电机状态评估(MSE)

电子技术与信息科学工程师的协会，是世界上最大的专 业技术组织之一（成员人数），拥有来自175个国家的36 万会员（到2005年）。IEEE定义的标准在工业界有极大 的影响。 24
2012年10月26日
电机离线诊断技术—MCA技术
Off-Line Motor Circuit Analysis
MCA技术的原理
故后的停机检修会企业带来很大的经济损 失和巨大生产影响，因此必须高度重视！
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2012年10月26日
近年来高压电机维修维护费用
费用逐年增加，且幅度增长大
随着使用时间的增长，预防性维修维护需求突出 维修策略的科学性更显重要
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2012年10月26日
目前的维修维护状态
事后维修 预防性维修
预测性维修 预知（主动）维修—基于可靠性的维
静态电路分析（MCA）
动态效率仪
动态电信号分析（ESA） 动态机械测试 DMT 红外分析 振动分析 超声诊断
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2012年10月26日
电机检测的误区—技术上的误区
绝缘表就可解决问题
对地绝缘问题仅 占电机系统故障中 5%以下！！
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2012年10月26日
电机检测的误区—认识上的误区
电桥可以检测到匝间短路
I/F I/F
- 50% - 0%
即电流减少一半 即电流不变
纯电容电路：
I/F
100%
即电流增加一倍
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2012年10月26日
精确区分匝间/层间/相间故障---相角与I/F的关系
I/F Fi I/F Fi I/F Fi -45 67 -45 67 -45 68 -45 68 -45 68 -45 68 -42 64 -44 64 -42 68
12%
根据EPRI（美国电力科学研究院）的报告，电机故 障的53%源于机械原因，如轴承故障、不平衡、松动等； 47%源于电气原因。这其中，10%源于转子，如铸件缺陷 导致的不平衡气隙、断条等；37%源于定子绕组。
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2012年10月26日
引起故障的外在因素
5% 12% 6% 24% 过载 潮湿 润滑不良 化学污染 粉尘颗粒 17% 单相运行 轴承失效 绝缘老化 其它
2、为甲方的高压电机及关键低压电机提供常规离线测试评估； 3、为甲方的提供常规电能质量的检测评估；
4、为甲方高压电机及关键低压电机的维修策略提供技术支持服 务；
5、支持甲方并建立高压电机及关键低压电机建立状态数据库进 行长期科学管理和跟踪； 6、为甲方高压电机及关键电机异常状态提供紧急在线测试评估 服务； 7、为甲方外送高压电机维修维护提供离线和在线质量验收检测 服务；
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2012年10月26日
交流电机的转子电磁特性静态测试
评估内部磁场的建立、气 隙的分布与漏磁；
定子三相电感的平衡依赖 于转子条或绕组的分布；
诊断：断条、不均恒气隙、 铸造缺陷、偏心等。
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2012年10月26日
静态监测 —— 转子电磁特性评估
0 30 60 270 90
L(mH) 0 30 60 90 120 AB 106 106 105 104 104 AC 105 104 104 105 106 BC 104 105 106 106 105
缺点：
状态良好的设备也被频繁检修（维修过剩）
维修导致的损伤可能大于维修的益处 仍存在计划外故障停机 没有针对不同设备进行优化与寿命分析
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2012年10月26日
案例3
襄阳公司原料磨主电机故障
2012年7月2日，襄阳公司原料磨主 电机（6500kw）运行中跳停，并导 致窑缺料停机近50小时。检查电机 定子绕组短路，转子绕组接地，电 机大修费用近62万元。原因是：该 电机3月份外送保养过程中未检查 发现并处理有载纬带的缺陷，致使 电机在运行过程中出现纬带撕脱引 起电机故障。
MCA的基本原理是将电机看成是一个包含电阻、电感、电容的 复杂电路进行分析，从而诊断其状态。由于ALL-TEST检测仪提供高频 、真正弦波，完全静态模拟电机的运行状态，因此得以准确评估绕组品 质。这一点是包括电桥在内的其它仪器无法做到的。
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2012年10月26日
MCA技术的核心之一：阻抗测试
定子
2012年10月26日
