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1、张浩北京西马力检测仪器公司中国设备管理协会电机状态诊断事业部地点：中原石油勘探局培训中心时间：2011-08-30,提高可靠预警运营的防火墙系统关键电机健康检测系统,目录,第二节：离线技术及案例,第四节：如何建立电机全厂管理机制,第五节：电气检测技术与监测周期,第三节：在线技术突破及案例,第一节：电机监测技术的发展,我们担心什么？,西马力检测仪器公司,你还能被容忍多久？,当前设备总体运行状态不好说？,维修结果评估修完比没修好多少应该好点吧,提前的维修与维护计划：做不出来，做了也不准确,因为关键设备的损坏导致的工艺波动或全线停产：考验领导的容忍,企业普遍存在的问题：资料不全,没有一个协同工作平台
2、，工作协调及工作任务管理难度大,设备台账问题,基础资料及设备寿命周期档案不完善,设备档案问题,设备资源配置不尽合理，设备资产利用率不够理想,资源配置问题,检查控制不到位，异常处理和隐患整改不及时,人机监控问题,故障记录零散且缺乏分析,故障管理问题,企业普遍存在的问题：备品过剩,振动烈度,+4 steps+3 steps+2 steps+1 step Normal,检查，初期维修,计划解体维修,(停机)影响生产,日常维护(lubrication,etc.),报告危险加大,进入危险区,开始劣化,振动量化,维护阶段产生的费用,故障,油 量,对 中,齿 轮 受 损,轴 承 受 损,轴 承 的 润 滑,
3、松 动,失 去 平 衡,电机存在那些监测关注的问题,机械问题,电气问题,转子断条,绕组劣化（短路）,维修质量,入库检查,生产工艺,早期污染,环境问题,根据 EPRI（美国电力科学研究院）统计资料统计，电动机故障分布大致如下：,%,配电系统故障占比,导体负荷能力不足(10%),供电电压不平衡(7%),电压偏差(2%),电压不匹配(6%),功率因数不合格(39%),接头问题(36%),电机检测技术,机械故障轴承轴/轴承座振动测试方法ESA振动红外 超声,电气故障绕组短路绝缘不良污染转子故障气隙测试方法MCA ESA振动绝缘测试耐压、冲击试验欧姆表电流/电压表超声红外,电机故障及检测技术,欧姆表/毫
4、欧表 绝缘电阻计（DA/PI）高压绝缘测试仪 LCR 测试仪 浪涌测试仪 静态电路分析（MCA）,电机点检的演变,附加的温升导致电机寿命的降低,%电机寿命降低,%温度升高,%效率降低,%阻抗不平衡,阻抗不平衡导致的电机效率的降低,功率因数降低,%阻抗不平衡,阻抗不平衡导致功率因数的降低,%温升,%阻抗不平衡,阻抗不平衡导致温度上升,日常维护发现的几种现象,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（兆欧表）就可解决问题误区！,电桥LCR可以检测到匝间短路误区！,对地绝缘问题仅占电机系统故
5、障中 5%以下,使用匝间耐压试验仪（浪涌测试仪）？,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。,交流电机的转子电磁特性静态测试,评估内部磁场的建立、气隙的分布与漏磁；定子三相电感的平衡依赖于转子条或绕组的分布；诊断：断条、不均恒气隙、铸造缺陷、偏心等。,N,S,如何建立企业的电机监测机制,Off-Line Motor Circuit Analysis,On-Line Electrical Signal Analysis,静态电机电路分析技术Motor Circuit Analysis,电阻 R电感 L电容 C感抗 XL=2 f L容抗 XC=1/2 f C阻抗
