關于電機故障分析與診斷

潘葉飛

摘 要：電機作為一種復雜的旋轉機械.具有復雜的電磁、機械特性，其故障也表現為多樣性、復雜性，征兆多種多樣，既有機械故障的一般特性，又有電氣部件、磁場等故障特性。大量故障結果的統計分析發現，電機故障按其原因分：軸承類占38.5%，繞組類占39%。兩者之和占77.5%。因此，為使電機的安全可靠運行，對電機故障機理的分析、對電機故障診斷方法的研究，以及對電機故障診斷裝置的開發都是十分必要的，不但具有重大的理論意義，而且具有相當的工業、社會經濟價值。希望本文能豐富電機故障診斷理論，適合社會的需求，為社會的經濟和工業發展作出一點貢獻。

關鍵詞：電機故障；診斷；分析

電機設備故障診斷原理

電機設備的工作原理都是基于電磁理論，其主要由電路（繞組）和磁路（鐵心）兩大部分組成，變壓器為靜止設備，它們的故障形成過程和表現形式在許多方面都有相同之處：如設備的繞組過熱，絕緣老化，鐵心變形及電機轉子偏心等。目前電機設備故障診斷的基本原理有：（1）電流分析法：通過頻譜等信號分析方法對負載電流的波形進行檢測從而診斷出電機設備故障的原因和程度；（2）絕緣診斷法：利用各種電氣試驗裝置和診斷技術對電機設備的絕緣結構、工作性能是否存在缺陷做出判斷，并對絕緣壽命做出預測；（3）溫度檢測方法：采用各種溫度測量方法對電機設備各個部位的溫升進行監測，電機的溫升與各種故障現象有關；（4）振動與噪聲診斷法：通過對電機設備與噪聲的檢測，并對獲取的信號進行處理，診斷出電機產生故障的原因和部位，尤其是對機械上的損壞診斷特別有效。

2電機機械故障的分析與處理

2.1轉子與定子碰擦

異步電動機定子、轉子之間氣隙很小，由于軸承損壞、軸彎曲以及軸承嚴重超載及端蓋內孔磨損或端蓋止口與機座止口磨損變形，使機座、端蓋、轉子三者不同軸心等原因致使定子、轉子碰擦（俗稱掃膛）。出現這種故障時，電機運轉電流增大，并發出“察察”聲，容易引起鐵芯溫度急劇上升，燒毀槽絕緣、匝間絕緣，從面造成繞組匝間短路或對地“放炮”。嚴重時會使定子鐵芯倒槽、錯位、轉軸磨損、端蓋報廢等。如發現此種情況時應及時更換軸承、對端蓋進行更換或刷鍍處理。

2.2電機振動

振動應先區分是電機本身引起的，還是傳動裝置不良所造成的，或者是機械負載端傳遞過來的，而后針對具體情況進行處理。屬于電機本身引起的振動，多數是由于轉子動平衡不好，以及軸承不良，轉軸彎曲，或端蓋、機座、轉子不同軸心，或者電機安裝地基不平，安裝不到位，緊固件松動造成的。振動會產生噪聲，還會產生額外負荷，從而縮短電機壽命。

絕緣結構的故障診斷

電機內絕緣結構在運行中由于熱、電、機械、環境等的綜合應力作用下.逐漸老化.絕緣的電氣性能和機械性能逐漸降低，最后因降低至所必需的極限值而損壞。因此，在電機服役期內對絕緣進行診斷。推算其剩余擊穿電壓和壽命是不可缺少的。但是絕緣診斷的試驗項目很多，每個試驗項目有時又可測定幾個參數。因此.在絕緣診斷時，確定試驗項目的順序和測定參數是十分重要的。測定參數：絕緣結構中的電流。絕緣結構上施加直流電壓，就有三種電流產生：（1）位移電流。在外電場作用下，由幾何電容和分子位移極化產生，一般是瞬時衰減。（2）吸收電流。是絕緣結構中介質極化，偶極子轉動和離子極化所產生。隨時間較慢衰減。（3）漏導電流絕緣結構表面和內部的帶電粒子，在電場作用下向兩極移動而產生，不隨時間而變化。因此，在外電場作用下。絕緣結構中的電流是以上三種電流的疊加，絕緣電阻的初始值主要取決于位移電流和吸收電流，絕緣電阻的穩定值則取決于漏導電流。

