李 朔

（華電國(guó)際滕州新源熱電有限公司，山東 棗莊 277500）

發(fā)電機(jī)故障的交叉特性分析及機(jī)電聯(lián)合故障診斷研究

李 朔

（華電國(guó)際滕州新源熱電有限公司，山東 棗莊 277500）

發(fā)電機(jī)傳統(tǒng)的故障診斷方法對(duì)機(jī)電故障的交叉影響特征的分析不足，診斷過程不夠靈敏，可靠性也相對(duì)較低。本文通過深入研究了由發(fā)電機(jī)的電氣故障引起的發(fā)電機(jī)振動(dòng)的特征、發(fā)電機(jī)機(jī)械故障導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)電器特征、發(fā)電機(jī)故障的交叉特征等，詳細(xì)分析了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的檢測(cè)。

機(jī)電聯(lián)合故障診斷；交叉特性；機(jī)械偏心

1 引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電力的容量、電壓、聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)等方面的要求提高，發(fā)電機(jī)容量在200MW以上的發(fā)電機(jī)已經(jīng)成為我國(guó)電網(wǎng)的主力軍。2015年全年全國(guó)絕對(duì)發(fā)電量56184億千瓦時(shí)。其中，火電絕對(duì)發(fā)電量42102億千瓦時(shí)，同比下降2.8%。水力絕對(duì)發(fā)電量9960億千瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)4.2%。以能源結(jié)構(gòu)構(gòu)成的視角觀察，在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)主要的電能主要來源于傳統(tǒng)能源發(fā)電，尤其是火電、水電，并將一直成為我國(guó)主要的電能來源。一方面，由于發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不斷增大，對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行可靠性要求不斷增高，同時(shí)，發(fā)電企業(yè)將會(huì)因?yàn)閻盒怨收系陌l(fā)生產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)生惡略的影響。

2 發(fā)電機(jī)故障的交叉特性分析

隨著對(duì)大型發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)的診斷技術(shù)不斷研發(fā)升級(jí)，維修方式劃分為以下三種：定期維修、狀態(tài)維修、出現(xiàn)故障維修。出現(xiàn)故障維修∶成為最落后的維修方式，這種維修方法屬于“事后維修”，就是在故障發(fā)生并產(chǎn)生損失后才對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行的維修，這種維修方法無法提前預(yù)防。定期維修：定期停機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行維修，這種維修方法的判斷依據(jù)是發(fā)電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)和時(shí)間。其缺點(diǎn)是常常會(huì)引起設(shè)備的“過度維修”，它的針對(duì)性比較差。由于定期維修常常會(huì)提前更新設(shè)備，雖然提高了及其的可靠性，但是忽視了不同設(shè)備的運(yùn)行性能、質(zhì)量、工作環(huán)境的差異，縮短了其使用壽命。大部分發(fā)電機(jī)在沒有問題的時(shí)候被解體，然而，往往某些狀態(tài)并不好的設(shè)備，但是由于還沒有到人為設(shè)定的維修周期， 沒有被列入檢修范圍。這就產(chǎn)生了降低設(shè)備可用性的同時(shí)，還將出現(xiàn)機(jī)器性能維修后較之維修前下降的現(xiàn)象。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，耐壓測(cè)試等過度維修為設(shè)備帶來了如設(shè)備壽命縮短等負(fù)面影響，而且無法避免，余次同時(shí)，設(shè)備缺陷在檢修過程中尚沒有被發(fā)現(xiàn)。除此之外，大量的人力資源、能源資源、耗材資源等等被大量投入到檢修工作中，加上維修時(shí)機(jī)器停運(yùn)，這些都將產(chǎn)生嚴(yán)重的資源浪費(fèi)現(xiàn)象并帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前，國(guó)內(nèi)和國(guó)際上非常重視生產(chǎn)過程中狀態(tài)維修技術(shù)的應(yīng)用。對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組在線檢測(cè)和故障的診斷，可以做到提前預(yù)警，為保證資源的合理利用起到了重大的作用。

