电力设备故障诊断-ch-2课件

1、第二章 故障模式与故障机理2022/10/71河海大学第二章 故障模式与故障机理2022/10/31河海大学第二章 故障模式与故障机理 第一节 概 述2022/10/72河海大学第二章 故障模式与故障机理 2-1 概述 一、故障与失效 故障 对象在使用过程中，因某种原因不能完成规定的功能（丧失或降低）的状态。失效失效事件时刻特征多指不能修复故障的原因故障状态时间区间特征多指可以修复失效的结果2022/10/73河海大学2-1 概述 一、故障与失效失效事件时刻特征多指2-1 概述 二、设备的可靠性设备或系统在规定时间内和规定条件下，无故障地完成规定功能的能力。发供电设备的可靠性指标：平均利用小时

2、等效可用系数EAF，等效强迫停运串EFOR，平均无故障时间MTBF，(发电机组)平均可用系数，非计划停运率(输变电设备)。2022/10/74河海大学2-1 概述 二、设备的可靠性2022/10/32-1 概述 三、故障模式 (一)定义 故障模式或故障型态(Mode): 以不同表现的型态来描述故障现象的一种表征（相当于医疗方面的疾病症状）。 (二)电力设备常见故障模式电力设备故障模式的概率分布：如表22。电力设备常见的故障模式如：异常振动、疲劳、腐蚀、绝缘劣化等。异常振动故障模式在转动机械中所占比例达到72237近乎30。 2022/10/75河海大学2-1 概述 三、故障模式2022/10/

3、35河2-1 概述 2022/10/76河海大学2-1 概述 2022/10/36河海大学2-1 概述四、故障机理指诱发对象发生故障的物理与化学过程以及电学与机械学过程。即形成故障源的原因。 故障机理包括三个主要因素： (1) 对象状态(内因)：对象的本身，其内部状态与结构对故障的抑制和诱发作用。 （如设备的功能、特性、强度内部应力、内部缺陷、设计方法、安全系数和使用条件等。） 2022/10/77河海大学2-1 概述四、故障机理2022/10/37河海大学2-1 概述 (2)外因：指能引起对象发生故障的外部破坏因素动作应力(体重、电流、电压、辐射能等)，环境应力(温度、湿度、压力、放射线、日

4、照等)人为的失误(误操作、误装配、调整不当等)时间因素(环境等的时间变化、负荷周期、时间的劣化)等故障诱因。 (3)结果：指输出的异常状态，故障模式等。2022/10/78河海大学2-1 概述 (2)外因：指能引起对象发生故障的图2-2 故障机理与故障模式的关系五、故障分析方法故障模式、影响分析故障模式、影响、危害度分析故障树分析事件树分析共因故障分析 2022/10/79河海大学图2-2 故障机理与故障模式的关系五、故障分析方法2022第二章 故障模式与故障机理第二节 异常振动2022/10/710河海大学第二章 故障模式与故障机理第二节 异常振动2022/12-2 异常振动一、异常振动的分

5、类 电力设备，特别是旋转机械的异常振动在故障中占有相当大的比例、按不同的分类方法异常振动可分为： (一) 按振动原因分 (1)转子不平衡； (2)转轴不对中； (3)转子摩擦； (4)轴承缺陷； (5)油膜振荡及涡动； (6)电气、空气动力或水力动力。 2022/10/711河海大学2-2 异常振动一、异常振动的分类2022/10/32-2 异常振动(二)按振动频率分 (1)倍频振动； (2)分频振动。 (三)按振动发生部位分 (1)转轴，包括各类机器转子的轴颈，轴端及叶片等； (2)轴承，包括油膜滑动轴承，滚动轴承等； (3)壳体包括轴承座，机壳等； (4)基础，指机座，钢筋混凝土基础； (

