大型电动机、发电机的在线诊断技术

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1、大型电动机、发电机的在线诊断技术（日）末长清佳［摘要］本文介绍了JFE公司开发的4种大型电动机、发电机的在线诊断技术。定子的在线诊断技术采用电容耦合器检测岀定子绕组局部放电后从而诊断岀绝缘异常和槽楔松弛；局部放电的可视化技术就是通过将局部放电产生的紫外线中的300nm以下的波长可视化，完成白昼放电的可视化；转子的在线诊断技术是利用理论波形与运行中的轴电压波形比较，实现转子（磁回路系统）的异常诊断；起动电流曲线诊断技术则是将起动电流的形态与正常时比较，实现了起动装置和轴转矩的异常检测。利用这些技术，防止发生突发事故的。1前言炼铁厂使用的电气设备

2、有很多大型电动机和发电机。它们一般都没有备用机，假如发生故障，就不得不长时间停机。一般情况下，这些电气设备都在高电压下承受着很强的机械热应力和热应力运行，与变压器、断路器等其他电气设备相比，老化速度快，所以对其进行适当的维修和定时更新是很重要的。另一方面，由于这些设备的老化程度有个体差异，采用传统的TBM（基于时间的维护）会经常过度维修，过早更新。因此，为了安全运行和削减维修费用，实现CBM（基于状态的维护）在运行中实施可能的诊断技术重点研究开发。老化速度和变压器、断路器相比是非常快的。另外，根据美国EPRI（电力研究院）的调查⑵,电动机的故

3、障原因41%是轴承，37%是定子，10%是转子，其他占12%o一直以来，在电动机的运行管理中针对轴承的异常使用了轴振动计，针对定子的异常使用绕组温度计。但如果考虑老化形态和老化速度等因素，针对定子和转子的电气诊断就不够充分了。因此，我们针对定子运行中的局部放电测试技术、转子中的轴电压和起动电流的监测技术进行了技术开发。表1列出这次开发的技术成果，大体上涵盖了运行中的电动机、发电机的异常诊断。本文介绍2000年以后开发和研究成果。0.072电动机、发电机的劣化和发生的位置电动机由两大部分组成，即将电力转换为磁力的定子和将电磁力转换为机械力的转子

4、两大部分。定子在060长时期的运行中，由于绕组的绝缘内部产生气隙，在气隙内部产生局部放电，加速老化。由于定子绕组槽楔发生松弛，绕组在电磁力的作用下振动、磨损，在内部发生大型放电，可能引起早期绝缘击穿。由于加在绕组上的电压低，转子不易产生定子那样的局部放电老化现象。但由于构成磁极的零件在离心力作用下产生松弛，容易发生机械原因引起的磁极绕组部分短路（层间短路）等老化现象。电气学会曾以工厂电气设备为调查对象，对不同机器的故障率进行了比较。结果⑴如图1所示，电动机的0504030I—4;丄IXII—TI051015202530时间/年0.020.01

5、图1工厂电气设备的故障率3诊断技术3.1定子的在线诊断技术3.1.1诊断原理表1旋转电机的故障原因和开发的诊断技术部位故障原因常规技术所开发技的术热故障定子局部放电电阻温度检测器在线局部放电诊断槽楔松弛局部放电可视化轴承故障转子绕组缺陷振动测仪起动电流曲线诊断转子在线诊断定子绕组绝缘中发生空隙时的等效电路如图2所示。在这个等效电路中，空隙所在的绝缘体的阻抗Zi和空隙的阻抗Zv分别用式（1）和式（2）表示。本丄二丄CoCo）EeA0e槽楔空隙U2铜导线J绝缘体铁心(2)Zv=coCwsA二对地电位U按照阻抗的比例分压,可得绝缘体和空洞上的电位&

6、和E，,用式（3）表示：——•UDd+~~Dd+—另外，电位倾斜度和可用下式表示：U厂ZvdJUrv==乙+ZdAEi=—Dsd)+cAEsrE——=dedD+eDU(3)(4)(5)(6)式中真空中的介电常数,氏:主绝缘的相对介电常数,A:空隙的横截面积,D:主绝缘的厚度,a:空隙的厚度。一般情况下,旋转电机的绝缘多使用环氧云母。环氧云母的相对介电常数&约为4,由式（6）可知，绝缘中的空隙电位倾斜度是绝缘电位倾斜度的4倍时,且该空隙的电位倾斜度比空气放电初始电压DIV大时，空隙内部便发生局部放电。举例来说，如图3所示，回路电压为13.8kV

7、（对地电位（7=8.0kV）的空冷式旋转电机中，主绝缘厚度为4mm,相对介电常数为4o由此图可知，在空隙厚度超过0.1mm和空隙电位倾斜度超过空气放电初始电压时就会发生放电。在线诊断就是为在运行过程中测定这种局部放电，以掌握修理和更新的时机。3.1.2局部放电的测试局部放电的测试电路如图4所示。运行中局部放电的测试利用设在主电路上的电容耦合器进行。在在线测试中，由于有重叠噪声，通过滤波器和数据处理,提高了S/N比（信噪比LDIV空隙的厚度・6/（mm）(1>壬4耳DIV:局部放电起始电压Afc；:空隙中的电位图3产生空隙的局部放电计算实例3.

8、1.3诊断实例105.7MVA空冷式同步发电机的诊断实例如图5所示。本发电机在1999年8月开始运行，历经3年半，在20（）2年12月局部放电急剧增加，超过了警戒水