地發(fā)生生它自自己特特有規(guī)規(guī)律的的振動動（正正如人人體的的脈搏搏）。。異常振振動是是機械械內部部缺陷陷的表表征。當設備備內部部出現現故障障、零零部件件產生生缺陷陷、裝裝配和和安裝裝情況況發(fā)生生變化化時，，其振動動的振振幅值值、振振動型型式及及頻譜譜成分分均會會發(fā)生生變化化，不同同的缺缺陷和和故障障，其其引起起的振振動方方式也也不同同。設備缺缺陷帶帶來異異常振振動，，通過過對振振動的的測量量分析析，可可以揭揭露設設備內內部隱隱形缺缺陷的的存在在和發(fā)發(fā)展情情況，，有利利于及及時檢檢修防防止缺缺陷蔓蔓延與與發(fā)展展。對異常常振動動不及及時治治理，，也會會促使使設備備連結結部件件松動動、材材質疲疲勞而而導致致設備備的損損壞。。振動與與故障障的關關系振動所所表示示的設設備缺缺陷很很多，，旋轉轉機械械的大大部分分故障障都可可以從從振動動中表表現出出來。。例如，，靜或或動不不平衡衡；軸軸系不不對中中；轉轉子軸軸承損損壞；；部件件聯結結部分分松動動；軸軸承潤潤滑不不良；；動靜靜部件件間發(fā)發(fā)生摩摩擦、、碰撞撞；氣氣穴；；固體體沖擊擊等等等。振動的的基本本參數數：：周期振振動（（簡諧諧運動動）———位位移，，速度度，加加速度度、相相位角角、頻頻率和和振動動力其它如如準正正弦振振動（（增長長或衰衰竭）），沖沖擊振振動，，不規(guī)規(guī)則的的隨機機振動動振動量量不是是一個個恒定定值，，而是是按周周期反反復出出現的的波動動信號號，或或是由由相同同頻率率、不不同振振幅的的信號號以及及不同同頻率率的信信號相相互疊疊加的的復雜雜波形形。每個振振動均均能用用振動動位移移峰峰峰值（（從振動波波的最最高點點——波波峰到到最低點點——波波谷之之間的的直線線距離離）、、平均均值、、有效效值等等多種種形式式表示示。振動與與故障障的關關系低頻時時振振動體體的振振動強強度與與位移成正比比中頻時時振振動強強度與與速度成正比比（電電機振振動的的主要要頻率率范圍圍）高頻時時振振動體體的振振動強強度與與加速度度成正比比如汽輪輪發(fā)電電機，，以及及轉速速在100r/s以下的風機機、水泵等等輔機的滑滑動軸承，，常用振動動位移的峰峰峰值或振振動速度的的有效值（（振動烈度，直接表示示振動動量量，反映的的是設備在在振動下可可能遭受振振裂破壞的的危險程度度，反映設設備振動對對人體和周周圍環(huán)境的的危害）表表達。如對于高頻頻振動或要要求傳感器器必須在100℃以以上工作時時，則采用用振動加速速度有效值值表示。振動與故障障的關系強迫振動受外力的激激勵作用而而產生。特特點是振動頻率同同步于外來來激振力頻頻率（如旋旋轉機械的的轉速）或或等于它的的整數倍；振動的峰峰值出現在在比較窄的的范圍內，，即軸的臨臨界轉速；；加大振動動系統(tǒng)的阻阻尼僅使振振動峰值增增減，不影影響其頻率率；激勵來來源于轉子子不對稱、、不平衡或或外力的影影響。自激振動依靠運動體體本身不斷斷為激勵振振動提供能能量。最大大特點是激振頻率接接近于轉軸軸的一階臨臨界轉速。表現為轉轉軸以軸心心為中心高高速轉動同同時又以低低頻速度作作弓狀回轉轉運動或稱稱甩轉（渦渦動、進動動）。振動頻率基基本在一定定范圍內，，和運動頻頻率及外力力的周期無無關；在某種轉速速（發(fā)振轉轉速）下振振動突然加加??；如果加大振振動阻尼，，發(fā)振轉速速將上升，，但和振動動頻率無關關。振動與故障障的關系軸振動的特特點：位移峰峰值值直接表示示轉子在機機體內的位位置變化，，可以大致致推斷出轉轉子與固定定部件如汽汽封等有無無摩擦的危危險；在低速下可可以測出測測點位置的的軸頸橢圓圓度或轉子子的彎曲值值；可測取軸心心軌跡，對對分析油膜膜振蕩等故故障較有效效。軸承振動的的特點：間接顯示機機組振動位位移情況，，如采用振振動速度傳傳感器或加加速度傳感感器，可以以得到振動動速度的有有效值（振振動烈度）），有利于于對振動量量作出評價價；裝置于軸承承蓋上，利利于檢查、、拆裝和維維護。