3 發(fā)電機(jī)故障的診斷現(xiàn)狀分析

特殊電氣機(jī)械設(shè)備的發(fā)電機(jī)，不僅價(jià)格昂貴，對(duì)制造技術(shù)、運(yùn)行條件和科學(xué)維修的要求非常高。我國(guó)目前擁有的技術(shù)對(duì)保護(hù)發(fā)電機(jī)、避免發(fā)生惡性故障的技術(shù)已經(jīng)非常完備，可以做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并進(jìn)行有效的實(shí)施保護(hù)。在檢測(cè)故障時(shí)，由于檢測(cè)對(duì)象的數(shù)量較少，一次檢測(cè)獲取故障信息的數(shù)量不夠，所以經(jīng)常性的對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行反復(fù)啟動(dòng)、停機(jī)，利用耗損機(jī)器的方法發(fā)現(xiàn)故障。這種方法在故障的診斷時(shí)是常見現(xiàn)象，并且漢南避免。有的故障由于發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、運(yùn)行安全性等因素的限制，傳感器在安裝過程中難度非常大。近十年來，發(fā)電機(jī)在故障檢測(cè)力度不斷加強(qiáng)，出現(xiàn)了以下不停機(jī)檢測(cè)的方法：“發(fā)電機(jī)定子繞組端部振動(dòng)監(jiān)測(cè)”；“轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障監(jiān)測(cè)”；“發(fā)電機(jī)的軸電壓檢測(cè)”；“軸電流監(jiān)測(cè)和局部放電故障監(jiān)測(cè)”等等。盡管如此，有些故障，例如“機(jī)械故障中的靜偏心故障”，在以上檢測(cè)過程中也很難檢測(cè)到，只有停機(jī)檢測(cè)才能夠發(fā)現(xiàn)。

4 發(fā)電機(jī)故障診斷分析

發(fā)電機(jī)最為常見的機(jī)械故障是偏心，偏心分為靜和動(dòng)兩種。偏心故障最長(zhǎng)見的對(duì)發(fā)電機(jī)的影響是引起機(jī)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)磁路磁阻會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象。進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)中磁通分部不均，此時(shí)，交鏈轉(zhuǎn)軸磁通就形成了。在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過程中，磁通的交會(huì)變周期性變化，軸電壓在轉(zhuǎn)軸上被感應(yīng)出來。在實(shí)際操作中，利用軸電壓信號(hào)來診斷發(fā)電機(jī)靜偏心是常用的檢測(cè)故障的方法。

發(fā)電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)不對(duì)稱由發(fā)電機(jī)偏心故障造成，軸電壓產(chǎn)生的原理如圖1所示。（a）、（b）、（c）、（d）是轉(zhuǎn)子分別處于0°、90°、180°、270°四個(gè)位置時(shí)，磁通的分布圖。由圖1可以看出，在發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，磁通隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生周期性交變是由于發(fā)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的，轉(zhuǎn)軸的兩端可以感應(yīng)到特定頻率的軸電壓，及其電壓量。我們可以判斷出軸電壓含有基頻成份，這種判斷是通過分析靜偏心產(chǎn)生軸電壓原理得出的，這種判斷不夠全面。實(shí)際上，軸電壓還包含其他各種諧波。因此，這種分析的方法不夠精確，無法準(zhǔn)確計(jì)算出軸電壓的特征分量。

5 總結(jié)

在大型發(fā)電機(jī)為研究對(duì)象的背景下，通過對(duì)國(guó)內(nèi)和國(guó)外發(fā)電機(jī)診斷技術(shù)的分析，研究當(dāng)前發(fā)電機(jī)在故障診斷中出現(xiàn)的問題，并分析了發(fā)電機(jī)電氣的故障交叉特征，介紹了故障檢測(cè)的現(xiàn)狀，并在發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障的檢測(cè)方面做了詳細(xì)的分析。希望對(duì)發(fā)電機(jī)故障的研究，起到參考作用。

［1］王正英.面向設(shè)備管理的機(jī)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)研究［D］.天津大學(xué)，2007.

［2］嚴(yán)可國(guó).大型汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷方法及監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)研究［D］.華北電力大學(xué)（北京），2009.

［3］向玲.電網(wǎng)沖擊下汽輪發(fā)電機(jī)組軸系彎扭振動(dòng)模擬試驗(yàn)研究［D］.華北電力大學(xué)（河北），2009.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.151

李朔（1985-），男，助理工程師。