6、5)其他，包括阀门，阀杆及各种管道等结构。 2022/10/712河海大学2-2 异常振动(二)按振动频率分2022/10/32-2 异常振动（四）按振动方位分 (1) 径向振动，指沿转轴某截面直径方向的振动，包括水平振动和垂直振动；(2)轴向振动，指沿转轴轴线方向的振动；(3)扭转振动，指沿转轴旋转方向的振动。2022/10/713河海大学2-2 异常振动（四）按振动方位分 2022/10/2-2 异常振动二、各种异常振动机理和主要特征 (一) 转子不平衡振动 1转子不平衡原因转子的材质不均匀；制造、安装过程中产生的误差；由于设计、结构等方面的原因使得制造出来的转子，几何中心线都或多或少地偏

7、离其旋转轴线。2022/10/714河海大学2-2 异常振动二、各种异常振动机理和主要特征2022-2 异常振动2刚性转子不平衡的主要特征 (1) 振动频率与机械转速一致； (2) 振幅与转速的平方成正比。3柔性转子不平衡的主要特征 主要特征与刚性转子相似，其主要差别是振幅的变化并不与转速的平方成正比. 2022/10/715河海大学2-2 异常振动2刚性转子不平衡的主要特征20222-2 异常振动 (二) 转轴不对中引起振动 高度不对中其标志是中心偏移了y值角度不对中其标志是两轴线形成夹角。（也有两种形式兼有的情况） 2022/10/716河海大学2-2 异常振动 (二) 转轴不对中引起振动

8、2-2 异常振动（三）转子磨擦 转子材料内摩擦引起振动 叶轮与轴的紧配合造成不稳定振动 转子动静接触时摩擦引起振动2022/10/717河海大学2-2 异常振动（三）转子磨擦2022/10/3172-2 异常振动（四）轴承缺损 为脉冲振动（比较：不平衡引起正弦振动）（五）油膜振动2022/10/718河海大学2-2 异常振动（四）轴承缺损2022/10/3182-2 异常振动（六）电磁力引异常振动1. 原因分类定子异常产生的电磁振动（三相电压不平衡、缺相、绕组不对称）气隙不均产生的电磁振动（偏心）静态偏心：加工装配不良引起定转子中心轴线不重合；产生单边磁拉力，振动。动态偏心：因转轴挠曲或转子铁

9、心不圆转子导体异常产生的电磁振动（断条等）2022/10/719河海大学2-2 异常振动（六）电磁力引异常振动2022/102-2 异常振动2. 特征（1）定子异常产生的电磁振动1)电磁振动频率为电源频率的2倍。2)切断电源、电磁振动立即消失。3)振动可以在定子机座和轴承上测得。4)振动与机座刚度和电机负载有关。2022/10/720河海大学2-2 异常振动2. 特征2022/10/320河海2-2 异常振动 (2) 气隙不均匀引起的电磁振动。 静态气隙偏心电磁振动特征：1) 电磁振动频率为电源频率的2倍。2) 振动随偏心值的增大而增加，与电机负荷的关系亦如此。3) 气隙偏心产生的电磁振动与定

10、子异常产生的电磁振动较难区别。 2022/10/721河海大学2-2 异常振动 (2) 气隙不均匀引起的电磁振动2-2 异常振动动态气隙偏心产生电磁振动的特征是： 转子旋转频率和旋转磁场同步转速频率的电磁振动都可能出现。 电磁振动以1/(2sf0)周期在脉动 (s为异步电机的滑差) 电动机往往发生与脉动节拍相一致的电磁噪声。 2022/10/722河海大学2-2 异常振动动态气隙偏心产生电磁振动的特征是：22-2 异常振动 (3) 转子导体异常引起的电磁振动与转子动态偏心所产生的电磁振动的电磁力和振动波形相似，现象相似，较难判别。 电机负载增加时，这种振动随之增加。 在频谱图中，基频两边出现2

