电气设备故障诊断各类故障的特征量(非电量)

振动与故障的关系
考核轴振动的变化 当传感器支撑结构的绝对振动小于转 轴相对振动的20%时，转轴相对振动或绝对振动都可以作为 转轴振动量参数；否则，要进行转轴绝对振动测量。如转 轴绝对振动值大于相对振动值，绝对振动是测量参数。
评定转轴与非转动部件之间的气隙 转轴相对振动作 为动静间隙的测量参数。
转子在临界转速下的共振；不平衡振动及转子缺陷引起的振动； 油膜振荡和油膜涡动；摩擦引起的振动；轴系扭振
一、振动与声响
•发电机的振动 •发电机组的扭振 •电力变压器的
异常声响
当变变压压器器正内常部运或行外时部，发生由故于障交时流，电电通流过波 形变发压生器变绕化组，，除在基铁本芯波形中即产正生弦周波期外性，的将 产交生变各磁次通谐，波引，起导铁致芯杂音片。的即磁属致于伸不缩正，常 现铁象芯，叠必片须间查的明磁原应因力并消以除及。线根圈据间异的常电情 况磁的应不力同引，起发振生动异，常变的原压因器主发要出有轻：微的 连①②③④续声的音“均比中嗡匀平夹有持时杂像嗡续增“水”，大劈沸声但，啪腾音比且”的和平有的“振时明放咕动明显电嘟（显杂声”属增音或声正大不。常。 声电紧均变响网固匀压）发部的器，生件爆内有单如裂部其相内声发固接部生。有地夹匝频或件间率谐、短。振铁路过芯或电压分压紧接、螺开变钉关 发压松多接生器动是触故过，由不障负在于良时荷电绕，，，磁组造其使应或成频变力引局率压下出部也器引线严发电起对重生流硅外过变超钢壳热化过片闪，。额共络使如定振放油， 果值使电温研，振急究磁动接剧出通增地升异增强不高常加，良沸、甚能或腾故至损未。障饱坏接与和硅地频，钢的率铁片金的芯间属相振绝部互动缘件关加，发 系段剧引生产必，。，起静生须利发铁电严立用出芯放重即该大局电放退关而部，电出系沉过变。运可重热压此行作的。器时进为“内应行故嗡部立检障嗡绝即修诊”缘停。断声击运的。穿并手，通
自激振动
依靠运动体本身不断为激励振动提供能量。最大特点
是激振频率接近于转轴的一阶临界转速。表现为转轴以轴心为中心
高速转动同时又以低频速度作弓状回转运动或称甩转（涡动、进 动）。
振动频率基本在一定范围内，和运动频率及外力的周期无关； 在某种转速（发振转速）下振动突然加剧； 如果加大振动阻尼，发振转速将上升，但和振动频率无关。
振动的基本参数 ：
周期振动（简谐运动）——位移，速度，加速度、相位角、频 率和振动力 其它如准正弦振动（增长或衰竭），冲击振动，不规则的随机 振动
振动与故障的关系
低频时 振动体的振动强度与位移成正比 中频时 振动强度与速度成正比（电机振动的主要频率范围） 高频时 振动体的振动强度与加速度成正比
如汽轮发电机，以及转速在100r/s以下的风机、水泵等 辅机的滑动轴承，常用振动位移的峰峰值或振动速度 的有效值（振动烈度，直接表示振动动量，反映的是 设备在振动下可能遭受振裂破坏的危险程度，反映设 备振动对人体和周围环境的危害）表达。
当设备内部出现故障、零部件产生缺陷、装配和安装情况发生变 化时，其振动的振幅值、振动型式及频谱成分均会发生变化，不 同的缺陷和故障，其引起的振动方式也不同。
设备缺陷带来异常振动，通过对振动的测量分析，可以揭露设备 内部隐形缺陷的存在和发展情况，有利于及时检修防止缺陷蔓延 与发展。
对异常振动不及时治理，也会促使设备连结部件松动、材质疲劳 而导致设备的损坏。
知检查。
一、振动与声响
•发电机的振动 •发电机组的扭振 •电力变压器的
异常声响 •其它电气设备的 异常声响
噪电声压互感器的声音异常
噪电声压是互感由器不中同产频生的率有和游不离同放强电、度静的电声放波电等混 合声原 螺而速栓因组、、引螺起成波帽听的长等得。、的见描频松的动“述率引噼噪、起啪声声的、共的压咝振主、”声之要声，类参功等声。数率音有、；因：声 场电等流。互在感器实的际声测音量异常中，常采用参数的相 对当值电，流如互声感器压开级路、时声，强会发级出、比声正功常率时大级得等。 频多谱的分“析嗡嗡能”揭声示。噪 声 的 规 律 性 ， 反 映 噪 声的各频率成分（量值、随时间的变化 规绝 律缘等子）的。电晕放电声 电端 绝 机子 缘设金 表备具 面噪上 产声突 生源出 的部 沿有分 面：的 放电电 电磁晕 会噪放发声电出可，、听被空得污气见染动的的 力声 噪音声，、还机有械其噪它如声绝、缘轴子承、噪套声管的、龟电裂刷和噪内 声部 等缺。陷等原因