6、 Z2=R2+(XL-XC)2相角 Fi,MCA技术的核心之一：阻抗测试技术,转子故障：铸件缺陷、气隙不均衡、偏心、断条断环；定子绕组故障：匝间、线间（层间）、相间短路；绝缘缺陷（将 磁通集中点转向至缺陷点）。,阻抗 的平衡测试解决以下问题：,简单的电阻测试不能解决匝间短路、转子问题。交流电机真正的三相平衡是 阻抗与 相角 的平衡。,MCA技术的核心之二：相角测试,对于某相绕组，测试频率加倍前后，看电流的变化：倍频测试值 I/F，即频率加倍的变化率：,MCA技术的核心之三：I/F倍频测试,纯电感电路：I/F-50%即电流减少一半纯电阻电路：I/F-0%即电流不变纯电容电路：I/F 100%即电
7、流增加一倍,绕组问题三相电感与阻抗不是“平行关系”，三相不平衡的原因多源于绕组线圈污染或过热。,交流电机绕组故障的快速评判,交流电机绕组故障的快速评判,交流电机绕组故障的快速评判,案例分析,转子问题三相电感与阻抗保持“平行关系”（同时大同时小）,三相不平衡的原因来自转子；,交流电机转子故障的快速评判,快速评判电机转子质量QC,上海电气电机厂、型号YKS450-6、功率315KW、电压10KV、电流24.4A、转速989rpm、功率因数0.809,案例提供：晨鸣纸业集团-五分厂 清液泵P22008,转子案例：永济厂,转子缺陷,最初:无匝间短路发生，在仪器发出的高频电流下，LR，类似于“纯电感电路
8、”；最后:当匝间短路发展，L几乎完全失效，RL，类似于“纯电阻电路”。匝间短路的发展趋势是使绕组从“纯电感电路”向“纯电阻电路”的迈进，也就是I/F值从-50%向-0%的发展趋势I/F值直接说明了电感的失效程度，它能够作为匝间短路程度的判定依据,以上标准已经 美国能源部 及 IEEE 的20年考核，被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。,电机诊断的国际标准,快速诊断各类故障,定子绕组,定子铁芯,转子,轴承,风扇,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
9、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：Fi 与 I/F+/-2 同相、同绕组的匝间短路Fi+/-1,I/F 平衡 同相绕组中的线圈间短路（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%,精确区分匝间/层间/相间故障,匝间,线间,相间,IEEE PENROSE 定理,案例：天津西门子电机厂实验室,检测电机序号：3000458008/2000,时间：2008年06月19日,三相电感的波动（也就是磁隙的波动）随转子在不同位置而整体波动，明显存磁偏心现象。转子内部磁路不平衡,检测结果：I/F 倍频值，Phase Angles相角偏差为绿色，同
10、时百分比偏差为零，指示电机定子绕组是完好的。电机阻抗和电感测也为绿色，各相阻抗偏差为0.44和各相电感偏差为0.74。,将转子一周看成时钟的12等分，在每个位置分别测试每相的电感量L，利用 Exel 得出以下图形，反映转子的故障类型：铸造缺陷或断条；,精密分析转子电磁特性,转子完好,铸造缺陷导致不平衡气隙,Basic Data Interpretation,3000 hp Alternator,交流电机的转子电磁特性静态测试,断条！,电机绕组监测案例,诊断分析：电阻、阻抗、电感都维持平衡，但I/F与Fi角有一定偏差，这种情况发生在具有大阻值绕组的小功率电机中的单匝短路。,长治钢铁集团水泥厂的破
11、碎机绕组检测现象：电机启动困难，温度明显上升，用万用表、绝缘表测试没有问题。用MCA测试数据如下：,电机系统结构图,On-Line Electrical Signal Analysis,采集的信号经过模数转换，用计算机分析电机电流的信号。各种频率的分布用快速傅立叶变换，可以得到频谱显示，这个频谱上的峰值就对应着机器各部件的旋转速度。,How ESA Operates-ESA运用的方法,如何从频谱区段界定故障来源,专家大师级软件快速分析电机的状态，以分析故障形式。:1、线频调制电流周围存在PPF 边带指示转子条故障。.2、在高频谱图中，同一个频率，机械故障在电流谱中存在峰值，而非电压谱中存在。.
