用振動分析方法診斷交流電機電氣故障

許 鋒

（安徽皖南電機股份有限公司，安徽宣城 242500）

0 引言

在電機等電氣設備運行過程中，溫度過高或過低都會導致電氣故障。當溫度超過了電氣所能承受的極限值時，主要影響到導體的材料及電接觸不良兩方面，有機絕緣體材料會軟化、脆弱，絕緣性能隨之降低甚至擊穿。當交流電機工作時，若電接觸不良，會導致由于溫度過高而產生的彈簧壓緊，觸頭彈簧壓力隨之降低，從而使自身的穩定性能變差，導致電氣故障頻發。

1 電機故障的振動分析

1.1 振動分析

在常見的交流電機電器故障診斷中，技術人員通常采用振動分析方法，應用振動分析技術，有效分析電機的振動信號，實現對電機狀態進行相應調節與檢測。根據振動分析學的原理進行故障診斷，保障電機的正常運行，提高電氣裝置的安全性，最終達到降低檢修及維修費用的目的。振動分析學也為電器維修提供了技術支持。

1.2 設備運行引起的電氣故障

電流過大會產生電動力、電網逆行等現象，又會導致電氣故障的產生，如三相電源的不對稱現象、三相負載的不對稱現象、中性點偏移現象等，都會導致電氣故障。在工作過程中，電流過大則不可避免地導致電動力、電網運行方面的變化，電機又緊密影響著電流的大小。雖然小電流電動力對電氣設備的正常運行沒有顯著影響，但是大電流電動力卻非常有害。大電流電動力，尤其是在短路電流的影響下，會產生非常強的電動力，直接導致電氣設備的損壞，與之相似的是變壓器故障。變壓器產生故障的原因有很多，常見的變壓器故障有變壓器漏油、變壓器接頭過熱、變壓器受潮等。

1.3 電網運行工況變化

在交流電機的電氣故障檢測中，主要觀察三相電源和三相負載的變化。三相電源的不對稱、三相負載的不對稱都會導致電源或負載沒有按規定運行，導致系統偏離正軌。三相電源和三相負載偏離較小時，對交流電機電氣設備的影響也相對較??；偏離值較大時，當超過了規定范圍，就會導致電機產生故障，甚至損毀交流電機電氣設備。

2 常用解決方法

因為電機電氣故障工作原理和結構特征上的特點，交流電機電器診斷的不同方法，主要取決于所采用的檢測技術和進行故障分析時所采用的設備。交流電機電器的多變性和多重性導致了它在診斷過程中存在復雜性，在故障的檢查過程中，通常需要綜合應用多種診斷方法進行分析，采用的主要方法有電流分析法、振動診斷分析法和頻譜分析法。

2.1 頻譜分析法

通過對振動特征頻譜進行分析，監測機械問題和電氣故障。交流電機的故障通常需要用到高分辨能力的細化譜，通過細化譜來進行相應的分離工作，在分辨轉速頻率的諧波頻率、進行頻譜分辯的過程中，轉速頻率必須＞0.5 Hz（圖1）。

圖1 非驅動端軸向6X 處的細化頻譜

2.2 電流分析法

觀察頻譜，分析電機定子電流增減變化，判斷波形走向，進而判斷電機的故障程度，直致找出故障原因。電流分析法作為作業的主體，主要通過診斷電流電機氣隙偏心、轉子斷條來進行，而定子繞組故障和轉子的不平衡等也是導致電機故障的主要原因。

2.3 振動分析法

振動診斷主要用于各種電機在穩定運行時。各種電機在穩定運行時，都存在振動頻率，是一種典型特性和被允許的限值。當同一座電機出現了不同故障時，它的振動副值、形式和頻譜也會隨之變化。電機本身不同缺陷和故障，會產生不同頻率的振動，振動成為通常情況下幾乎所有的電機產生故障的表征。

3 振動分析過程

在振動分析的過程當中，交流電機電氣故障會由于形式和頻譜的變化而被具體識別。所以，技術人員通過振動客觀反映電機運行狀態的同時，通常會對傳感器振動信號的變化進行分析與處理，精確找出不同振動信息與振動參數，再將所得到的信息進行比對與分析，精確判斷出故障產生的原因和相應的部位，通過數據分析，做出比較恰和實際的診斷方案。在振動分析交流電機故障的過程中，尤其要對轉子自身和軸系方面的問題深入探討，主要以交流電機的軸心軌跡和潤滑油溫來分析系統方面的問題。

4 電氣故障振動特征

4.1 定子偏心

交流電機的主要故障有定子偏心。通過綜合考慮設備的具體情況，參考檢測總結出的經驗，通常在兩倍電源的振動下，交流電機就會產生故障。交流電機的定子偏心，其內部振動源是定子，通常情況下會通過同步平均譜、細化譜分析、斷電試驗這三種方式來區分機械松動問題還是其他方面的問題。

4.2 轉子偏心

交流電機氣隙的變化會導致故障產生，可以通過轉子偏心來實現。轉子偏心一般存在于電機定子與轉子的空隙之中，如果電源頻率到達了二倍及以上時，最靠近的轉速頻率的諧波頻率之間會產生脈沖效應，引起脈沖振動，從而導致偏心的轉子與定子間產生了氣隙不均，由于兩者相對旋轉，導致了兩者的可變性。

4.3 轉子條松動故障

在交流電機的故障中，轉子條松動也是交流電機故障產生的主要原因之一。通常情況下，振動頻率幅值增大得十分明顯，主要是由轉子條導致的。由于二次諧波頻率的變化會導致轉子條的松動，而達到轉子條松動的條件通常情況下是使轉速頻率達到第二、三、四和第五階諧波頻率來實現的（圖2）。在這樣的條件下，兩側的邊帶產生變化，從而兩側的頻率邊帶導致轉子故障。

5 振動分析法診斷實例

圖2 電機驅動端垂直方向頻譜

2010 年10 月中旬，技術人員在對交流電機故障進行日常的檢查過程中，發現在場的某個電機的振動存在異常，因此加大了對交流電機故障的檢查力度。因為電機的極數是二極，電機轉速為3000 r/min，而巡查時采用的線數為1 kHz 400 線，這對現場檢測造成阻礙。因為當二倍振動開始時，技術人員很難分辨，所以選用250 Hz 3200 線細化譜重新監測。

6 結語

在目前我國的經濟市場整體下，很多工作由交流電機來完成，如何保證電機的正常運行，成為時下最為必要的工作重點。結合對交流電機故障產生原因的分析，電機在檢修時振動降低可以恢復電機的正常運行。