電特性檢測技術在電機檢修維護中的應用

劉光哲　馬翔

摘? 要：現代社會經過多年的發展演變已經逐漸形成了以電氣化為主的發展模式。現代文明都是建立在以電為基礎上的。電機是重要的動力設備，其在各領域中都有著廣泛應用。做好電機的檢修維護將有助于提高電機使用的可靠性。以往電機故障診斷多采用的是對電機電流、電壓、絕緣情況的檢測，都是客觀檢測，從而導致電機故障檢測的準確性和定位精度都大打折扣。文章結合電機特性提出了電特性檢測法，能夠實現對于電機故障的高效、精確檢測。

關鍵詞：電機;電特性;故障檢修

中圖分類號：TM359.9 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）14-0161-02

Abstract： After years of development and evolution， modern society has gradually formed a development model based on electrification. Modern civilization is based on electricity. Motor is an important power equipment， which is widely used in various fields. Doing a good job in the maintenance and maintenance of the motor will help to improve the reliability of the motor. In the past， motor fault diagnosis mostly uses the detection of motor current， voltage and insulation， which is objective detection， which greatly reduces the accuracy and location accuracy of motor fault detection. In this paper， combined with the characteristics of the motor， an electrical characteristic detection method is proposed， which can realize the efficient and accurate detection of motor faults.

Keywords： motor; electrical characteristics; fault maintenance

前言

電機檢修維護難點在于以無損方式實現對于電機故障點的確診和快速定位。電機是應用于工業生產、動力傳輸等各方面的重要設備，其運行的穩定性和可靠性直接影響著生產生活的正常進行。如能夠在電機的預防性檢修中引入無損傷方法實現對于電機故障點的快速定位將有助于保障生產生活的高效進行。電特性檢修技術是一種通過對電機電氣參數進行檢測并實現電機故障精確定位的方法，其能夠借助于電機參數微弱的變化實現故障的診斷。

1 電特性檢測法的特點

電特性檢測法是基于RCM模式所推出的，其核心在于通過預防性的檢測將設備故障控制在可控的范圍內。電機是現代重要的動力設備，其檢測技術主要分為電氣動態、電氣靜態和機械特性三大方面，其中電氣動態和電氣靜態其都是通過對電機運行參數進行檢測通過數據處理分析用以判斷電機是否存在問題且問題出現在什么部位。機械檢測則主要對電機的機械部件進行性能檢測，其主要借助于電機各部件運行時所呈現的機械信號特性。以往在電機檢測中所使用的電壓、電流、繞組阻值等參數雖然能夠對電機進行故障檢測但是這一檢測方法是宏觀的，無法對電機故障點和故障的嚴重程度進行精確測定。電特性法其主要檢測的是電機的電特性參數，通過對電機的電特性參數進行采集、分析和計算，實現對于電機內阻值、絕緣特性微弱變化的判斷，借助于電機電特性參數判斷法可以實現對于電機的相間、層間以及匝間的絕緣性故障的有效判斷，同時借助于電特性參數還能夠實現故障的精確定位，判斷出該故障是發生于電機的轉子還是定子部分，從而為電機故障的前期判斷提供了良好的幫助。電機電特性檢測具有操作方便、故障定位快速等特點，同時在使用電特性檢測法時無需借助于其他的數據傳感器，憑借所檢測的電機電特性數據即可實現。

電特性檢測原理如圖1所示。在應用電特性檢測電機的運行特性時，可以使用相關電特性檢測儀器對相關的電特性參數進行檢測，并借助于相應的算法完成對于諸如電機內電阻、電感、阻抗、相角以及倍頻等參數的計算，在上述電特性參數中，阻抗和倍頻是至關重要的兩個參數。通過圖1對電特性檢測法進行分析，在等效電路中通過在電機的輸入端輸入高頻電流參數，在等效電路中分析后可以發現等效電路中的電感將占據著影響的極大比重，相較于等效電路中的電阻電感將發揮出更強的效果。因此，可以將等效電路看作一個純電感電路，在對等效電路進行電機故障檢測時，以匝間短路故障為例，電機在發生匝間短路故障時將會破壞電機之間的絕緣性，從而使得等效電路中的感性電路遭到了極大影響，在失去電感作用后，等效電路中電阻將占據著較大比重的影響，從而使得等效電路由純電感電路轉變為阻值較大的電阻電路。通過模擬計算，等效電路分別為純電感和純電容時其內部的電流分別為純電阻狀態下的0.5和2倍。電機電特性檢測法正是憑借著上述原理完成相關故障檢測的。在上述模擬示例中，匝間短路將導致模擬電路發生變化，等效電路將會由電感電路向純電阻電路發生轉變，電機的倍頻參數在這一變化過程中將逐漸由最高的-50%衰減至0，電機倍頻參數可以用于對電機內繞組質量進行判斷。