MCA技术的核心之三：I/F倍频测试
对于某相绕组，测试频率加倍前后，看电流的变化：
I=
U R2+(ωL-1 )2 ωC
I 频率加倍 =
U R2+(2ωL--
1 )2 2ωC
倍频测试值 I/F，即频率加倍的变化率： I/F = ΔI I = I2－I ×100% I
纯电感电路： 纯电阻电路：
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10% 5% 1% 20%
2012年10月26日
常规检测/状态监测的模式
过去
现在
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2012年10月26日
电机监测与管理系统的建立
静态电气测试 SET
欧姆表 / 毫欧表 绝缘电阻计（DA/PI） 动态电气测试 DET 电压表 安培表
高压绝缘测试仪
LCR 测试仪 浪涌测试仪
功率表
数据采集器 电源质量分析仪
1) 认为三相平衡是电阻值的平衡是错误的；
2) 运行中三相电流的平衡与否要看三相阻抗是否平衡；
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2012年10月26日
电机检测的误区—概念上的误区
使用匝间耐压试验仪？
20
2012年10月26日
电机状态评估--（MSE）
电机离线诊断技术
Off-Line Motor Circuit Analysis
匝间 IEEE PENROSE 定理
线间
相间
Fi与I/F >±2 —— 同相、同绕组的匝间短路 Fi>±1,I/F 平衡 —同相绕组中的线圈间短路 （层间短路）
Fi平衡,I/F >±2 —— 相间短路
高压电机外送专业维护约60万/3年（分摊 维修维护测试改进（安全套件）硬件及安装费 20万/年） 用15万元 低压关键电机现场维护约5万/年 合计：约21万/年（改进为一次性投入，长久 合计：约45万/年 受益） 22 2012年10月26日
维修部新的专家技术支持服务
1、为甲方的高压电机及关键低压电机提供常规在线测试评估；
修
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2012年10月26日
事后维修（RM)
优点：
不必投资在状态监测上 不会出现过度维修 适用于少数非重点设备且有备用设备
缺点：
无法预测事故停机
产生设备二次损坏及灾难性后果 生产损失 高额维修费用
管理失控
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2012年10月26日
案例1
阳新水泥磨循环风机电机故障
2011年4月底阳新公司水泥磨 循环风机电机运行中跳停，并影 响高压总开关跳，导致全厂停电 ，窑停了2个多小时，水泥磨停了 30多小时（幸亏有备用电机）电 机修理用了5天，费用8万余元， 损失巨大！！！
现有维修维护模式
1、电机损坏进行维修占5% 2、高压电机现场维护至少1次/年 3、高压电机外送专业维护约1次/3年
4、低压关键电机现场维护至少1次/年
基于MSE的维修维护模式
1、所有重要电机由维修部进行MSE测试每年 1 ～2 次 2、高压电机和关键电机只在测试报告依据上 进行维护维修 3、状态趋势的跟踪分析，提前发现隐患，给 予更科学的维修维护策略 4、降低过度维修和维修失常带来的费用和影 响
电机在线状态监测
On-Line Electrical Signal Analysis
电机全面性能诊断分析软件—ESA
（Electrical Signal Analysis ）
电能质量分析及上传软件----PSM
（ PowerSight Manager）
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2012年10月26日
模式及费用比较
绕组问题
三相电感与阻抗不是“平行关系”，三相不平衡的 原因多源于绕组线圈污染或过热。
Z30 L25
20 15 10 5 0 1
25 9
23 11
28 7
Z L
2
3
32
2012年10月26日
MCA技术的核心之二：相角测试
简单的电阻测试不能解决匝间短路、转子问题。 交流电机真正的三相平衡是 阻抗与 相角 的平衡。 33
150
105
106 106 105
106
105 104 104
104
104 105 106
180
107 106 105 104 103 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
180 210 240
270 300
330
104 104
105
105 106
106
106 105
104
将转子一周看成时钟的12等分，在每个位置分别测试每相的电感受量 L， 利用Exel得出以上图形。由此看出是铸件缺陷导致不平衡气隙。 29
Rotor Pos ition
铸造缺陷导致不平衡气隙
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2012年10月26日
交流电机转子故障的快速评判
转子问题