振動與故障障的關系考核軸振動動的變化當當傳感器器支撐結構構的絕對振振動小于轉轉軸相對振振動的20%時，轉轉軸相對振振動或絕對對振動都可可以作為轉轉軸振動量量參數；否否則，要進進行轉軸絕絕對振動測測量。如轉轉軸絕對振振動值大于于相對振動動值，絕對對振動是測測量參數。。評定轉軸與與非轉動部部件之間的的氣隙轉轉軸相對振振動作為動動靜間隙的的測量參數數。轉子在臨界界轉速下的的共振；不不平衡振動動及轉子缺缺陷引起的的振動；油膜振蕩和和油膜渦動動；摩擦引引起的振動動；軸系扭扭振一、振動與聲響響發(fā)電機的振振動發(fā)電機組的的扭振電力變壓器器的異常聲響變壓器正常常運行時，，由于交流流電通過變變壓器繞組組，在鐵芯芯中產生周周期性的交交變磁通，，引起鐵芯芯片的磁致致伸縮，鐵鐵芯疊片間間的磁應力力以及線圈圈間的電磁磁應力引起起振動，變變壓器發(fā)出出輕微的連連續(xù)的“嗡嗡嗡”聲音音和振動（（屬正常聲聲響），有有其固有頻頻率。發(fā)生故障時時，其頻率率也發(fā)生變變化。如果果研究出異異常、故障障與頻率的的相互關系系，利用該該關系可作作為故障診診斷的手段段。當變壓器內內部或外部部發(fā)生故障障時，電流流波形發(fā)生生變化，除除基本波形形即正弦波波外，將產產生各次諧諧波，導致致雜音。即即屬于不正正?，F象，，必須查明明原因并消消除。根據據異常情況況的不同，，發(fā)生異常常的原因主主要有：①聲音均勻持持續(xù)，但比比平時明顯顯增大。電網發(fā)生單單相接地或或諧振過電電壓、變壓壓器過負荷荷，使變壓壓器電流超超過額定值值，磁通增增加甚至飽飽和，鐵芯芯振動加劇劇，發(fā)出大大而沉重的的“嗡嗡””聲。②聲音比平時時增大，且且有明顯雜雜音。緊固部件如如內部夾件件、鐵芯壓壓緊螺釘松松動，在電電磁應力下下引起硅鋼鋼片共振，，使振動增增強，能損損壞硅鋼片片間絕緣，，引起鐵芯芯局部過熱熱。③聲音中夾雜雜“劈啪””的放電聲聲或不均勻勻的爆裂聲聲。多是由于繞繞組或引出出線對外殼殼閃絡放電電，接地不不良或未接接地的金屬屬部件發(fā)生生靜電放電電，變壓器器內部絕緣緣擊穿，產產生嚴重放放電。此時時應立即停停運并通知知檢查。④聲音中有像像水沸騰的的“咕嘟””聲。變壓器內部部發(fā)生匝間間短路或分分接開關接接觸不良，，造成局部部嚴重過熱熱，使油溫溫急劇升高高沸騰。必須立即退退出運行進進行檢修。。一、振動與聲響響發(fā)電機的振振動發(fā)電機組的的扭振電力變壓器器的異常聲響其它電氣設設備的異常聲響電壓互感器器的聲音異異常電壓互感器器中產生的的有游離放放電、靜電電放電等原原因引起聽聽得見的““噼啪、咝咝”之類聲聲音；因螺螺栓、螺帽帽等的松動動引起的共共振聲，等等。電流互感器器的聲音異異常當電流互感感器開路時時，會發(fā)出出比正常時時大得多的的“嗡嗡””聲。絕緣子的電電暈放電聲聲端子金具上上突出部分分的電暈放放電，被污污染的絕緣緣表面產生生的沿面放放電會發(fā)出出可聽得見見的聲音，，還有其它它如絕緣子子、套管的的龜裂和內內部缺陷等等原因噪聲噪聲是由不不同頻率和和不同強度度的聲波混混合而組成成的。描述述噪聲的主主要參數有有：聲速、、波長、頻頻率、聲壓壓、聲功率率、聲場等等。在實際際測量中，，常采用參參數的相對對值，如聲聲壓級、聲聲強級、聲聲功率級等等。頻譜分分析能揭示示噪聲的規(guī)規(guī)律性，反反映噪聲的的各頻率成成分（量值值、隨時間間的變化規(guī)規(guī)律等）。。電機設備噪噪聲源有：：電磁噪聲聲、空氣動動力噪聲、、機械噪聲聲、軸承噪噪聲、電刷刷噪聲等。。二、溫度溫度及溫升升電機中運行行中內部進進行著能量量交換，同同時內部也也存在著能能量損耗。。各種損耗耗都轉化為為熱能，使使各部分發(fā)發(fā)熱，使它它們的溫度高于周周圍介質的的溫度，即即稱為溫升升。熱能必須通通過冷卻來來加強散發(fā)發(fā)，即必須須進行通風風冷卻。電機設備在在運行中產產生的能量量損耗有：：基本銅耗耗（由于電電阻引起，，在傳遞能能量的電氣氣設備中同同樣發(fā)生））、鐵損（（渦流和磁磁滯損耗））、機械摩摩擦損耗、、勵磁損耗耗以及雜散散損耗。