發電機故障的交叉特性分析及機電聯合故障診斷研究

李 朔

（華電國際滕州新源熱電有限公司，山東 棗莊 277500）

發電機故障的交叉特性分析及機電聯合故障診斷研究

李 朔

（華電國際滕州新源熱電有限公司，山東 棗莊 277500）

發電機傳統的故障診斷方法對機電故障的交叉影響特征的分析不足，診斷過程不夠靈敏，可靠性也相對較低。本文通過深入研究了由發電機的電氣故障引起的發電機振動的特征、發電機機械故障導致的發電機電器特征、發電機故障的交叉特征等，詳細分析了發電機轉子繞組匝間短路故障的檢測。

機電聯合故障診斷；交叉特性；機械偏心

1 引言

近年來，隨著我國經濟的發展，對電力的容量、電壓、聯網系統等方面的要求提高，發電機容量在200MW以上的發電機已經成為我國電網的主力軍。2015年全年全國絕對發電量56184億千瓦時。其中，火電絕對發電量42102億千瓦時，同比下降2.8%。水力絕對發電量9960億千瓦時，同比增長4.2%。以能源結構構成的視角觀察，在未來很長一段時間內，我國主要的電能主要來源于傳統能源發電，尤其是火電、水電，并將一直成為我國主要的電能來源。一方面，由于發電機單機容量不斷增大，對發電機運行可靠性要求不斷增高，同時，發電企業將會因為惡性故障的發生產生巨大的經濟損失，產生惡略的影響。

2 發電機故障的交叉特性分析

隨著對大型發電機出現故障時的診斷技術不斷研發升級，維修方式劃分為以下三種：定期維修、狀態維修、出現故障維修。出現故障維修∶成為最落后的維修方式，這種維修方法屬于“事后維修”，就是在故障發生并產生損失后才對發電機進行的維修，這種維修方法無法提前預防。定期維修：定期停機對發電機進行維修，這種維修方法的判斷依據是發電機運行的狀態和時間。其缺點是常常會引起設備的“過度維修”，它的針對性比較差。由于定期維修常常會提前更新設備，雖然提高了及其的可靠性，但是忽視了不同設備的運行性能、質量、工作環境的差異，縮短了其使用壽命。大部分發電機在沒有問題的時候被解體，然而，往往某些狀態并不好的設備，但是由于還沒有到人為設定的維修周期， 沒有被列入檢修范圍。這就產生了降低設備可用性的同時，還將出現機器性能維修后較之維修前下降的現象。從長遠來看，耐壓測試等過度維修為設備帶來了如設備壽命縮短等負面影響，而且無法避免，余次同時，設備缺陷在檢修過程中尚沒有被發現。除此之外，大量的人力資源、能源資源、耗材資源等等被大量投入到檢修工作中，加上維修時機器停運，這些都將產生嚴重的資源浪費現象并帶來巨大的經濟損失。目前，國內和國際上非常重視生產過程中狀態維修技術的應用。對于大型發電機組在線檢測和故障的診斷，可以做到提前預警，為保證資源的合理利用起到了重大的作用。

3 發電機故障的診斷現狀分析

特殊電氣機械設備的發電機，不僅價格昂貴，對制造技術、運行條件和科學維修的要求非常高。我國目前擁有的技術對保護發電機、避免發生惡性故障的技術已經非常完備，可以做到及時發現故障，并進行有效的實施保護。在檢測故障時，由于檢測對象的數量較少，一次檢測獲取故障信息的數量不夠，所以經常性的對發電機進行反復啟動、停機，利用耗損機器的方法發現故障。這種方法在故障的診斷時是常見現象，并且漢南避免。有的故障由于發電機內部結構、運行安全性等因素的限制，傳感器在安裝過程中難度非常大。近十年來，發電機在故障檢測力度不斷加強，出現了以下不停機檢測的方法：“發電機定子繞組端部振動監測”；“轉子繞組匝間短路故障監測”；“發電機的軸電壓檢測”；“軸電流監測和局部放電故障監測”等等。盡管如此，有些故障，例如“機械故障中的靜偏心故障”，在以上檢測過程中也很難檢測到，只有停機檢測才能夠發現。

4 發電機故障診斷分析

發電機最為常見的機械故障是偏心，偏心分為靜和動兩種。偏心故障最長見的對發電機的影響是引起機器內部結構不對稱，從而導致發電機磁路磁阻會出現不對稱現象。進而導致發電機中磁通分部不均，此時，交鏈轉軸磁通就形成了。在轉子旋轉的過程中，磁通的交會變周期性變化，軸電壓在轉軸上被感應出來。在實際操作中，利用軸電壓信號來診斷發電機靜偏心是常用的檢測故障的方法。

發電機內部磁場不對稱由發電機偏心故障造成，軸電壓產生的原理如圖1所示。（a）、（b）、（c）、（d）是轉子分別處于0°、90°、180°、270°四個位置時，磁通的分布圖。由圖1可以看出，在發電機旋轉時，磁通隨轉子轉動產生周期性交變是由于發電機在旋轉時產生的，轉軸的兩端可以感應到特定頻率的軸電壓，及其電壓量。我們可以判斷出軸電壓含有基頻成份，這種判斷是通過分析靜偏心產生軸電壓原理得出的，這種判斷不夠全面。實際上，軸電壓還包含其他各種諧波。因此，這種分析的方法不夠精確，無法準確計算出軸電壓的特征分量。

5 總結

在大型發電機為研究對象的背景下，通過對國內和國外發電機診斷技術的分析，研究當前發電機在故障診斷中出現的問題，并分析了發電機電氣的故障交叉特征，介紹了故障檢測的現狀，并在發電機的轉子繞組匝間短路故障的檢測方面做了詳細的分析。希望對發電機故障的研究，起到參考作用。

［1］王正英.面向設備管理的機電設備狀態監測與故障診斷技術研究［D］.天津大學，2007.

［2］嚴可國.大型汽輪發電機組故障診斷方法及監測保護系統研究［D］.華北電力大學（北京），2009.

［3］向玲.電網沖擊下汽輪發電機組軸系彎扭振動模擬試驗研究［D］.華北電力大學（河北），2009.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.151

李朔（1985-），男，助理工程師。