局部过热的测量主要有：分布测点温度测量 （如热电偶、光纤温度传感器）、红外热成像、 绝缘分解物监测等手段。
二、温度
导致变压器油温异常的原因主要有：
• 温度及温升
运行中的变压器内部的铁损和铜损转化为热能，
通 ①过变油压循器环传内导部、故辐障射等引方起式的向发外扩热散剧，增当，达
• 铁心过热点 到 发热热平不衡平状衡态，时，油变循压环器死内角部各。部分温度趋于
振动与故障的关系
轴振动的特点： 位移峰峰值直接表示转子在机体内的位置变化，可以大致推断 出转子与固定部件如汽封等有无摩擦的危险； 在低速下可以测出测点位置的轴颈椭圆度或转子的弯曲值； 可测取轴心轨迹，对分析油膜振荡等故障较有效。
轴承振动的特点： 间接显示机组振动位移情况，如采用振动速度传感器或加速度 传感器，可以得到振动速度的有效值（振动烈度），有利于对 振动量作出评价； 装置于轴承盖上，利于检查、拆装和维护。
当电气设备内部存在短路性故障时，就会在局 部产生温度的急剧升高，形成所谓的局部异常 温升。
二、温度
• 温度及温升 • 铁心过热点
早期特征是铁心的 涡流和局部区域的 温度过高。 可通过红外热成像 准确测量。
交流电机定子铁心和电力变压器的铁心是磁路 的重要组成部分，设计时一般采用较高的工作 磁密，由于磁通是交变的，为了减少涡流和磁 滞损耗，叠成铁心的硅钢片都是表面涂漆而相 互绝缘的，当漆膜完好、片间绝缘良好时，铁 心温度较低，而且整个铁心温度分布是均匀的。
• 绕组局部过热 当这种端子连接不良时，就会发生过热使端子
• 化学信号视具体的设备 和故障机理有许多种， 如绝缘油含烃量、润滑 油酸阶等。
表• 征非电电气量设备的故监障测常在用电的气非电 特征设量备：故障诊断中有着 •振动重与要声的响应用，并产生 •温度了术与许、温多仪升新器兴 仪的 表测 技量 术技 、 •压力信、号位处置理及与变化分析技术
•绝• 缘非分电解量物监、测水装含置量的、研机械 杂质制等和开发是故障诊断
稳定。
•
绕组局部过热 点
变 变铁压压芯器器及顶绕夹层油组件温的的计匝环指间流示变短、压路内器、部上线引层的圈线油的接温放头。电发、
• 变压器绝缘 油油温异常
如 热果乃发至现铁油温芯超起过火标等准规都定引的起运变行限压度器，温或度者 虽 上 异，未常则超增认标高为但。变比压同器样上情层况油下温正异常常温。升超过10℃以
二、温度
• 温度及温升
三种导热形式： 传导、辐射、对流
电机中运行中内部进行着能量交换，同时内部 也存在着能量损耗。各种损耗都转化为热能， 使各部分发热，使它们的温度高于周围介质的 温度，即称为温升。
热能必须通过冷却来加强散发，即必须进行通 风冷却。
电机设备在运行中产生的能量损耗有：基本铜 耗（由于电阻引起，在传递能量的电气设备中 同样发生）、铁损（涡流和磁滞损耗）、机械 摩擦损耗、励磁损耗以及杂散损耗。
一、振动与声响
•发电机的振动 •发电机组的扭振
在轴旋转方向上产生的振动称为扭转振 动，简称扭振。
在由多个旋转组件组成的轴系中，如果
传递扭矩不恒定，存在交变力矩，能引
起扭振；轴上扭矩的突然增加或释放，
也产生轴系扭振。
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学的重要内容。
一、振动与声响
•发电机的振动
加振发强电动对机状不的态同振是振动衡动一量异般发常分电的为机识机能别械否才振持能动续诊和可断电靠运 出行磁引的振发重动此要两故指种障标。的。真正原因。
