電機檢測與故障診斷分析

賈 瑩

（佳木斯電機股份有限公司，黑龍江 佳木斯 154002）

如今，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電機在日常生活中與人們的關(guān)系更加密切。對其進行合理運用，為日常生活以及生產(chǎn)制造帶來更大的效益，是目前主要的研究問題。只有更加深入地探討現(xiàn)狀和未來發(fā)展的趨勢，對電機故障進行排除，才能更好地提高社會生產(chǎn)力整體水平。

1 電機故障診斷技術(shù)的特征

1.1 涉及知識面廣

由于電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，涉及電源、電磁、機械、通風(fēng)、散熱等各個方面，如果出現(xiàn)故障，就需要對所有可能的方面進行檢測。此外，可能的故障并非是單一因素造成的，這也提高了故障檢查的困難。電氣故障診斷主要包括電機學(xué)、氣流動力學(xué)、傳熱、材料技術(shù)、弱電技術(shù)、高壓技術(shù)、計算機、材料加工技術(shù)等專業(yè)，而有關(guān)技術(shù)人員則需要具有較全面的綜合素養(yǎng)，方可勝任[2]。

1.2 可根據(jù)實時狀態(tài)預(yù)測故障

與繼電保護系統(tǒng)不同，電機故障檢測與診斷可以根據(jù)檢測到的電流運行狀態(tài)預(yù)測可能發(fā)生的故障。通過分析故障的發(fā)展趨勢，可以制定出最佳的維護方案，而不必等到故障發(fā)生后才采取相應(yīng)的措施，從而將故障可能造成的損失降至最低。

1.3 高度依賴于電機的實時工作狀態(tài)記錄

電機的日常工作狀況是不斷改變的。盡管這些改變十分細微，但總的來說，斷層的產(chǎn)生有相應(yīng)的癥狀。同時，電動機發(fā)生故障的因素也有許多。所以，電動機狀態(tài)檢查與診斷在較大程度上依靠平時對工作人員的記錄與電動機日常工作狀況為依據(jù)，對作業(yè)技術(shù)人員在擁有足夠知識的基本上的根據(jù)運行特性與工作負載電機，開展針對性的診斷培訓(xùn)，才能為電機的正常作業(yè)奠定基礎(chǔ)。

2 電機故障診斷方法與流程

電機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，需要先進的分析儀器與裝置、豐富的技術(shù)知識與相關(guān)經(jīng)歷。該傳感器將首先進行電機的實際技術(shù)狀態(tài)參數(shù)，隨后將傳輸至主機進行數(shù)據(jù)、檢測與數(shù)據(jù)分析。并運用技術(shù)人員堅實的理論知識與寶貴的工作經(jīng)驗，結(jié)合電流分析成果，對大電流電機中可能發(fā)生的故障給出了具體的技術(shù)對策，從而盡量及時地控制故障，并使經(jīng)濟損失減至最少。

3 電機檢測與故障診斷的常用手段

3.1 紅外測溫與熱成像技術(shù)

在電動機狀態(tài)監(jiān)測中，紅外線測量和熱成像技術(shù)利用測量從電動機輻射的紅外線光譜，來表示電動機的工作溫度，這也是一個非接觸式溫度測量方法。由于物體的溫度愈高，輻射功率也愈大，因而，人們可通過所測量的熱輻射來表征溫度。而在實際工作中，一旦發(fā)電機某一部位的溫升過大，即可采用近紅外熱成像技術(shù)加以精確測量。

3.2 聲發(fā)射技術(shù)

在發(fā)電機中，一旦零部件變形或破壞，其聲音傳遞就不同于一般金屬材料中的聲波傳遞。此時，在變形或斷層遭受應(yīng)力時，一些能量將以彈性波的形態(tài)放出，以聲波的形態(tài)產(chǎn)生，而這些異常聲響就能夠用于確定物體是否具有斷層和斷裂的確切情況。在實際工作中，微弱的聲響往往無法僅借助人耳來辨別，所以人們一般采用比較靈敏的聲響測量儀表來測定。