2 電特性檢測法的相關判據

2.1 電靜態三相平衡判據

IEEE電機三相平衡相關判據如下：電感偏移在5%以內的判定為電機狀態良好， 10%左右的判定為電機存在一定的問題，當電感偏移超過15%時則認定電機存在故障，需要及時進行檢修。阻抗偏移量在2%以內的認定為電機狀態良好，在3%左右的認定為電機存在一定的問題，而當阻抗偏移量超過5%時則認定為電機出現故障。倍頻差在0左右時認定為電機狀態良好，在2左右的認定為電機存在一定的問題，而當倍頻差超過3時則認定為電機出現故障。相角差與上述相似，在0左右時認定為電機狀態良好，在1左右的認定為電機存在一定的問題，而當相角差超過2時則認定為電機出現故障。上述參數中，偏移量指的是三相所測平均值的偏移最大值，倍頻則為實際測量值即電流在頻率加倍后的變化量，在頻率加倍后通過對等效電路進行分析電路將轉變為純電感電路，等效電路中的電流將為純電阻電路的50%，在等效為純電容電路時電流將為純電阻電路的2倍左右。上述變化可以作為電機故障的評判標準。

潘羅斯判據是由國外公司所提出的，其能夠應用于所有三相電機的評判，在應用電特性檢測法時可以借助于潘羅斯判據完成相關模型的建立，并利用模糊診斷法對電機故障進行仿真判斷。

2.2 電機故障評判準則和模擬診斷優化

在應用上述的三相平衡判據和潘羅斯判據后能夠對電機的三相平衡特性進行宏觀判定，同時借助于三相平衡判定標準可以對電機的健康狀態建立起一個初步的評判標準，但是仍缺乏對電機繞組絕緣性的精確判讀，在上述電特性參數的基礎上需要對所采集到的數據進行分析建模，借助于模糊診斷法對電機的健康狀況進行判定。通過對電機相關參數進行模擬，分別模擬了電機倍頻差>2時相角差超過2°的狀態、倍頻平衡時相角差>1°的狀態以及相角平衡倍頻差超過2°時的狀態，并通過模擬建立了仿真圖。通對模擬圖進行分析，在電機倍頻差>2時相角差超過2°的仿真圖中，其在波峰位置計算出產生了電流，這意味著電機內的同相、同繞組的絕緣性產生了一定的問題，同相、同繞組之間出現了短路電流。在電機倍頻平衡時相角差>1°狀態的仿真圖中，相角超過1%的部分出現了兩個較大的波峰，這意味著電機內的繞組間出現了層間短路電流，電機內繞組層間的絕緣性遭到了一定的破壞。在相角平衡倍頻差超過2°時的仿真圖中，在倍頻差超過2的仿真圖部分，出現了3個波峰電流，這意味著電機繞組層間的絕緣性遭到了破壞，出現了層間短路問題。借助于模擬數據可以清晰看出電機繞組間的故障，并能夠精確判斷出該故障是發生于電機的相間、層間還是匝間。

3 電特性檢測法應用實例

電機電特性檢測法具有檢測方便、無損檢測的良好特性，因此可以將其作為日常檢測項目，實現了對于電機的預防性檢修。某電機采用的是三相380V供電、額定功率達到了45kW，額定轉速為2980r/min。在應用電機電特性檢測法對于其運行狀態進行檢測時獲取了頭年和次年的電特性檢測參數。其中頭年的參數中并未發現存在問題，而在次年的檢測數據中，借助于三相平衡判據發現電機的三相繞組狀態呈現為一定的不均衡狀態，電機的電感和阻抗表現為非線性比例關系，通過模擬分析判定短路問題發生在電機的定子部分，同時根據判據其電機的相角差和倍頻差均超過了2，因此可以判定為電機內的定子部分出現了匝間短路。此后，在對電機進行拆機檢查后發現電機故障確實發生在上述區域，從而對電機的狀態檢測提供了良好的檢測手段。

4 結束語

電機應用廣泛，在一些重要區域無法對電機進行拆機檢測，借助于電機電特性檢測法將能夠實現對于電機的無損檢測與預防性檢測。本文在分析了電機電特性檢測法特性的基礎上，對電機電特性檢測的應用特性與應用實例進行了分析。借助于電機電特性檢測能夠憑借電機微弱的阻值變化實現對于電機早期的相間、層間與匝間短路故障的判斷，從而為電機的預防性檢修提供了數據支撐。電機電特性檢測法有著良好的應用前景，需要積極做好電機電特性檢測法的研究與應用，提高電機運行的可靠性與穩定性。

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