芻議電機故障的診斷方法及保護技術(shù)

摘要:電機在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用廣泛，作為重要的動力設(shè)備，電機的正常運行關(guān)系到生產(chǎn)效率。本文以三相異步電機為例，簡要論述了電機常見的故障，提出了幾點電機故障的診斷方法。

關(guān)鍵詞:電機故障 診斷

電機的工作狀態(tài)直接影響著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的正常進行。隨著故障診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，人們開發(fā)出了各種電機故障診斷系統(tǒng)，而且效果比較顯著。但誤判率高、準(zhǔn)確度低，仍然是一個現(xiàn)實問題。因此通過電機的故障特征，對電機的常見故障進行分析及診斷，可以有效地降低故障率，保證生產(chǎn)系統(tǒng)安全可靠地運行，減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失，降低維修成本，消除對人員和設(shè)備的安全威脅。因此，對電機故障診斷方法的研究具有重要意義。

1、電機的主要故障及原因分析

1.1繞組絕緣故障

電機故障頻率最高的是在絕緣系統(tǒng)。以鼠籠異步電機為例，該電機常在較差的環(huán)境下工作，外界環(huán)境影響會使電機內(nèi)活動性放電量增加，絕緣電阻降低，造成泄露電流的增大，耐壓水平降低。在發(fā)生故障較多且的運行了幾年后的鼠籠異步電機中，絕緣故障約占總故障的80%以上。繞組絕緣由于環(huán)境和工作人員的不規(guī)范操作使得老化、受潮、磨損、過熱、污染等導(dǎo)致絕緣電阻下降直至絕緣擊穿。

1.2定子鐵心故障

故障出現(xiàn)的主要原因除了制造過程不規(guī)范外，還由于穿轉(zhuǎn)子過程中的損傷或電機摩擦、劇烈振動使得片間絕緣損壞，造成定子鐵心故障的發(fā)生。故障出現(xiàn)前一般會有空載電流加大，振動幅度和噪聲增大，環(huán)路電流，鐵心溫度升高，絕緣材料分解異?，F(xiàn)象。這是由于有些三相電機氣隙較小，加上裝配不當(dāng)，在使用過程中造成軸承磨損、轉(zhuǎn)軸彎曲及單邊磁拉力，進而造成定轉(zhuǎn)子的摩擦，損壞絕緣?？赏ㄟ^鐵損試驗及時發(fā)現(xiàn)故障。

1.3轉(zhuǎn)子軸承故障

由于電機的轉(zhuǎn)子在工作中要承受各種復(fù)雜和交變的應(yīng)力，加上轉(zhuǎn)子上零件的脫落和松動使得轉(zhuǎn)子失衡，轉(zhuǎn)子偏心會產(chǎn)生不對稱電磁拉力等造成的轉(zhuǎn)軸彎曲、軸頸橢圓及軸承故障等都會使電機振動增加，發(fā)生扭轉(zhuǎn)振蕩，軸系斷裂。因此，轉(zhuǎn)子軸承故障的異常表現(xiàn)是噪聲和振動。

1.4缺相故障

三相電源中出現(xiàn)一相斷路即為缺相。其原因一般是電機的接線端子損壞或脫落或電機某一繞組損壞。缺相的異常表現(xiàn)有在電機運行時運行時發(fā)出“嗡嗡”聲，電機升溫快。要注意的是，當(dāng)電機缺相時，當(dāng)長時間接通電源或多次頻繁接通電源將導(dǎo)致電機燒毀，同時，電機達(dá)到滿載后，電機可能不會運轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時可能燒損電機。因此，要馬上對電機進行停機檢查，檢驗電機的各接線端子的松落情況，再檢查電機繞組。

1.5轉(zhuǎn)子籠條故障

電機本身制造的過程中鑄件不合格、焊接不良和轉(zhuǎn)子強度不夠等，加上操作上的不合理，頻繁啟動電機，在制動和長期重負(fù)載運行都會使轉(zhuǎn)子籠條及端環(huán)在較大的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力的作用下使鼠籠疲勞斷裂。轉(zhuǎn)子鼠籠故障出現(xiàn)后一般會有電機啟動時間長，力矩減小，振動和噪聲增大，電機轉(zhuǎn)速、定子電流出現(xiàn)脈動的異?，F(xiàn)象。由于該故障主要由于長期的重負(fù)載，轉(zhuǎn)子鼠籠故障多發(fā)生在拖動高負(fù)載(如采掘機、引風(fēng)機和磨煤機等)和高速機械(如給水泵)的電機中。