3.3 鐵譜技術(shù)

鐵譜技術(shù)是通過鐵譜技術(shù)分析電機零件磨損顆粒的形態(tài)、顆粒度和化學(xué)成分，從而掌握發(fā)電機當前的損壞狀況，從而在損壞初期及時獲取信息，并第一時間采取相應(yīng)的保護措施，以避免進一步損壞，防止故障。在發(fā)電機測量時，鐵譜儀用來顯示基底上已磨損顆粒的光譜，以供相關(guān)技術(shù)人員分析。

3.4 力和扭矩的檢測

力與轉(zhuǎn)矩測量技術(shù)是目前測定電動機工作狀況的主要技術(shù)手段。其基本制作方法為：先將電阻絲固化到金屬基板上，再做成應(yīng)變膜片，然后再將它粘貼在待測零部件上。設(shè)備工作中，應(yīng)變計會引起電機的影響。當被測量零件承受力和轉(zhuǎn)矩，應(yīng)變計會變形，并改變了電阻絲的截面和直徑，從而改變電阻值。結(jié)果將顯示在應(yīng)變計上。通過測算該部位的應(yīng)力，就能夠了解所檢測部位的總受力狀況。

3.5 光傳感器溫度測量技術(shù)

光纖感應(yīng)器測量溫度控制技術(shù)，是一項新興的設(shè)備測量和故障診斷技術(shù)，具備尺寸小、敏感度好、體積輕巧、控制精度高、測量體溫范圍廣等優(yōu)勢。因此，可在電氣狀態(tài)測量與故障診斷系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。目前主要通過光纖溫度檢測系統(tǒng)測量工作空間內(nèi)的溫度場分布情況，并進行資料傳輸，提供給工作人員參考。

3.6 電磁探測

在實際工作中，技術(shù)人員往往運用電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和周圍環(huán)境的電磁分布情況，來測試和診斷電動機的故障。常見的方式包括：直接檢測電動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)和周邊的磁場分布，或測試諧波傳動電磁和漏電磁等。其基本原理為，使用探究電流線圈或霍爾元件等磁力檢查器件測定電磁布局中各點的磁通量，探究電流線圈一般僅用來測試交變電磁，而霍爾元件則可測試交變電磁和直流電磁，可依據(jù)磁能的變化規(guī)律判斷電動機故障點。

4 提高電機故障排除效率的有效策略

4.1 提高專業(yè)人員整體技術(shù)水平

在排除電機故障時，可以采用多種手段。這些手段都來源于電機故障排除的方法總結(jié)。當需要進行必不可少的測試時，一般都要借助于相關(guān)的儀器設(shè)備，通過觀察電流和電壓的變化來判斷故障問題的產(chǎn)生位置。對于難以解決的故障問題，則需要再參考一下設(shè)備初始的原理設(shè)計圖紙[3]，并且對比同類電機設(shè)備，最終確認故障問題的發(fā)生部位。另外，技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平直接影響著故障的排除效率。相關(guān)企業(yè)應(yīng)加強對相關(guān)技術(shù)人員的監(jiān)督和管理，創(chuàng)造更加便利的條件，讓專業(yè)維修人員可以更加充分地學(xué)習(xí)。同時，只有掌握熟練的專業(yè)技術(shù)，具有嫻熟的實踐能力的技術(shù)人員才能在短時間內(nèi)對電機故障進行確認[4]。

