用振动分析方法诊断交流电机电气故障

2021-01-05许锋

设备管理与维修 2020年19期

许锋

（安徽皖南电机股份有限公司，安徽宣城 242500）

0 引言

在电机等电气设备运行过程中，温度过高或过低都会导致电气故障。当温度超过了电气所能承受的极限值时，主要影响到导体的材料及电接触不良两方面，有机绝缘体材料会软化、脆弱，绝缘性能随之降低甚至击穿。当交流电机工作时，若电接触不良，会导致由于温度过高而产生的弹簧压紧，触头弹簧压力随之降低，从而使自身的稳定性能变差，导致电气故障频发。

1 电机故障的振动分析

1.1 振动分析

在常见的交流电机电器故障诊断中，技术人员通常采用振动分析方法，应用振动分析技术，有效分析电机的振动信号，实现对电机状态进行相应调节与检测。根据振动分析学的原理进行故障诊断，保障电机的正常运行，提高电气装置的安全性，最终达到降低检修及维修费用的目的。振动分析学也为电器维修提供了技术支持。

1.2 设备运行引起的电气故障

电流过大会产生电动力、电网逆行等现象，又会导致电气故障的产生，如三相电源的不对称现象、三相负载的不对称现象、中性点偏移现象等，都会导致电气故障。在工作过程中，电流过大则不可避免地导致电动力、电网运行方面的变化，电机又紧密影响着电流的大小。虽然小电流电动力对电气设备的正常运行没有显著影响，但是大电流电动力却非常有害。大电流电动力，尤其是在短路电流的影响下，会产生非常强的电动力，直接导致电气设备的损坏，与之相似的是变压器故障。变压器产生故障的原因有很多，常见的变压器故障有变压器漏油、变压器接头过热、变压器受潮等。

1.3 电网运行工况变化

在交流电机的电气故障检测中，主要观察三相电源和三相负载的变化。三相电源的不对称、三相负载的不对称都会导致电源或负载没有按规定运行，导致系统偏离正轨。三相电源和三相负载偏离较小时，对交流电机电气设备的影响也相对较小；偏离值较大时，当超过了规定范围，就会导致电机产生故障，甚至损毁交流电机电气设备。

2 常用解决方法

因为电机电气故障工作原理和结构特征上的特点，交流电机电器诊断的不同方法，主要取决于所采用的检测技术和进行故障分析时所采用的设备。交流电机电器的多变性和多重性导致了它在诊断过程中存在复杂性，在故障的检查过程中，通常需要综合应用多种诊断方法进行分析，采用的主要方法有电流分析法、振动诊断分析法和频谱分析法。

2.1 频谱分析法

通过对振动特征频谱进行分析，监测机械问题和电气故障。交流电机的故障通常需要用到高分辨能力的细化谱，通过细化谱来进行相应的分离工作，在分辨转速频率的谐波频率、进行频谱分辩的过程中，转速频率必须＞0.5 Hz（图1）。

图1 非驱动端轴向6X 处的细化频谱

2.2 电流分析法

观察频谱，分析电机定子电流增减变化，判断波形走向，进而判断电机的故障程度，直致找出故障原因。电流分析法作为作业的主体，主要通过诊断电流电机气隙偏心、转子断条来进行，而定子绕组故障和转子的不平衡等也是导致电机故障的主要原因。

2.3 振动分析法

振动诊断主要用于各种电机在稳定运行时。各种电机在稳定运行时，都存在振动频率，是一种典型特性和被允许的限值。当同一座电机出现了不同故障时，它的振动副值、形式和频谱也会随之变化。电机本身不同缺陷和故障，会产生不同频率的振动，振动成为通常情况下几乎所有的电机产生故障的表征。

3 振动分析过程

在振动分析的过程当中，交流电机电气故障会由于形式和频谱的变化而被具体识别。所以，技术人员通过振动客观反映电机运行状态的同时，通常会对传感器振动信号的变化进行分析与处理，精确找出不同振动信息与振动参数，再将所得到的信息进行比对与分析，精确判断出故障产生的原因和相应的部位，通过数据分析，做出比较恰和实际的诊断方案。在振动分析交流电机故障的过程中，尤其要对转子自身和轴系方面的问题深入探讨，主要以交流电机的轴心轨迹和润滑油温来分析系统方面的问题。

4 电气故障振动特征

4.1 定子偏心

交流电机的主要故障有定子偏心。通过综合考虑设备的具体情况，参考检测总结出的经验，通常在两倍电源的振动下，交流电机就会产生故障。交流电机的定子偏心，其内部振动源是定子，通常情况下会通过同步平均谱、细化谱分析、断电试验这三种方式来区分机械松动问题还是其他方面的问题。

4.2 转子偏心

交流电机气隙的变化会导致故障产生，可以通过转子偏心来实现。转子偏心一般存在于电机定子与转子的空隙之中，如果电源频率到达了二倍及以上时，最靠近的转速频率的谐波频率之间会产生脉冲效应，引起脉冲振动，从而导致偏心的转子与定子间产生了气隙不均，由于两者相对旋转，导致了两者的可变性。

4.3 转子条松动故障

在交流电机的故障中，转子条松动也是交流电机故障产生的主要原因之一。通常情况下，振动频率幅值增大得十分明显，主要是由转子条导致的。由于二次谐波频率的变化会导致转子条的松动，而达到转子条松动的条件通常情况下是使转速频率达到第二、三、四和第五阶谐波频率来实现的（图2）。在这样的条件下，两侧的边带产生变化，从而两侧的频率边带导致转子故障。

5 振动分析法诊断实例

图2 电机驱动端垂直方向频谱

2010 年10 月中旬，技术人员在对交流电机故障进行日常的检查过程中，发现在场的某个电机的振动存在异常，因此加大了对交流电机故障的检查力度。因为电机的极数是二极，电机转速为3000 r/min，而巡查时采用的线数为1 kHz 400 线，这对现场检测造成阻碍。因为当二倍振动开始时，技术人员很难分辨，所以选用250 Hz 3200 线细化谱重新监测。