技术应用
          1. 全国工业行业设备状态监测

             

            《全厂电机、变压器故障检测方案书》

               

            [项目概述]
             跨入二十一世纪的企业,面临着日益加剧的市场竞争和全球一体化的浪潮,为保证设备稳定运行,各大公司在生产设备上面临的高投入、高技术、高风险、高发展的形势下,如何保持生产工艺过程和运行设备处于最佳状态,提高生产率,降低成本是每一位领导和管理者面临的挑战。
             设备状态监测是根据企业的设备性质,采用不同监测手段:点巡检、精密分析、在线实时监测,整合这些手段到同一平台,以同一标准体系管理,建立全厂、全公司的状态监测与预知维修的网络化管理系统。
             其中对关键设备实施在线监测,实时掌握设备运行状态,及时调整和实施应对的设备维护策略,可以有效降低设备非计划停机时间,延长设备寿命,降低设备维护费用。是状态监测体系中至关重要一环。
             状态监测与故障诊断技术就是利用现代化科技对设备运行状态进行检测,通过对大量数据的分析,判断设备故障,进而指导维修工作,为设备安全可靠运行提供保障。
             当前状态监测与故障诊断国内大部分企业主要建立在对机械设备的振动监测基础上,其实随着社会发展,机电设备运用越来越多,对电气设备监测与故障诊断同样重要,因此西马力推出了在线故障检测与离线故障分析全方位结合的管理系统:

            全厂电机管理中的现实问题:

             

             

                      
                    如何能全面解决电气系统电机与机械的纷争?
                    电气工程师如何有效维护电机本体、电源系统
                    电气工程师如何进行轴承监测
                    电气工程师如何发现早期机械信号
                             如何能全面掌控全厂的电机、变压器的预防性试验结果?
                    还是每年进行一次的全年等待吗?
                    还在用原始的摇绝缘、测直阻的方法?
                             如何能够在日常性的巡检例修当中发现试验才能发现的问题?
                             如何能全面管理全厂的电机、变压器的设备
                    全厂电机状态监测管理系统?
                    全厂电机、变压器解体检修质量检验标准?
                    电机、变压器的早期故障如何发现?
                    全面掌控全厂的电机、变压器的设备运行状态,针对各个工业企业的特定环境下电机电气设备特点,开展状态故障分析,对关键设备进行重点检测,发现真正的故障原因,才是现代设备管理体系中最关键、最有效的手段。
                   
            在线运行电机采集电流、电压的时间信号
            只需输入简单的电机铭牌数据,即可完成整个分析;
            自动计算,自动拟合故障,智能诊断;
            完善的轴承库进行滚动轴承分析,精确诊断相关机械故障;
            自动生成4页WORD文档报告,全面评判电机系统的各项指标,直接给出分析结论。
            ATPOL-Ⅱ的检测特性
            诊断故障包括:
                  1、转子早期、中期、晚期的转子断条故障;
                  2、定子的电气劣化问题;
                  3、电机的动态偏心和静态偏心(定子扫堂);
                  4、轴承问题(故障信号);
                  5、对中及平衡问题;
                  6、变频器控制柜问题;
                  7、电源谐波问题等等
                        
            故障信号分析:
                  1、电机电流用环绕位于电机控制电源线或任何方便的电缆的电流传感器(CT)卡钳来感应;
                  2、电压使用电压夹钳和引线连接到启动器的输出或其他方便测试的点传感器(PT)进行采样;
                  3、三相电机中,为了获得系统的全部功率,需利用三个电流传感器卡钳和三个电压测试夹钳。
                         
             
            分析设备:高压电机、变频器、电机电源、机-械系统等等。
                    故障类型:
                    高压电机:转子断条、转子扫堂、振动(转子偏心)、轴承故障、对中动平衡信号。
                    变 频 器:控制柜(变频器)的IGBT、电容元件导通故障等等。
                    电源故障:电源谐波问题(最高63次谐波分析),电压波动时域信号分析等等。
                    机械故障:电机动态、静态偏心(定子扫堂)、对中及平衡问题、齿轮箱故障信号分析等。
             
                                     
             