12、3、电气故障在电流和电压谱中均存在。4、轴承故障不能被线频除尽，峰值只在电流谱中存在。,诊断故障包括：1、转子早期断条的预警；2、定子的电气劣化问题；3、电机的动态和静态偏心；4、轴承问题 5、对中及平衡问题 6、变频问题；7、电源问题等等,电压正常与不正常的比较,ESA技术测变频装置与电能质量仪器采集区别,故障基于科学的分析,故障基于科学的分析,唯一数字指示转子状态等级专利技术,ESA技术特点之一：转子超长预警分析,转子断条：超过-35dB的转差频边带,转速：1460rpm转频：24.33Hz,+/2.68Hz,-42dB,电流谱分析转子裂条,2005.1.20 测试 裂度等级测试，裂度等级
13、4级，健康指级，健康指数0.86890.8689，诊断为转子铜条有部分开裂诊断为转子铜条有部分开裂现象，未做处理。,案例 湖北武钢集团电气公司,进口3350kW 风机电机,2006.2.23 测试 裂度等级测试，裂度等级7级，健康指数211.39211.39，诊断为转子铜条开裂或高阻连接情况较严重，尚在运行中。,转子同电机离线检修时，肉眼初步检查结果：转子铜条与短路环连接处断条达24处以上，超过超过25%。,电流谱分析偏心,静态偏心,动态偏心,电流谱分析动态偏心,案例：宁波钢铁转子处于静态偏心,线频两侧出现很规则的谐波峰值，这些由于转子存在问题所致，请看RMS谱图。,案例：宁波钢铁转子处于静态
14、偏心,50Hz出现较高谐波峰值，100Hz也出现峰值，这说明电机转子存在轴弯曲所致，随后让维修部门对转子实施平衡处理，经过处理该电机的震颤消除。,中文报告概要,概述 X电机运行正常,无须处置.电机运行状态欠佳,须做趋势监测.电机运行异常,应即刻维修处理.功率因数描述功率因数在 0.85以上.功率因数在 0.85以下,参阅详细报告.电流描述 X电流波动在正常范围以内.电流波动超过正常限定,参阅详细报告.电压描述电压波动在正常范围以内.电压波动超过正常限定,参阅详细报告.均方根电压值与铭牌额定电压偏差超过 5%.负载描述 X电机负载与铭牌额定值一致.电机负载超出铭牌额定值,参阅详细报告.电机负载低
15、于铭牌额定值25%.线路连接描述连接正常.电压的参照地线非大地.连接松动.转子描述 X转子条健康状态正常.转子条健康状态可疑,参阅详细报告.此时负载不足，不能评判转子条的状态.,定子描述 X定子健康状态正常.定子的电气状态可疑.定子的机械状态可疑.存在匝间短路.定/转子气隙特征描述 X不存在静态和动态偏心.存在静态偏心.存在动态偏心.谐波失真描述 X没有明显的谐波失真.有明显的谐波失真,参阅详细报告.对中描述 X机械方面不存在明显的不对中或不平衡情况.机械方面存在不对中或不平衡.应采取振动监测与分析进行进一步诊断与校正.轴承描述 X没有明显的轴承问题.轴承存在潜在问题,应采取振动监测与分析进一
16、步核实.,数据报告概要,转速=9.979 Hz/599 Rpm极通过频率PPF=0.061 Hz负载=93.5%,THDF=98.7,线频极通频边带 指示转子高阻或断条.,低频测试数据(120HZ),我们利用ESA技术确认了转子问题。45db的峰值，线频极通频边带，指示转子高阻或断条。,倍频指示电气或机械故障,定子槽频 CF=转频 RF 定子槽数=24.33 48=1168Hz,电流谱分析定子匝间短路,查找定子绕组问题，首先确定定子槽通过频率（CF）。CF等于定子槽数乘以转频。当CF 有转频边带出现在它左右时就存在定子匝间短路问题或定子机械问题。例如：24.33 Hz（转频）48（槽）=116