1.6振動或噪音過大

產(chǎn)生原因主要是沒有按要求進行電機安裝，造成電機基礎(chǔ)不穩(wěn)、轉(zhuǎn)子不平衡或轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸彎曲;電機輸出端與工作機聯(lián)軸器聯(lián)接不合理也會導(dǎo)致電機的振動幅度過大。針對此現(xiàn)象，要修正電機安裝情況，對重要部位進行加固。經(jīng)常檢查電機轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)軸。

2、故障診斷方法

2.1基于解析模型的診斷方法

基于解析模型的診斷方法已取得了相當(dāng)豐富的理論研究成果。目前，已經(jīng)完善了以“辨識及參數(shù)估計”、“線性狀態(tài)觀測器，和“等價空間”方法為基本框架的LTI系統(tǒng)故障診斷方法的理論研究，。實現(xiàn)了將多種參差發(fā)生器的設(shè)計方法集成以綜合考慮參差發(fā)生器的參數(shù)設(shè)計、評價函數(shù)的選擇和閉值的確定，有效提高了故障診斷系統(tǒng)的性能。然而，基于解析模型的診斷方法相對于流派分層、技術(shù)成熟且豐富的理論方法，在實踐中其成功應(yīng)用的范例明顯偏少。LTI系統(tǒng)診斷方法還有很多實際的復(fù)雜問題需要解決。另外，非線性系統(tǒng)的診斷理論研究只是針對一些特殊的非線性系統(tǒng)的理論研究，尚不足以解決實際中廣泛存在的復(fù)雜非線性問題。

2.2基于信號處理的診斷方法

基于信號處理的診斷方法能直接利用各類信號處理方法，回避部分建立診斷對象數(shù)學(xué)模型，適應(yīng)性較強，該法既適應(yīng)于線性系統(tǒng)，也適用于非線性系統(tǒng)。小波主要分析時間信號的奇異性、信號頻率結(jié)構(gòu)的變化、或者同時進行時間和頻率特性。此外，能從噪聲特性分析出發(fā)診斷故障類型，其濾波性能對測量信號進行有效降低噪音?；谀壳暗难芯?，可變多元統(tǒng)計模型的故障診斷研究，采樣時間序列的故障數(shù)據(jù)檢測，傳感器誤差故障檢測方法等，在一定程度上取得了有實用價值的成果。基于信號處理的故障診斷方法是建立在對故障機理的透徹分析和研究基礎(chǔ)上的，能進行時域和頻域分析，判斷系統(tǒng)傳感器的故障。

2.3基于知識的診斷方法

基于知識的故障診斷方法能充分利用領(lǐng)域?qū)＜业脑\斷知識，減小了對精確數(shù)學(xué)模型的依賴，廣泛運用于非線性系統(tǒng)德診斷。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擁有記憶，處理，學(xué)習(xí)，并能擬合任意連續(xù)非線性函數(shù)的能力，因此，在處理非線性問題和在線估計比較突出，并得到了廣泛的重視。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)直接用于實現(xiàn)診斷故障; 進行狀態(tài)觀測、參數(shù)估計;對殘差發(fā)生以及殘差進行評價;能發(fā)現(xiàn)新的故障診斷知識，具有良好的并存和協(xié)同性。目前對于基于知識的故障診斷發(fā)方法的研究越來越多，也更加的深入，實現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊推理等技術(shù)與其它技術(shù)有機集成，有效提高故障診斷的可靠性和實用性。

3、結(jié)語

總之，要對電機故障進行的深入分析和精密診斷，進一步了解和掌握電機的運行狀態(tài)，準(zhǔn)確定位故障發(fā)生的部位，提高電機使用壽命，降低對操作人員的威脅，減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失 。

參考文獻:

[1]陳繼堯. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波分析的水力機組振動故障診斷研究[D]. 西安理工大學(xué)， 2006

[2]張曉華. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)故障檢測與診斷[D]. 武漢理工大學(xué)， 2002 .

[3]孟利民. 高壓異步電機診斷與保護集成相關(guān)技術(shù)的研究[D]. 華北電力(北京)大學(xué)， 2002 .