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电机状态监测与管理系统ElectricalMotorMonitoringSystem 电机监测的多种途径MCA电机静态监测ESA电机在线监测电机监测与管理系统 根据EPRI的报告 电机故障的53 源于机械原因 如轴承故障 不平衡 松动等 47 源于电气原因 这其中 10 源于转子 如铸件缺陷导致的不平衡气隙 断条等 37 源于定子绕组 电机故障源于何处 引起故障的外在因素 全美电机系统消耗了19 的总能源 57 的电力能源 在制造业 电机消耗了70 以上的电能 在过程工业 电机消耗的电能占全厂90 以上 每年度成本核算中 附加消耗分布为停产损失93 6 附加能量消耗3 1 电机寿命降低1 2 常规消耗2 1 EPRI的报告 电机监测与管理系统的建立 标准之争 国家标准国际标准ISO2372振动总量ISO10816绝缘诊断 国标 IEEE43 2000电阻IEEE388 389 电机静态诊断StaticElectricTest 电机静态诊断方法的误区 认为三相平衡是电阻值的平衡是错误的 运行中三相电流的平衡与否要看三相阻抗是否平衡 匝间短路的发展与阻值的降低不成正比 摇表就可解决问题 错误 电桥可以检测到匝间短路 错误 对地绝缘问题仅占电机系统故障中5 以下 使用匝间耐压试验仪 破坏性试验 波形复杂 难以分析 有些匝间短路的情况在波形上无反映 设备笨重 静态电机电路分析技术MotorCircuitAnalysis 交流电机等效电路分析 电阻R电感L电容C感抗XL 2 fL容抗XC 1 2 fC阻抗Z2 R2 XL XC 2相角Fi 定子绕组故障 匝间 线间 层间 相间短路 绝缘缺陷 磁通集中至缺陷点 三相不平衡的原因 转子故障 铸件缺陷 气隙不均衡 偏心 断条断环 发生绕组短路 导致阻抗 相角不平衡 T1 T2 30 20 T1 T3 32 30 T2 T3 33 46 产生三相电流不均衡 IAB 650 4 120 V 30 20 21 7 100 AABIAC 650 4 0 V 32 30 20 3 30 AACIBC 650 4 240 V 33 46 19 7 194 ABC 对绕组施加两次电压 考察频率加倍后 电流的变化量 纯电感电路 I F 50 即电流减少一半纯电阻电路 I F 0 即电流不变 绕组短路的监测方法 I F测试 I F值标志着绕组短路过程中 电感的失效程度 交流电机的静态监测 静态监测范例 以上标准认为 阻抗测试较直阻R的测试更精确 I F用于评估故障源于定子还是转子 且能够诊断早期匝间短路等故障 如今这一标准已成为美能源部推荐的电机质量评判依据 电机静态监测的IEEE标准 以下评判标准是基于美国能源部及IEEE15年的考核 静态监测 快速故障诊断 绕组短路相角Fi与I F接头松动电阻R绕组污染或过热电感L与阻抗Z转子状态与细化分析电感或阻抗波形 相角与I F的对应关系 Fi与I F 2 同相 同绕组的匝间短路Fi 1 I F平衡 同相绕组中线圈间短路 层间短路 Fi平衡 I F 2 相间短路此结论与电机大小无关电阻 5 静态监测 快速区分短路类型 匝间 线间 相间 IEEEPenrose定理 电感与阻抗转子故障 L与Z 平行 同时大同时小 定子线圈污染或过热 L与Z不 平行 静态监测 快速区分定子 转子故障 IEEEPenrose定理 静态监测 转子电磁特性评估 畸变发生在侧边 上升或下降段 导致少量二倍频振动 畸变发生在波峰或波谷时 出现扁平带 降低电机输出转矩 铸造缺陷 铸造缺陷与断条 断条 电阻 阻抗 电感都维持平衡 但I F与Fi角有一定偏差 这种情况一般发生在具有大阻值绕组的小功率电机中的单匝短路 MCA实例 匝间短路 MCA实例 300KW电机多次轴承失效 300KW 3600RPM连续多次发生轴承失效 负载电流分析发现非标准信号 转子电磁特性测试结果说明存在铸造缺陷 同时存在偏心 最大的可能是轴套定位偏差 MCA实例 转子断条 振动分析没有发现根源 R Fi I F均无大的偏差 而Z L偏差很大 转子测试发现断条 MCA监测结果分析 直流电机监测与实例 串励SeriesMotor 高启动转矩 Upto500 宽调速范围 串电阻调速控制 并励ShuntMotor 