大型发电机状态监测与故障诊断

数据采集；数据处理；诊断。（根据数据处理的结果，报告设

附图 监测系统的原理框图

数据采集数据处理诊断决策诊断软件

传感装置发电机

运行技术措施

【电力监控专辑】

备的状态）。在有些情况下可能要依靠人来完成。

传感器仪表的读数是系统中某些部位的某些测试量的反映，例如来自电流互感器、电压互感器和加速度互感器的读数。通常的发电机上监测用的传感器还包括传递温度、转速、振动、力矩、电磁、磨损和碎片等量的传感器。

数据采集工作为记录各个表计监测量的读数，并按时间、地点、负荷条件等汇总。数据采集部分通常包含相互串联的三个部分：多路转换器，采样保持和模数转换器。采样保持单元基本上是一个高速放大器，在模数转换周期内存储各输入量，并把数值大小不变的信号送给模数转换器。模数转换器是数据采集系统的核心，要注意的是必须同时满足转换速度及精度这两方面的要求。

数据处理模块为采用一些科学的方法对采集量进行分析处理，如小波分析、频谱分析、时间平均、自相关和互相关等方法的应用问题。

诊断的功能包括，依据数据处理的结果，提出改善设备的运行状态与性能的措施，以及改进维修的计划。

当前世界一些国家采用和正在研制的发电机在线检测和诊断系统内容包括定子绕组、铁心、转子、氢（冷却）油水系统及机组轴系等各个方面。结合我国电力工业发展现状、电机制造水平以及若干年大型发电机运行多发性事故的特点，对容量２００～３００　ＭＷ及以上的汽轮和水轮发电机，应对以下方面进行监测和诊断：

定子绕组绝缘监测，主要是监测其局部放电状况；

发电机内过热监测与诊断；

定子绕组端部振动监测；

转子绕组匝间短路监测；

氢冷发电机氢气湿度及漏氢监测；

汽轮发电机扭振监测与诊断。

电机的故障诊断

故障诊断可以使系统在一定工作环境下根据状态监测系统提供的信息来查明导致系统某种功能失调的原因或性质，判断劣化发生的部位或部件，以及预测状态劣化的发展趋势等。

１．电机故障诊断的基本方法

（１）电气分析法 通过频谱等信号分析方法对负载电流的波形进行检测从而诊断出电机设备故障的原因和程度；检测局部放电信号；对比外部施加脉冲信号的响应和标准响应等；

（２）绝缘诊断法 利用各种电气试验装置和诊断技术对电机设备的绝缘结构和参数及工作性能是否存在缺陷做出判断，并对绝缘寿命做出预测；

（３）温度检测方法 采用各种温度测量方法对电机设备各个部位的温升进行监测，　电机的温升与各种故障现象相关；

（４）振动与噪声诊断法 通过对电机设备振动与噪声的检测，　并对获取的信号进行处理，　诊断出电机产生故障的原因和部位，　尤其是对机械上的损坏诊断特别有效。

（５）化学诊断的方法 可以检测到绝缘材料和润滑油劣化后的分解物以及一些轴承、密封件的磨损碎屑，通过对比其中一些化学成分的含量，可以判断相关部位元件的破坏程度。

２．基于交流电机的特征量

通过故障机理分析可知，交流电机运行过程中，其故障与否必然表现为一些特征参量为该设备在线监测的被测信号，准确地提取这些故障特征量，　这是故障诊断的关键。故障特征量，特别是反映早期故障征兆的信号往往比较弱，而相应的背景噪声比较弱，常规的监测方法，因受传感器的准确性、微处理器的速度、Ａ　／Ｄ转换的分辩率与转换速度等硬件条件的限制，以及一般的数据处理方式的不足，很难满足提取这些特征量的要求，需要采用一些特殊的电工测量手段与信号处理方法。例如小波变换原理的应用。

３．电机故障的现代分析方法

（１）基于信号变换的诊断方法 电机设备的许多故障信息是以调制的形式存在于所监测的电气信号及振动信号之中，如果借助于某种变换对这些信号进行解调处理，就能方便地获得故障特征信息，以确定电机设备所发生的故障类型。常用的信号变换方法有希尔伯特变换和小波变换。基于信号变换的故障诊断方法在电机设备故障诊断的实际应用中取得了很多成果；尤其是小波变换，很适合于探测正常信号分析中夹带的瞬态反常现象并展示其成分，在电机设备机械故障诊断中占有重要地位。但基于信号变换的诊断方法缺乏学习功能。

电气设备的故障与其征兆之间的关系错综复杂，具有不确定性及非线性，用人工智能方法恰好能发挥其优势，已用于电气设备故障诊断的人工智能技术有：模糊逻辑、专家系统、神经网络。

（２）基于专家系统的诊断方法 该方法是根据专家以往经验，将其归纳成规则，并运用经验规则通过规则推理来进行故障诊断。基于专家系统的诊断方法具有诊断过程简单、快速等优点，但也存在着局限性，基于专家系统的方法属于反

电气时代２００６年第１期 ｜　63

状态测点１状态测点２状态测点ｎ

异常否

检修决策

计算机在线数据采集与管理系统

历史资料

数据库故障诊断系统故障树及故障危害度数据库

运行和检修历史数据

附图 状态检修决策系统结构图

····异常正常