當電氣設備備內部存在在短路性故故障時，就就會在局部部產生溫度度的急劇升升高，形成成所謂的局局部異常溫溫升。三種導熱形式：：傳導、輻射射、對流二、溫度溫度及溫升升鐵心過熱點點交流電機定定子鐵心和和電力變壓壓器的鐵心心是磁路的的重要組成成部分，設設計時一般般采用較高高的工作磁磁密，由于于磁通是交交變的，為為了減少渦渦流和磁滯滯損耗，疊疊成鐵心的的硅鋼片都都是表面涂涂漆而相互互絕緣的，，當漆膜完完好、片間間絕緣良好好時，鐵心心溫度較低低，而且整個鐵心溫溫度分布是是均勻的。當由于各種種原因破壞壞了鐵心絕絕緣而造成成片間局部短路時時，短路的的局部區(qū)域域將產生較較大的渦流流而發(fā)熱，進一步破破壞相鄰部部分的片間間絕緣而使使故障進一一步擴大，，當環(huán)流增增大到一定定程度時，，將使硅鋼鋼片熔化、、局部高溫溫同時將破破壞繞組（（線圈）絕絕緣造成電電事故。早期特征是是鐵心的渦流流和局部區(qū)區(qū)域的溫度度過高?？赏ㄟ^紅外外熱成像準準確測量。。二、溫度溫度及溫升升鐵心過熱點點繞組局部過過熱點絕緣系統(tǒng)是是電機機械械和電氣方方面較薄弱弱環(huán)節(jié)，電電機和變壓壓器的繞組組由于匝間間短路、股股線斷裂造造成內部放放電，因絕絕緣磨損造造成局部漏漏電流增大大，線圈連連接焊接不不良導致局局部過熱是是較常見的的故障。其其先兆是局部部溫升高，，出現絕緣緣分解的異異味等。局部過熱的的測量主要要有：分布布測點溫度度測量（如如熱電偶、、光纖溫度度傳感器））、紅外熱熱成像、絕絕緣分解物物監(jiān)測等手手段。二、溫度溫度及溫升升鐵心過熱點點繞組局部過過熱點變壓器絕緣緣油油溫異異常運行中的變變壓器內部部的鐵損和和銅損轉化化為熱能，，通過油循循環(huán)傳導、、輻射等方方式向外擴擴散，當達達到熱平衡衡狀態(tài)時，，變壓器內內部各部分分溫度趨于于穩(wěn)定。變壓器頂層層油溫計指指示變壓器器上層的油油溫。如果發(fā)現油油溫超過標標準規(guī)定的的運行限度度，或者雖雖未超標但但比同樣情況下下正常溫升升超過10℃℃以上，則則認為變壓壓器上層油油溫異常。。導致變壓器器油溫異常常的原因主主要有：①變壓器內內部故障引引起的發(fā)熱熱劇增，發(fā)發(fā)熱不平衡衡，油循環(huán)環(huán)死角。變壓器繞組組的匝間短短路、線圈圈的放電、、鐵芯及夾夾件的環(huán)流流、內部引引線接頭發(fā)發(fā)熱乃至鐵鐵芯起火等等都引起變變壓器溫度度異常增高高。②冷卻裝置置散熱不正正常。冷卻裝置運運行不正常?；虬l(fā)生故故障，如潛潛油泵停運運、風扇損損壞、散熱熱管道積垢垢不暢、散散熱器冷卻卻效果差等等都引起溫溫度升高。。二、溫度溫度及溫升升鐵心過熱點點繞組局部過過熱點變壓器絕緣緣油油溫異異常電力電容器器過熱電力電容器器在運行中中，由于環(huán)環(huán)境溫度的的升高及過過負荷，使使介質損耗增增加而發(fā)熱熱，從而引起起電力電容容器浸漬劑劑受熱膨脹脹，增加對對外殼的壓壓力。當這種壓力力長期增加加時，會造造成外殼的的塑性變形形，即脹肚現象，嚴重重時造成外外殼破裂。。同時，在在外殼裂縫縫處或焊接接薄弱處，，引出線瓷瓷套管與外外殼連接處處，瓷套的的頂部等處處會出現滲滲漏油。二、溫度溫度及溫升升鐵心過熱點點繞組局部過過熱點變壓器絕緣緣油油溫異異常電力電容器器過熱絕緣端子過過熱絕緣套管的的中心部位位貫穿著通通電流的導導體，此導導體經過套套管頭部的的端子金具具與母線相相連接。當這種端子子連接不良良時，就會會發(fā)生過熱熱使端子變變色，絕緣緣壽命縮短短。采用紅外線測測溫計檢測發(fā)發(fā)熱情況熱成像儀檢測測熱分布情況況。三、壓力、位置及及變化電氣設備在運運行中總有一一些可以觀察察的諸如壓力力、高度、位位置等物理量量，并要求保保持這些量在在一定的范圍圍內才能保證證電氣設備的的可靠運行。。電氣設備的的故障也將會會引起這些物物理量的變化化。絕緣油油位異常