4.2 遵循電機故障排除的原則

在判斷設(shè)備故障的地方的時候，要堅持先易后難的原則，即先檢查容易檢查的部位，然后檢查難檢查的部位，同時堅持先檢測內(nèi)部后檢查部的原則。也就是說，先對設(shè)備內(nèi)部進行檢查，然后檢查外部。按照這些原則進行設(shè)備故障排除，提高電機整體故障排除工作效率，保證了電機故障排除的品質(zhì)。（1）認真觀察電機故障發(fā)生的確切位置，總結(jié)故障現(xiàn)象的變化情況；（2）根據(jù)初期的電機線路圖和說明，尋找故障發(fā)生的主要原因，確定故障發(fā)生的精準位置；（3）對電機故障部位的零件進行再分解，全面細致檢查，確保故障診斷無誤，最終進行零部件更換等修理工作，消除故障，確認其能正常工作。

4.3 做好繼電保護工作

如今，科技不斷發(fā)展，經(jīng)濟不斷提高，諸多電機檢測與故障排除技術(shù)引領(lǐng)時代潮流。繼電保護裝置作為保證電機在日常工作中正常運行的主要裝置，既可以保證日常使用中的正常運行，又可以避免不良事故的發(fā)生和擴大。目前，繼電保護自動化技術(shù)廣泛應(yīng)用在電機檢測與故障排除工作中，通過對繼電保護的自動化技術(shù)進行創(chuàng)新，加強其安全性以及實用性，使電力系統(tǒng)在日常工作中的效率得到提升，以此來保證電力系統(tǒng)可以順利發(fā)展，從而提升城市經(jīng)濟的發(fā)展速度[5]。

4.3.1 建立健全日常管理制度

應(yīng)用繼電保護自動化技術(shù)需要有完善的管理體系，如果沒有完整的日常管理體系，即便利用繼電保護自動化技術(shù)對出現(xiàn)的故障進行處理后，工作人員對其后續(xù)工作不能正確對待，也會對整個電機的正常作業(yè)有較為嚴重的影響。

4.3.2 確保電機處于正常的作業(yè)環(huán)境

由于不同地區(qū)的氣候條件差異較大，用電負荷也不同。因此，不同地區(qū)對繼電保護的要求也不同。在日常運行過程中，需要注意繼電保護的各個環(huán)節(jié)是否符合繼電保護使用過程中的實際環(huán)境，出現(xiàn)不符合情況必須立即上報，盡可能保證繼電保護的相關(guān)系統(tǒng)與實際的環(huán)境條件相符合，從而發(fā)揮出繼電保護的重要作用。

4.3.3 異常情況應(yīng)反復(fù)檢查

在檢查過程中，應(yīng)注意二次回路絕緣層的損壞和老化。如果出現(xiàn)此類問題，應(yīng)立即采取適當措施解決，并更換或修理。在檢查絕緣電阻的過程中，了解電機的正常運行，定期進行設(shè)備上的灰塵清理，避免因其他問題導(dǎo)致運行故障的出現(xiàn)。

同時，在進行間繼電保護的相關(guān)系統(tǒng)檢修過程中，并不是依據(jù)定時、定期來進行檢修，而是依據(jù)具體的使用情況以及近期設(shè)備的狀態(tài)來進行維護，明確設(shè)備在正常運行過程中是否安全，加強對于設(shè)備以及系統(tǒng)的使用狀態(tài)檢測，從而科學(xué)地選擇檢修間隔以及具體的檢修項目。

5 電機常見的故障類型以及維修方案

1.發(fā)電機不能按技術(shù)要求正常工作。出現(xiàn)故障類型有：（1）定子電流太大、鐵損加大；（2）負載電壓太大、定子變壓器繞組銅損加大；（3）頻度過低，冷卻風(fēng)機速度下降，影響汽輪機散熱；若功率因數(shù)過低，會增大轉(zhuǎn)子葉片的勵磁電流，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子葉片過熱。檢驗時監(jiān)控儀器指向是否有問題。維修方案：第一時間進行必要的處理和調(diào)試，使電機按規(guī)定的技術(shù)條件作業(yè)[6]。

