振動測試和電氣三項測試在船用旋轉電機故障診斷中的應用

馬仲翦

（92493部隊89分隊，遼寧 葫蘆島 125000）

1 船用旋轉電機故障的特點

旋轉電機是現(xiàn)代船舶設備的重要組成部分，是船舶電力、動力、通訊、傳輸?shù)认到y(tǒng)的重要組成部分。隨著船舶自動化、集成化程度不斷提高，旋轉電機設備在船舶上的數(shù)量越來越多，結構也越來越復雜，電機故障對船舶正常運轉的影響也越來越大。

由于船舶旋轉電機的運行環(huán)境具有溫度高、濕度高、振動大、電磁環(huán)境復雜等特點，因此故障發(fā)生頻率較高。及時準確檢測出電機的故障征兆，確定故障原因，排除隱患，對于保障船舶設備正常運轉具有重要意義[1]。

2 船用旋轉電機故障的故障診斷分類

旋轉電機作為船舶動力和電力系統(tǒng)重要組成部分，故障可分為機械故障和電氣故障兩大類，兩類故障并非孤立存在，而是相互聯(lián)系、相互影響。在監(jiān)測診斷工作中，可以用振動監(jiān)測對應機械故障診斷，電氣三相監(jiān)測對應電氣故障診斷，兩者相互結合才能準確判斷故障類型，確定故障部位，為設備維修保養(yǎng)提供技術依據(jù)。

2.1 機械故障診斷

船用旋轉電機雖然大小、功率、安裝形式不同，但在振動測試中，都可以抽象為一個圓柱體，選擇電機的軸申端和非軸申端測點，各取x、y、z三向測點，用振動分析儀測試振動烈度，所測得的數(shù)據(jù)具有代表性，可以準確反映測試電機的振動狀況。對于振動烈度的判斷可以參照ISO2372和ISO3495作為標準，也可在同型號電機在相同狀態(tài)工況下的振動值作比較[2]，電機測試測點布置圖如圖1所示。

圖1 電機測試測點布置圖

2.2 電氣三相測試

船用旋轉電機雖然功率、轉速、大小、安裝方式各有差異，但在電氣三相監(jiān)測方面，都將電機看成是一個包含電阻、電感、電容的復雜電路進行分析，從而診斷其狀態(tài)。使用電機故障狀態(tài)檢測儀，監(jiān)測對象使該電機的控制箱，旋轉三相電機電路如圖2所示。

圖2 旋轉三相電機電路

電氣三項監(jiān)測的的重點是電機的阻抗（Z），相角（Fi），倍頻（I/F），在 U、V、W 三相的出電端監(jiān)測。

阻抗：在具有電阻、電感和電容的電路里。對電流阻礙作用的物理量稱為阻抗，Z=R+（iωL-1/ωC）.

倍頻：在交流旋轉電機測試中，發(fā)出電壓為U、頻率是ω的正弦波信號，得到反饋電流當頻率為2ω，反饋的電流幅值為倍頻 I/F=（I2-I）1/I1× 100%.

相角：在旋轉交流電機中，交流電壓U=U msin(ωt+ φ)，在不同時刻的電壓決定于(ωt+ φ)的數(shù)值，(ωt+ φ)就稱相角。當 t=0 時，φ 即為初相角[3]。

通過三個參數(shù)的平衡度及所在相位的位置判斷電機的故障情況及故障相位。阻抗值平衡偏差超過范圍，說明該電機存在繞組質(zhì)量下降，如污染、受潮等情況，如阻抗值和相角值平衡偏差都超過范圍，說明該電機轉子存在故障隱患，如轉子籠型鐵條氣隙不均甚至斷條等情況，如阻抗值和倍頻值平衡偏差都超過范圍，說明該電機定子存在故障隱患，如匝間短路、相間短路等情況，判斷標準如表1所示。

表1 電機三相狀態(tài)監(jiān)測

3 監(jiān)測案例及故障分析

案例1：

對某船4臺規(guī)格功率相同的滑油泵，出海時在相同工況下進行進行振動監(jiān)測，采集軸身端與非軸申端各三個測試點的振動數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 滑油泵振動值

根據(jù)上述振動監(jiān)測結果可以看出，該船2、3號滑油泵相較1、4號滑油泵，明顯存在振動過大的情況。為判斷其故障類型，進一步對四臺電機進行電氣三項測試如表3所示。

表3 滑油泵電氣三相值

通過對四臺電機的電氣三項測試發(fā)現(xiàn)，2號滑油泵的U-W相存在阻抗與相角不平衡現(xiàn)象，判斷該電機U-W相存在轉子籠型鐵條氣隙不均或斷條現(xiàn)象；3號電機V-W存在倍頻不平衡現(xiàn)象，判斷該電機存在定子匝間短路現(xiàn)象。根據(jù)檢查結果，對2號滑油泵電機拆檢，調(diào)整轉子U-W相存在氣隙不均的鐵條，更換斷裂的鐵條；對3號電機進行拆檢，檢查定子V-W相，對存在匝間短路的線圈進行更換。經(jīng)過組裝調(diào)試磨合后，兩臺電機的振動烈度值下降，工作恢復正常。

案例2：

某船用消防泵在使用過程中，存在噪音周期性異常振動過大情況，通過振動測試檢查其振動烈度值如表4所示。

表4 船用消防泵振動值

根據(jù)振動標準，該電機振動烈度偏高，具有故障征兆，為確定其故障性質(zhì)，進一步進行電氣三相測試，結果如表5所示。

表5 滑油泵電氣三相值

通過測試看以看出，該電機的三相平衡，均在正常范圍之內(nèi)，因此故障類型屬于機械故障，通過拆檢電機，清理內(nèi)部，檢查更換老舊零部件，添加潤滑脂，調(diào)制軸系保證對中，組裝調(diào)試磨合，電機振動烈度值下降，恢復正常。

5 結論

通過振動監(jiān)測技術和電氣測試技術相結合，應用于船舶旋轉式電機的故障監(jiān)測，能夠準確定性電機設備的故障類型，定位故障部位，及時排查故障隱患，使電機設備維修做到有的放矢，節(jié)省維修周期和成本。對于保障船舶設備的正常運行乃至整個船舶的航行，具有較強的實際意義。

[1]陳伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]王建華.電氣工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006.[3]唐納德·本特利.旋轉機械振動技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2014.