对对仅发运就电行电机中磁振的振动发动进电就行机有评组以价而下分言的轴，原承明因振显：动超和过允 轴相许刷①振对幅磨转动位值损子两移的加绕种和振剧组形绝动以匝式对，及间，位将产短衡移会生路量值导环；指。致火标转；是子使振滑机动环组的和连电轴 由器②于不定汽能、轮正转发常子电工间机作气的；隙轴严不比重均轴时匀承将；等会其导它致部机组 位密③具封定有系子更统铁大的心的破组振坏装动，接位连合移接处量部松，件弛因松；此动，和对应力 轴机增是④振组大机转动的；组子的振并发中测动危生心量情及事位更况基故置能。础的偏准部前移确分兆；地。。评振价动和加分剧析往往 ⑤不对称负荷以及机组在转子临界转 速下的共振、轴系扭振、油膜振荡和 油膜涡动、电磁谐振等。
振动与故障的关系
振振动动量所不表是示一的个设恒备定缺值陷，很而多是，按旋周转期机反械复的出大现部的分波故动信号， 或障是都由可相以同从频振率动、中不表同现振出幅来的。信号以及不同频率的信号相 互叠加的复杂波形。
例如，静或动不平衡；轴系不对中；转子轴承损坏； 每部个件振联动结均部能分用松振动动；位轴移承峰润峰滑值不（良从；振动动静波部的件最间高发点—— 波生峰摩到擦最、低碰点撞—；—气波穴谷；之固间体的冲直击线等距等离。）、平均值、有效 值等多种形式表示。
•
绕组局部过热 点
பைடு நூலகம்
当这种压力长期增加时，会造成外壳的塑性变 形，即胀肚现象，严重时造成外壳破裂。同时， 在外壳裂缝处或焊接薄弱处，引出线瓷套管与
• 变压器绝缘油 外壳连接处，瓷套的顶部等处会出现渗漏油。
油温异常
• 电力电容器 过热
二、温度
• 温度及温升 • 铁心过热点
绝缘套管的中心部位贯穿着通电流的导体，此 导体经过套管头部的端子金具与母线相连 接。
如对于高频振动或要求传感器必须在100℃以上工作时， 则采用振动加速度有效值表示。
振动与故障的关系
强迫振动
受外力的激励作用而产生。特点是振动频率同步于外
来激振力频率（如旋转机械的转速）或等于它的整数倍；振动的峰
值出现在比较窄的范围内，即轴的临界转速；加大振动系统的阻尼
仅使振动峰值增减，不影响其频率；激励来源于转子不对称、不平 衡或外力的影响。
当由于各种原因破坏了铁心绝缘而造成片间局 部短路时，短路的局部区域将产生较大的涡流 而发热，进一步破坏相邻部分的片间绝缘而使 故障进一步扩大，当环流增大到一定程度时， 将使硅钢片熔化、局部高温同时将破坏绕组 （线圈）绝缘造成电事故。
二、温度
• 温度及温升
• 铁心过热点
• 绕组局部过 热点
绝缘系统是电机机械和电气方面较薄弱环节， 电机和变压器的绕组由于匝间短路、股线断裂 造成内部放电，因绝缘磨损造成局部漏电流增 大，线圈连接焊接不良导致局部过热是较常见 的故障。其先兆是局部温升高，出现绝缘分解 的异味等。
②冷却装置散热不正常。
冷却装置运行不正常或发生故障， 如潜油泵停运、风扇损坏、散热管道 积垢不畅、散热器冷却效果差等都引 起温度升高。
二、温度
• 温度及温升 • 铁心过热点
电力电容器在运行中，由于环境温度的升高及 过负荷，使介质损耗增加而发热，从而引起电 力电容器浸渍剂受热膨胀，增加对外壳的压力。
电气设备故障诊断
第四讲：各类故障的特征量 （2.非电量）
序：非电量在电气设备诊断中的应用
• 设备运行状态量中的非 电量包括机械量信号及 各种化学信号等。
• 机械量信号有：①与生 产功能无直接关系的信 号，如振动、声音、轴 承温度等；②与生产功 能有直接关系的信号， 如汽轮机的汽压、汽稳、 转速等。
电同将当很对力步产电高汽系发生网的轮统电自故交机次机激障变和同参磁，应发步数现突力电振与象然和机荡电，短扭具的力引路转有影系起或变很响统扭油形大。参振开，的如数。关而危采之突产险用间然生性串发跳扭。联生闸振补电时。偿 感， 这电电轴种容容系随器振中机时荡出扭，，现振，
振动与故障的关系
对于旋转机械，振动量是重要的运行状态特征，一切正常的 旋转机械都会或多或少地发生它自己特有规律的振动（正如 人体的脉搏）。异常振动是机械内部缺陷的表征。