絕緣電阻變化規律分析絕緣結構單純由于吸潮時.其絕緣電阻值在波動，但從長期趨勢來看，其降低值極慢；當絕緣結構的絕緣電阻值波動趨勢越來越低，直至無法恢復規定值，這往往是由于絕緣結構受到污染或存在缺陷（如絕緣磨損等）。

電機設備的故障診斷方法

4. 基于信號變換的診斷方法

電機設備的許多故障信息是以調制的形式存在于所監測的電氣信號及振動信號之中，如果借助于某種變換對這些信號進行解調處理，就能方便地獲得故障特征信息，以確定電機設備所發生的故障類型。常用的信號變換方法有希爾伯特變換和小波變換。采用希爾伯特變換可實現電機軸承和感應電機轉子故障診斷。小波變換既是時間尺度分析，又是時間―頻率分析，它具有多分辨率的特點，且在時頻兩域具有表征信號局部特征的能力，利用小波變換的奇異點（如過零點、極值點）在多尺度下的綜合表現來檢測信號的局部突變點，從而進行故障診斷。診斷結果幾乎不受負載影響，實現了有效可靠地進行電機故障在線診斷。小波變換很適合于探測正常信號分析中夾帶的瞬態反常現象并展示其成分，在電機設備機械故障診斷中占有重要的地位。

4. 基于模糊理論的診斷方法

在故障診斷領域，模糊屬性常常出現，如對征兆的描述：溫度“偏高”，振動“厲害”等都具有模糊特征；故障與征兆的關系往往也是模糊的。模糊理論是處理這類問題的最好的工具。模糊故障診斷有兩種方法，一種是先建立征兆與故障類型之間的因果關系矩陣，再建立故障與征兆的模糊關系方程，這是基于模糊關系及合成算法的診斷方法。另一種方法是先建立故障與征兆的模糊規則庫，再進行模糊邏輯推理的診斷過程，這是一種基于知識處理的診斷方法。

4. 基于人工神經網絡的診斷方法

人工神經網絡（ANN）是由大量簡單處理單元廣泛連接而成非線性系統，具有學習能力，自適應能力，非線性逼近能力等。故障診斷的任務從映射角度看就是從征兆到故障類型的映射。用ANN技術處理故障診斷問題，不僅能進行復雜故障診斷模式的識別，還能進行故障嚴重性評估和故障預測，由于ANN能自動獲取診斷知識，使診斷系統具有自適應能力。將ANN應用于電機設備故障診斷是當前電機設備故障診斷的熱點之一。如采用BP網絡對電機設備進行故障診斷。利用特征信號頻譜中的若干個譜峰能量值作為神經網絡的輸入樣本，以相應的故障類型作為神經網絡的輸出樣本，對網絡采用BP算法進行學習，獲取輸入樣本（特征信號）與輸出樣本（故障類型）間的映射關系，利用神網絡的聯想記憶和分布處理功能對電機設備故障進行診斷。

電機振動的測量與診斷

電機產生振動原因較復雜，振動診斷分兩個層次進行：一次診斷是簡易診斷，確定電機總振動級是否超過各種標準規定的限值，決定是否需要進行二次診斷：二次診斷是振動的精密診斷，診斷的目的是要確定產生故障的部位和振動產生的原因，首先要使用各種測量和分析儀器進行振動的測試和分析，同時還必須使用振動分析軟件和依靠運行經驗和診斷分析積累形成的診斷軟件

6 結論

隨著現代科學技術的發展，工業設備對電機的安全性能提出越來越高的要求，因此電機的設備故障診斷技術受到越來越多人的關注。希望本文能豐富電機故障診斷理論，適合社會的需求，為社會的經濟和工業發展作出一點貢獻。

參考文獻

[1]田慕玲 電機故障診斷中的小波分析方法及小波基選取[J].煤礦機械，2007，05：176-178.

[2]董濤，程培源，樊波，孟飛翔.基于單相功率頻譜分析的感應電機故障診斷[J].大電機技術，2011，02：20-22.

（作者單位：博思特能源裝備（天津）股份有限公司）