            二)如何能全面掌控全厂的电机、变压器的预防性试验结果?—————《离线断电检测技术》
            1、传统电机故障检测系统:
                  直阻测量沿用上世纪70、80年代的直阻测量————技术陈旧、手段简单。
                  绝缘测试摇表,双桥,万用表,————设备功能简单,故障分析有限。
                  高压试验:耐压试验/ 泄漏电流 / 吸收比 / 极化指数,————设备笨重,只能在试验台检测。
                  试验指标更多的停留在简单的评价绝缘好坏,————只能模糊评价一个指标:好?坏?
                          设备好坏的状态级别?哪方面的故障问题?还能坚持多久不能给出量的指标。
                  全厂设备管理:仅仅停留在最基本的文本台账表格当中,————没有全厂电设备状态管理平台。
            2传统电气维护系统
                  供电质量:电能质量分析、功率分析、谐波分析、电气工程师检测工具
                  变电设备:电力变压器、及断路器、继电保护等相关设备
                  动力电缆:电缆绝缘诊断、电缆故障定位、电缆寻识
                  电气接点:电路热点普查
                传统检测方法
                供电质量:功率测试与谐波计量——价格昂贵、分析单一
                  单一的钳式功率表                         
                  简单的钳式谐波表
                  基本的功率谐波分析仪,功能简单。
             
             3、传统变电设备检测:
                变压器测试
                  l 耐压试验/ 泄漏电流 / 吸收比 / 极化指数 / 介损 ,————只能评价绝缘的简单模糊评价
                  l 绕组匝间测试/微电阻测试————试验设备笨重,测试结果简单,状态分析差
                  l 变比测试————测试结果简单,同样绕组状态故障分析功能差
                  l 绝缘油介电强度测试油中气体色谱分析水分测试局部放电试验、绝缘老化诊断
                                      ————测试结果并非直接故障数据,同样绕组状态故障分析推论性较强,直接效果差
            4、现场很难使用传统耐压试验设备,究其原因有以下几点:
             1、破坏性试验;
             2、波形复杂,难以分析;
             3、有些匝间短路的情况在波形上无反映;
             4、设备笨重。
            离线断电检测》静态电气测试技术介绍:
                            AT5代替传统检测手段:
            欧姆表 / 毫欧表
            绝缘电阻计(DA/PI)
            高压绝缘测试仪
             LCR 测试仪
             浪涌测试仪

                   核心技术:——— 静态电路分析技术(离线MCA技术)

                                                     

                    主要分析问题:

                    1、转子故障:

                         l 铸件缺陷、气隙不均衡、 偏心、

                         l 断条断环;

                    2、定子绕组故障:

                         l 匝间、线间(层间)、相间短路;              

                         l 绝缘缺陷(磁通集中至缺陷点)

                    3、检测技术:

                         l 将电机看成由电阻、电感、电容、电感组成的等效电路。             

                         l 运行中三相电流的平衡与否,要看三相阻抗是否平衡。

            (三)如何能全面管理全厂的电机、变压器的设备?—————全厂电机、变压器设备管理系统

              《全新的电机状态检测、设备管理系统全新的管理方案》:

                  全厂电机故障诊断与管理系统

                  电机动态在线故障诊断分析系统

                  电机静态故障分析系统

                  电机静态绕组故障智能检测系统

              应用设备范围 :

                  大型、中型、小型的AC/交流电机

                  直流电机/DC电机发电机、风力发电机

                  变压器、变频系统、开关柜

                   系统运用

                    无论是生产工厂还是厂内的维修部门,电机管理软件提供给您的将是完整的电机系统维护和组织管理系统。与电机动态在线诊断分析系统电机静态故障分析系统、电机静态绕线故障检测仪等分析系统结合使用,可以形成一整套预知维修系统。根据大量用户以及全国服务办事处的改进,软件已经成为为工业AC/DC电机和变压器制定跟踪、预定计划和维修记录的最强有力的工具。

            l 全厂电机、变压器故障诊断与管理平台:

                    

                  电机、变压器设备离线状态系统核心是一个数据库,在此您可以从您全部电机变压器的信息中获取和管理信息。

             

                  西马力(北京)仪器公司

                       AT(电机)事业部          史   光
            公司电话:010—68870408-转8019
            公司E-mail: shiguang@quotesreal.com
             

             

             

             

             

             

            电器精密点检工作在冶金行业的应用
            
            北京ig彩票有限公司
            史 光
            
            1、绪论
                国有大中型企业,近年来正在实现跨越式发展,为了提高设备管理与现代化水平,企业改制实行了设备点检与点检制为核心的设备管理模式。点检工作承载了公司电器、能源和动力设备等多方面的任务,确保高质量产品的顺利完成和附产品高经济效益,应用精密点检诊断技术及时发现并解决一些电气设备和机械方面的隐患,使电气设备维修管理模式逐步从预防性维修向预知性维修过渡。
            