2.電機內(nèi)部灰塵過多。出現(xiàn)故障類型有：（1）風(fēng)道口被灰塵嚴重堵塞；（2）通風(fēng)效果不好；（3）發(fā)電機難以散熱。維修方案：清除風(fēng)管內(nèi)的微小灰塵以及油污，使風(fēng)管保持通暢。

3.電機內(nèi)部溫度高。出現(xiàn)故障類型有：進氣溫度比較高或進水溫度比較高，冷卻器發(fā)生嚴重堵塞。維修方案：應(yīng)適當降低進氣或進水的整體溫度，并第一時間徹底清除冷卻器中的異物。在故障徹底賽排除之前，應(yīng)控制發(fā)電機進行負載，以過度降低發(fā)電機的整體溫度。

4.電機的內(nèi)部軸承中添加的潤滑液的總量過多。維修方案：應(yīng)按規(guī)定添加，一般為整體軸承腔的一半或者整體的1/3（低速上限，高速下限），最好不要超過整體軸承腔的69%[7]。

5.電機整體磨損比較嚴重。出現(xiàn)故障類型有：（1）如果磨損程度不是太嚴重，軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)局部溫度會高；（2）如果磨損程度比較嚴重，可能會致使定子以及轉(zhuǎn)子之間發(fā)生過多的摩擦，導(dǎo)致定子以及轉(zhuǎn)子的溫度升高。維修方案：應(yīng)檢查整個軸承內(nèi)部是否有異常的聲音。如果發(fā)現(xiàn)定子以及轉(zhuǎn)子之發(fā)生過多的摩擦，應(yīng)第一時間停止作業(yè)，然后進行維護以及更換軸承。

6.電機內(nèi)部鐵芯損壞。出現(xiàn)故障類型有：（1）定子內(nèi)部的鐵芯發(fā)生絕緣損壞，致使片間短路；（2）鐵芯內(nèi)部的局部渦流損耗不斷增加，而且溫度過高，嚴重時會致使定子繞組。維修方案：第一時間停止機器作業(yè)，由相關(guān)專業(yè)人員進行維護。

7.電機內(nèi)部平行線斷開。出現(xiàn)故障類型有：定子繞組的平行線斷開，這會增加其他導(dǎo)線的電流并產(chǎn)生熱量。維修方案：第一時間停止機器作業(yè)，由相關(guān)專業(yè)人員進行維護。

8.發(fā)電機內(nèi)部中性線相對地出現(xiàn)異常電流。而出現(xiàn)此故障類型的主要檢修方法有：（1）在一般情形下，由于受到高階諧波電流或制造工序的影響，以及每個磁極性下的氣隙不均和磁勢不均，所產(chǎn)生的極低電壓。如電壓在一至幾伏左右時，則并非有危險性，亦無須處置；（2）空載時中性線對地并無電流，但正常負載下的電流是由于三相不均衡所造成的。因此三相負載時宜加以調(diào)節(jié)，使之基本保持平衡[8]。維修方案：第一時間由相關(guān)專業(yè)人員進行修復(fù)，避免事故擴大，使三相負載控制在規(guī)定范圍內(nèi)。同時，備用保護的主要形式就是過電壓，其方式可以有效避免相關(guān)設(shè)備被擊穿，特別是在負荷相對較低的情況下。

9.自動勵磁裝置勵磁電抗器溫度過高。維修方案：（1）如果反應(yīng)堆線圈局部短路，應(yīng)第一時間對反應(yīng)堆進行檢修。（2）一旦電抗器的磁路氣隙過大，要在第一時間調(diào)節(jié)磁路氣隙大小[9]。

總的來說，電動機實時狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)是防止電動機安全事故、在不拆卸電動機的情形下降低電動機故障概率的關(guān)鍵手段。在實際工作中，有很多種的技術(shù)手段可以進行電動機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷，針對電動機當前的工作工況要求，并充分考慮成本，要求工作人員對最佳的故障監(jiān)測與判斷技術(shù)進行優(yōu)化。