250 启动转矩5 10 Speedregulation电压调速与弱磁调速 复励CompoundMotor 高启动转矩 upto450 调速范围25to30 无调速或励磁调速125 直流电机测试步骤 非解体测试 绝缘测试励磁回路测试一次 与早期数据或新电机数据比较电枢回路测试两次 两次测试结果比较 与早期数据或新电机数据比较 解体测试 转子盘车测试保留一对电刷 托开其它所有电刷 将转子按圆周以一定数量等分 如对于一台500KW电机按15等分 分别测试多组角度下的结果 存储数据发生变化的结果 一旦Z L I F与 角有少量的变化 都应视为故障的发生 直流电机测试步骤 解体测试 转子换相器测试 故障定位 使用直流电机专用夹具 将转子按圆周以一定数量等分 分别测试阻抗Z 一旦Z有少量的变化 都应视为故障的发生 直流电机测试步骤 例 410KW直流机车牵引电机 电枢污染 新电机 大面积短路 例 530KW直流机车牵引电机 新电机 绝缘故障 新电机 绕组间短路 1 例 无刷直流电机 变压器监测与实例 电阻R 5 0 250 7 5 0 250 阻抗Z 5 电感L 5 相角Fi 1度I F 2与原始数据的偏差应格外注意 IEEE变压器测试标准 变压器测试示例 源边 2500kVA 8 9使用时间 噪音很大 例 150KVA干式变压器 例十二 绝缘降低的变压器 电机电气信号分析技术ElectricalSignalAnalysis ESA的能力 ESA的两种途径 频域分析 时域分析 ESA频域分析 轴承故障频率扇叶通过频率齿轮啮合频率皮带通过频率皮带拍频 电源故障 转频定子槽频转子条频 电机电气故障 电机机械故障 高次谐波 从时域波形转换成频谱图 TimerecordSinewavesFFT FastFourierTransferVibrationspectrumamplitude frequencyscale 振动频谱示例 ESA快速分析法则 供电频率 线频LF 的转差频边频 PPF 揭示转子状态 机械故障 峰值出现在电流谱而非电压谱电气故障 峰值同时出现在电流谱和电压谱轴承故障线频的非整数倍转频的非整数倍峰值仅出现在电流谱 电机故障特征频率 转子状态等级评估标准 铸造缺陷或软齿 转子裂条 静态偏心 动态偏心 机械不平衡 潜水泵电机转子磨碰 直流电机CSR故障或触发电路断路 同步电机转子励磁绕组故障 变频装置故障 ESA时域分析 时域分析 电流 I 时域分析 电压 V 时域分析 谐波监测 时域分析 供电偏差 V 1 在控制柜 可在PT CT上 卡接三相电压夹头与三相电流钳 2 仪器简单按键进行数据存储 3 上载到计算机 4 输入电机铭牌数据 5 自动分析结论 并打印报告 ESA现场测试 智能分析软件 MCAvsESA功能对比 X Yes L Latestagefaults Limiteddetection No 以下为电机状态监测的时间间隔 以月为单位 预知维修与监测进程 建立完善的电机监测管理系统 大型工业企业设备管理部门分厂设备监控人员点检站电机制造厂 修理厂备件库 AT31 AT4 ATPOL EMCAT 电机监测管理系统 离线监测精密诊断在线监测综合分析管理 全厂电机的综合信息管理 趋势分析 转子精密评估 电源品质分析电机系统机械故障诊断电机本体电气故障分析诊断 质量控制 QC 质量控制 QC 案例一 故障的船上发动机 运行时温度超标 停机冷却后 实施MCA与ESA测试 MCA测试 在开关柜测试 MCA测试 在电机接线端子测试 数据变化 Z与L 不平行 状态说明定子本身存在问题 MCA测试 阻抗与电感的对应关系 ESA测试 在开关柜测试 启动 0 50 负载 ESA测试 运行10分钟 50 负载 运行20分钟 50 负载 ESA测试 运行30分钟 50 负载 MCA测试 运转40分钟之后停机 绝缘进一步降低 测试结论 发现问题定子匝间短路绝缘失效 绝缘漆 转子磁场问题 机械偏心 电缆绝缘不良测试过程20分钟MCA测试 包括现场安全保护50分钟用于启停车10分钟快速MCA测试10分钟用于开盖 接线等工作建议 维修或更换 若必须运行 则应降低负荷 监控运行 维修 维修后 测试结果正常 启动 0分钟 与运行30分钟对比 维修前后 0 分钟对比 维修前后对比 维修前后的30分钟运行对比 维修后的MCA测试 可以接受 案例二