            在电机故障中,据笔者不完全统计电机故障主要包括电机故障和轴承故障两方面,电机故障包括:转子故障和定子故障,分别占10%,37%;其中轴承故障大约占41%之多,比例也相当大。主要由于设备发生不平衡、不对中、碰摩、松动等问题引起。
            通常情况下在没有发现问题前的处理方法是将转子拆卸下来,到平衡机上进行动平衡 试验,不仅费时费力,而且耽误生产。因此,首先要进行的是先判断出问题所在,然后有条件的话尽可能地对发生不平衡故障的设备转子进行现场处理或进行现场动平衡工作,这样不仅可节省转子拆卸、回装、往返运输的时间,而且现场平衡是在工作转速下对整个转子系统进行平衡,平衡精度如果能够满足设备运转的需要,比在平衡机上对单个转子进行平衡效果要好。
            
            2、不平衡故障的机理及诊断处理
            通常能引起振动的类型有:电磁振动和机械振动两大类,具体原因如下所示:
            
            表一:

            振动类型
            引起振动原因
            电磁产生振动
            电机绕组接地
            绕组匝间短路
            绕组三相电流不平衡
            转子鼠笼条断裂
            定转子气隙不均匀
            转子轴弯曲
            铁芯异常
            机械产生振动
            轴承损坏
            轴套磨损
            电机底座螺栓松动
            油盖磨损
            靠背轮变形、靠背轮机械找正超标
            轴系中心偏差
            负载不平衡

            2.1、不平衡振动机理
            
            转子不平衡的特点是:围绕转子的旋转中心线存在着不均匀的质量分布,从而造成转子的质量偏心。
            造成偏心的原因很多:转子的材质不匀、毛坯缺陷、制造和装配误差,或运行过程中转子受热不均发生变形、污染物沉积在转子上形成结垢、以及由于疲劳、腐蚀等原因使机件发生断裂、磨损、脱落和其他损伤等。
            
            转子转动时,由于质量偏心的存在,每转动一周就会受到一次不平衡质量所产生的离心惯性力的冲击,这种惯性离心力周期作用的结果,便引起转子产生振动,并且故障信息总是以1倍转频的故障频率表现出来。(在xx公司相应的精密检测工作中确实得到很好验证)
            2.2、不平衡故障的类型
            
            (1)、按转子出现不平衡的阶段可分为:转子质量偏心和转子部件缺损两类。
            [1]转子质量偏心,亦称初始不平衡。
            
            造成质量偏心的原因很多,有转子的材质不匀、毛坯缺陷、制造和装配误差等。
            [2]转子部件缺损。
            
            一般指转子在运行过程中,由于受热不均发生变形、污染物沉积在转子上形成结垢、以及由于疲劳、腐蚀磨损等原因使机件发生断裂、脱落和其他损伤等。
            (2)、按转子质量中心线和旋转中心轴线之间的物理差异可分为:
            
            1.静不平衡   2.偶不平衡   3. 动不平衡。
            (3)、按进行平衡的端面数分为:
            
            1. 单面平衡 2. 双面平衡 3. 多面平衡。
            (对于静不平衡的转子,只进行单面平衡;对于动不平衡的转子,要进行双面平衡)
            
            2.3、不平衡故障的振动特征
            (1)时域波形是以转频为周期的近似正弦波。
            
            (2)频域中,振动的主要能量集中于转频(即基频、一倍频)处。
            (3)轴心轨迹为椭圆形。
            
            (4)相位比较稳定。
            (5)振动随转速的变化非常明显。
            
            据此特征,对所测转子及机组整体的振动信号进行分析诊断,若确实电机转子存在不平衡故障,即可着手对其实施现场动平衡。
            3、案例分析( 电力分厂给水泵电机 )
            
            3.1 、电机介绍
            电机为电力分厂给水泵电机,该机组生产状况为24小时连续运行。该机为底座支撑,刚性联轴器硬性连接形式, 电机质量5.3 T 。
            
            电机型号YKK 4507-2 F 功率560KW Y接 10000V 40A  50HZ IP44 转速2977rpm 厂家:长沙电机厂。在正常负载下,机组振动最大时达到12.5mm/s左右,由于是高转速电机,使得该设备不能正常稳定运行,严重影响生产产能的发挥,不能正常投入稳定运行。为此,电力分厂对该机组进行了振动监测和诊断分析,进行现场处理。(机组构成及测点见简图1)
            4、监测与分析
            
            4.1、 机组测点布置
            电机名称:3#给水泵电机
            
            电机位置:电力分厂 一炉上料区
            底座性质:水泥底座,
            
            电机测点分布在前、后轴承座处,如图1所示。
            前轴轴承包括:水平、垂直和轴向分别记为1H、1V、1A(如图示)
            
            机组底座进行8个测点,(1H~4H)为电机前轴测点,(1H’~4H’)为后轴测点。主要测量3个参量,水平、垂直和轴向的数据。测试点分布如图1示。
            
            
             