三相电感与阻抗保持“平行关系”（同时大同时 小）,三相不平衡的原因来自转子；
Z30 L25
20 15 10 5 0 1 2 3
31
25 9
28 11
23 7
Z L
2012年10月26日
交流电机绕组故障的快速评判
现有维修维护模式费用估算（以一条 日产4000吨水泥熟料生产线估算） 基于MSE的维修维护模式费用估算
电机损坏进行维修估算10万/年 高压电机现场维护至少10万/年
16台高压电机及关键电压电机MSE测试及报告 5000元/台（高压电机）约9万/年，2000元/台 （低压）3万/年 常规维修维护费用（工厂）10万/年
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2012年10月26日
案例2
宜昌公司4#水泥磨风机电机故障
2010年3月31日，宜昌公司4#水泥 磨风机电机运行时，振动大、响声 异常，停机检查电机转子断条，更 换备用电机，最终电机定转子大修 ，电机修理约8万元。
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2012年10月26日
预防性维修(PM)
优点：
维修以可控制的方式在方便的时间进行 减少意外事故，有效避免灾难性事故 可更好的控制备件，节约资金
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2012年10月26日
预测性维修（PDM)
优点：
减少意外停机 仅在需要时购买和使用所需备件 只需在适当时候进行维修
缺点：
监测仪器、系统、服务、人员花费
不能延长设备寿命
10
2012年10月26日
预知（主动）维修—基于可靠性的维修(PAM)
优点：
设备寿命延长,停机时间减少 设备可靠性增加,减少故障及二次损坏 总维护费用降低
缺点：
监测仪器、系统、服务、人员花费
要求特殊技能 需要更多时间进行分析 全体员工改变观念
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2012年10月26日
现状
必要性常常只有百分之
十，而约百分之九十的 电机的维修是没有必要 的;
有些电机已经发生故障却 没能及时检测出和维修， 有些电机没有故障却也要 停下来维修。
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2012年10月26日
维修策略的优化
RM
PM
—事后维修 —预防维修
RM
PM
PdM —预测维修 PAM —预知(主动)维修
PM 对目标无法贯彻 将导致维修的倒退
PdM
RM
减少维修
PAM PdM RM PM
维修的优化
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2012年10月26日
电机故障分类
10%
41% 37%
轴承故障 对中问题 定子故障（短路等） 转子故障（断条等）
电机状态评估--（MSE）
Motor Status Evaluation 状态检测与故障判断
维修部
万兵
电机（高压）维修维护的现状及重要性
高压电机是目前生产线至关重要的设备，
所有大型设备驱动的主体；
高压电机在不同的工况和环境下运行；
高压电机在不同的维修策略下进行维修维
护。
由于高压电机故障大部分来的突然，且事
2012年10月26日
图例
107 106 105 104 103 1
Inductance (mH)
10.5ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ9.5 8.5 7.5 6.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
转子完好
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12
107 106 105 104 103 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
转子
电机绕组的重要参数包括：◆ 电阻 R
◆ 电感 L
◆ 电容 C ◆ 相角 Fi
◆ 阻抗 Z2 = R2+ ( XL - XC )
2
MCA 基本原理将电机看成是包含电阻、电感、电容的复杂电路。
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2012年10月26日
阻抗的平衡测试发现以下问题：
转子故障：铸件缺陷、气隙不均衡、偏心、断条 断环； 定子绕组故障：匝间、线间（层间）、相间短路 ；绝缘缺陷（将磁通集中点转向至缺陷点）。
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2012年10月26日
IEEE推荐的电气设备状态检测的时间间隔
电器类别
三相非重要电机 三相生产电机 三相关键电机 DC电机 变压器
干净、干燥 适中
12个月 6个月 3个月 6个月 12个月 9个月 6个月 2个月 6个月 9个月
脏、潮湿
6个月 3个月 1个月 3个月 6个月
注：美国电气和电子工程师协会(IEEE)是一个国际性的