17、8 Hz（CF）。如果CF有转频边带24.33 Hz，那么定子就存在机械的或电气的劣化。,CF=转频RF 转子条数=24.33 40=973.2Hz,电流谱分析机械不平衡,通过确定RBRS中心频率就像静态和动态偏心一样，可以发现机械不平衡，CF=转频RF 转子条数=40（RB）24.33 Hz=973.2Hz。LF边带有可能在此CF左右，那么4倍LF间隔然后是2倍LF出现峰值。你也可能看到升高的转频峰值。图形要观察的是两倍、四倍和两倍线频。50Hz系统中，它们是100Hz、200Hz、100Hz。,电流谱分析机械不平衡,NTN 6305 BrgBPOR=4.394BPIR=2.6062BSF=
18、0.372FTF=1.83,外环故障,电流谱分析轴承故障,轴承故障频-可以利用轴承库确定轴承故障频,早期高频低能：10、15、20倍故障频率晚期低频高能：1、2、3、4倍等低倍频,中心频率=670Hz670/24.33=27.538BPIR=2.754,10倍内环频率,电流谱分析轴承故障,案例：海南金海浆纸业,RWT 8120U1303M1 电机复合水泵 75KW 1420RPM 78A 690V测试时间：2009年7月3日,根据测试数据综合分析，电机轴承座存在异常，建议更换电机检查轴承和轴承座。,6 inch,18 inch,1460rpm24.33Hz,487rpm8.11Hz,带长=14
19、7.4 inch线速=D RF=3.14 6 24.33=458.6 Hz带频BF=3.11Hz,电流谱分析皮带及皮带轮故障,啮合频率=24.33 20=486.6Hz,风机叶片通过频率=24.33 6=146Hz,电流谱分析齿轮故障及叶片故障,静、动态偏心，多重谐波峰，同时存在较高的噪声带,电流谱分析潜水泵电机转子磨碰,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）,电机铭牌：11000KW 496rpm 10000V 空载电流79A,安全1：所有元件指定在600V以下电压系统工作。整个套件输入电压超600V立即保护，在暴露的接口电压小于2V。,安全2：在线
20、安全套件在美国生产，符合UL STD61010：2004标准，由确认和满足CE认证的额定输入测量等级为的要求。,安全3：测试套件启动电路是由电机在线诊断系统的主机控制，也就是主机控制测试套件的工作状态。,安全4:电压测试信号和电流互感器获取信号是独立控制的，不参与仪表微保过程控制。,安全监测套件的4项技术,便捷：在线安全套件可固定安装于电机控制柜中的仪表盘内，解决了操作人员测试电机时针对集成度高、安全自动锁定控制的控制柜，减去电流钳和电压钳直接与带电接线端子连接的安全隐患，提高了测试安全性和方便性。也提高了测试速度和检测效率。,简单的现场安装,安装简便：与显示仪表的控制面板旁即可。型号参数齐全
21、，可满足任何测试需求,图中1和2是变频器IGBT导通截止时域波形，出现多次提前和滞后的成分，充分说明变频器的IGBT出现早期问题，需要检修；图中的2是变频器的滤波，但是测量到滤波存在大量尖峰，说明滤波电容器已经漏电，需要检修变频器。综上检测，设备维护更换变频器之后，电机回复正常状态。,变频器驱动典型案例-浙江台塑,缺油案例：本溪钢铁有限公司-选矿厂,轴承频率,轴承频率,轴承频率,检测时：该电机为空载，但是看到低频的谱图上出现多次谐波，而且同时在RMS频谱也出现相应的谱图，出入轴承型号，看到内环、外环、保持架频率很规则，说明轴承缺油所致！,谐波案例：莱钢集团-宽厚板厂,谐波案例：莱钢集团-宽厚板