            图1 机组结构及测点布置示意图
            
            4.2测试准备阶段
            (1)选择性能可靠的振动测量仪、平衡仪及其配套选件:
            
                    (加速度传感器、光电传感器等仪器)。
            (2)对转子的振动信号进行测量分析,确定其是否是因不平衡引起的振动。
            
                     只有不平衡引起的振动才可通过平衡来消除。
            (3)平衡面数和加载半径的确定。
            
            4.3、故障现象描述
                 简易测振仪振动频谱图如下:(前轴承 VH)    
            
            
            
            
                      从振动简易振动频谱图上看振动有上升趋势,振动的最大速度有效值已达10.8mm/s,谱图上看其最大振动能量为基频17.5Hz( 1倍频/985r/min),其它分频量很小(有2倍频、3倍频、4倍频),振动波形图为近似正弦波,是较典型的动不平衡的故障特征,初步可判断机组存在动不平衡。
            4.4诊断分析
            
                   对该电机进行振动频谱分析发现,谱图中以一倍频为主且分量非常突出,即电机工频分量占主导。振动频谱图中一倍频分量突出时,应当首先主要考虑转子存在不平衡故障。对转速为985r/min的电机来说,当然还应考虑可能存在的电气方面的因素。监测发现,该电机两个测点垂直、水平方向的振动值都很大,符合不平衡故障的一般特征。并且发现电机在断电的瞬间,其振动值没有立刻显著降低,表明电机振动与电气因素无关。根据以上分析,判断电机振动故障是由机械方面因素引起的。
                   该电机振动不仅剧烈,而且振幅相对稳定,在短时间内没有急剧增长。在试车过程中,电机振动值对油温的变化并不敏感,没有迹象表明该振动故障是由轴承损坏引起的。综合以上分析,我们判断电机的剧烈振动是由于电机转子不平衡或者机组系统存在不平衡,并且和楼面产生了少量共振所致。
            
                   进一步测试中发现电机单体试车时,其振动状态良好,根据振动机理,一般情况下转子动不平衡的振动主要表现在水平方向上,而本例中却在水平、垂直和轴向上都有明显信息,这与该电机转子和连接齿轮变速箱的叶偶有关,叶偶旋转存在力偶不平衡,是造成振动大的真正原因。从而排除了电机本体转子存在主要不平衡的因素。
            上述判断在随后对连接电机和齿轮变速箱的叶偶的更换时得到了很好印证主要发现有:
            
            1、连接电机和齿轮变速箱的叶偶在安装时存在旋转平面对中不良,相应螺丝紧固程度不平均(如图2示)
            
            
                                                           图2
            2、再次将电机和新更换的叶偶进行联体试车时,电机机振动明显降低,能够满足要求。
            
            3、2008年8月13日再次将电机和新更换的叶偶进行联体试车时,电机垂直振动明显降低,为平常振动值水平:2.0mm/s左右 。(振动频谱如图3)
            更换叶偶后测点状态趋势图及频谱分析
            
            采样时间:2008-08-13 13:15:22;值:3.9 mm/s。
            测量频谱图如下:(水平VH)(垂直VV) 西马力公司SPM手持式现场振动分析仪测试
            
             
                                                                             图3 (VV)   
            
                    因此,对叶偶进行处理更换的做法是正确的,找出了电机不平衡的原因,消除了机组系统的不平衡,并且避免了对电机进行解体下线做转子动平衡的不必要的麻烦,最终使电机能够稳定运行,保证了生产的安全。
            三、经验总结
            
               本次故障分析是炼铁厂上料胶带机组检修的又一次性成功,从实践证明了离线监测与频谱诊断知识的重要性,它避免了在线电机的失修而造成的突发故障抢修。离线监测设备状态的趋势并结合频谱诊断知识是保证高速旋转机械设备稳定顺行的重要手段,它是设备在线监测系统的深层次、定量化分析的体现。
            电器精密点检人员更要在今后实际工作中熟练掌握频谱诊断知识,提高自己分析和判断故障的能力,结合在线监测系统的优势,努力实现设备状态的预知维修,避免设备的失修和过修,为公司设备安全稳定长周期运行提供有力的支撑。
            
                     实践也证明,电机精密诊断对诊断旋转设备振动故障具有很强的现场指导意义。作出电机发生振动故障的诊断结论。按此诊断意见及提出的治理措施,对机组系统进行处理,机组很快恢复了正常运行。为防止电机振动现象的发生,一方面,在机械设计中应合理设计转子的特征参数,尽可能使其固有频率偏离强制激振力的频率;另一方面,在设备运行中要加强维护。当设备运行条件发生改变或者电机系统出现异常如联轴器和叶偶出现问题时,要及时加以处理,消除故障隐患。

             

             

             

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