11、sf的边频，由此可判断故障的程度。2022/10/723河海大学2-2 异常振动 (3) 转子导体异常引起的电磁振第二章 故障模式与故障机理第三节 绝缘老化 2022/10/724河海大学第二章 故障模式与故障机理第三节 绝缘老化 20222-3 绝缘老化 一、老化 电气设备的绝缘在运行中受到如电场、热、机械应力、环境因素等的作用，内部发生复杂的物理化学变化，导致性能逐步劣化，这种现象称为老化。2022/10/725河海大学2-3 绝缘老化 一、老化2022/10/325河海大学2-3 绝缘老化 一、电老化定义：在电场长期作用下绝缘发生的老化称。电老化机理：带电质点的轰击：局部放电产生带电质点

12、，撞击气隙壁，破坏分子结构；热效应：温度升高，热裂解；活性物生成：局放生成活性物，进一步与绝缘材料发生化学反应；辐射效应：可见光、紫外线；机械力效应：断续爆破性放电及放电产生高压气体，使绝缘开裂。2022/10/726河海大学2-3 绝缘老化 一、电老化2022/10/326河海大2-3 绝缘老化 一、电老化电树枝：固体电老化的形成与发展常呈树技状。树技发展，贯通气隙，引起击穿。2022/10/727河海大学2-3 绝缘老化 一、电老化2022/10/327河海大2-3 绝缘老化 2022/10/728河海大学2-3 绝缘老化 2022/10/328河海大学2-3 绝缘老化 二、热老化定义：在

13、热长期任用下发生的老化称为 机理：在热的作用下绝缘发生热降解。通常热老化是指氧化老化，即在热和氧的协同作用下发生的老化。热老化与温度的关系：一般温度上升10（812）度，寿命降低一半。 2022/10/729河海大学2-3 绝缘老化 二、热老化2022/10/329河海大2-3 绝缘老化 四、机械老化 固体绝缘受机械应力的作用，材料中的微观缺陷发生规则运动，形成微裂缝并逐渐扩大的过程（当微裂缝尺寸达到某临界值，材料发生破坏）。2022/10/730河海大学2-3 绝缘老化 四、机械老化2022/10/330河海2-3 绝缘老化 五、环境老化 绝缘表面：环境引起裂化的因素是水份、污染、氧气和辐射

14、。这些因素作用下，表面发生腐蚀。 材料内部：绝缘受潮后，绝缘电阻下降、介质损耗增加，引起热击穿。2022/10/731河海大学2-3 绝缘老化 五、环境老化2022/10/331河海第二章 故障模式与故障机理第四节 其它主要故障模式2022/10/732河海大学第二章 故障模式与故障机理第四节 其它主要故障模式2022-4 其它主要故障模式一、疲劳 疲劳故障模式分为高频疲劳、低频疲劳、高温疲劳、热疲劳和热机械疲劳、腐蚀疲劳等。 高频疲劳是工程中最常见的疲劳故障，其特点是突发性、高度局部性及对缺陷的敏感性，如汽机叶片等损伤。 2022/10/733河海大学2-4 其它主要故障模式一、疲劳2022

15、/10/3332-4 其它主要故障模式二、腐蚀 按机理分化学腐蚀与电化学腐蚀。化学腐蚀：金属与介质界面之间发生化学反应引起的损坏。 特点：腐蚀产物在金属表面形成膜（可减缓腐蚀速度）电化学腐蚀：金属表面与电解质发生电化学反应，阳极发生溶解的腐蚀现象。 特点：腐蚀产物在电解液中形成，对阳极不起保护作用。2022/10/734河海大学2-4 其它主要故障模式二、腐蚀2022/10/3342-4 其它主要故障模式三、蠕变 金属在高于一定温度下受到恒应力作用，即使应力小于屈服强度，也会随时间增长缓慢地产生塑性变形，这种现象称。2022/10/735河海大学2-4 其它主要故障模式三、蠕变2022/10/3352-4 其它主要故障模式四、磨损 磨损是设备故障的最常形式。全世界总能耗的1/31/2消耗于磨损擦。 一般机器中，78%85%的零部件