變壓器運行時油溫的變化會使油體積變化，從而引起油位的上下移動。常見的油位異常如下：①假油位。如果變壓器溫度變化正常，而變壓器油標管內的油位變化不正?；蛘卟蛔兓?，則認為是假油位。造成假油位的原因有：油標管堵塞、油枕呼吸器堵塞、防爆管通氣孔堵塞。②油位過低。變壓器絕緣油起著絕緣與冷卻的雙重作用，因而，如果油位過低，增加了油和空氣的接觸，導線部分對地和相互間絕緣會降低，嚴重時使變壓器繞組暴露于空氣中，引起絕緣性能降低甚至燒毀。造成油位過低的原因大體有：嚴重漏油、缺油或變壓器設計缺陷。三、壓力、位置及及變化絕緣油油位異常絕緣子漏油

內部有絕緣油的絕緣套管，會由于瓷套管龜裂、過大的彎曲負載引起瓷套錯位，或因密封材料老化等引起漏油。當漏油嚴重時，將引起套管絕緣的擊穿，甚至導致裝有套管的變壓器、斷路器、電抗器等損失。三、壓力、位置及及變化絕緣油油位異常絕緣子漏油壓力異常

發(fā)電機漏氫

發(fā)電機漏氫是國產100-200MW氫冷汽輪發(fā)電機普遍存在的問題。大量漏氫導致氫壓下降，影響發(fā)電機冷卻，從而限制發(fā)電機的出力。發(fā)電機漏氫的途徑：外漏氫——通過泄漏點漏到機殼外的空氣中；內漏氫——由于平衡閥性能不好，使氫側油大量竄入空側或密封瓦座結合面漏氫，氫氣隨回油而串入汽機主油箱。在發(fā)電機運行中，必須對空側回油中含氫量進行監(jiān)測。在水內冷發(fā)電機中，氫氣漏入封閉導線或漏入空氣冷卻器的冷卻水中，也是內漏氫。三、壓力、位置及及變化絕緣油油位異常絕緣子漏油壓力異常

發(fā)電機漏氫

水內冷發(fā)電機漏水

水冷卻是發(fā)電機的重要冷卻方式，須注意的特征量有：進水的溫度、壓力和流量、出水的溫度、壓力和流量以及溫差如在發(fā)電機內部由于水管破裂而漏水，將導致冷卻參數的變化。同時，漏水將嚴重地影響發(fā)電機內部的絕緣情況，造成重大的絕緣事故。四、分解物組成電氣設備備的各組成部部分（如導體體、鐵心等金金屬構件、絕絕緣層等）在在溫度、電磁磁場、電動力力、化學腐蝕蝕、機械力等等的作用下，，經過正常的的老化或異常常的加速分解解，產生一定定的化學成分分。對分解產生的的成分及產生生速率的連續(xù)續(xù)檢測和分析析能夠發(fā)現存存在于設備中中的非正常因因素——故障隱患。四、分解物絕緣分解物絕緣結構是各各種氣體、液液體、固體絕絕緣材料的復復合系統(tǒng)。對對絕緣的應力力有：熱、電電、環(huán)境和機機械因子。熱老化過程分分為物理老化化過程和化學學老化過程。。物理老化大大致分為：①狹義的熱老老化——單純純和熱作用引引起；②氧化分解熱熱老化；③加水分解的的過程?；瘜W老化指