22、厂,谐波案例：莱钢集团-宽厚板厂,谐波案例：莱钢集团-宽厚板厂,唯一提供和解决电气控制柜安全的提供者：安全检测套件,概述 X电机运行正常,无须处置.电机运行状态欠佳,须做趋势监测.电机运行异常,应即刻维修处理.功率因数描述功率因数在 0.85以上.功率因数在 0.85以下,参阅详细报告.电流描述 X电流波动在正常范围以内.电流波动超过正常限定,参阅详细报告.电压描述电压波动在正常范围以内.电压波动超过正常限定,参阅详细报告.均方根电压值与铭牌额定电压偏差超过 5%.负载描述 X电机负载与铭牌额定值一致.电机负载超出铭牌额定值,参阅详细报告.电机负载低于铭牌额定值25%.线路连接描述连接正常.电
23、压的参照地线非大地.连接松动.转子描述 X转子条健康状态正常.转子条健康状态可疑,参阅详细报告.此时负载不足，不能评判转子条的状态.,定子描述 X定子健康状态正常.定子的电气状态可疑.定子的机械状态可疑.存在匝间短路.定/转子气隙特征描述 X不存在静态和动态偏心.存在静态偏心.存在动态偏心.谐波失真描述 X没有明显的谐波失真.有明显的谐波失真,参阅详细报告.对中描述 X机械方面不存在明显的不对中或不平衡情况.机械方面存在不对中或不平衡.应采取振动监测与分析进行进一步诊断与校正.轴承描述 X没有明显的轴承问题.轴承存在潜在问题,应采取振动监测与分析进一步核实.,12项针对性报告，指导维护有据可依
24、,转速=9.979 Hz/599 Rpm极通过频率PPF=0.061 Hz负载=93.5%,电机状态监测与故障诊断技术,电机状态监测与故障诊断技术,电机状态监测与故障诊断技术,MRS系统的整厂配置推荐,状态监测室或电气检测中心,日常巡检人员,离线+在线一套,通过PSQ软件快速监测电能质量存在的问题,快速结束电器与机械各种不定型的猜测,企业电机配套检测配置方案,设备状态检测室或分厂电气检测中心,IEEE建议：设备检测室或者各电气检修车间配备一套，做精密分析。,在线精密分析型,大型电机的故障分析及寿命分析,重点电机运行状况周期检测,针对厂里关键且不能停机的电机,建议配置：状态监测室或者每个电修车间
25、配备一台。,离线精密分析型,理由 确保维修电机后和出库前的质量保障；杜绝新电机的入厂质量评判；查找故障产生的根源，便于维修；整厂电机数据管理和质量管理；配合专家软件，可以做趋势分析，得出电机运行寿命；大容量存储，可以存储500台数据；独有的测试技术：阻抗测试、倍频测试、相角度技术；拥有20年的IEEE标准，精确判断电机的各类故障。,全面确保电机运营的组合盾牌,安装之前测试新电机确保电机状可测试现有运行电机立刻得出电机状态测试数据进行趋势分析和管理电信号测试用于分析监测系统健康,X=Yes;L=Late stage faults/Limited detection;-=No,电气监测技术一览表的
26、优劣,IEEE推荐的电机状态监测时间间隔：,如何进行预知维修与监测周期,BMA ADVANCED INSTRUMENT LTD.,中国设备管理协会电气故障诊断中心中国机械工程学会设备故障诊断中心,被授权国内唯一可以为企业设备管理人员做岗位资格权威论证的机构（电机故障岗位资格认证I、II、III级）提供专业的状态监测标准拥有十余位现场经验丰富的诊断专家团队（电气、电缆、机械、油品、在线）拥有国内首家设备在线网络化诊断实验室拥有世界顶级的专家支持(美国、瑞典、新加坡等国家）,客户服务举措,客户服务举措 BC用户制 30电询制 全国免客户服务热线,西马力：13910870282400 602 4155 华中区：13520483209/18611912186,400 602 4155,At your service.,
