电机可靠性状态监测与诊断管理系统.docx
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电机可靠性状态监测与诊断管理系统
电机可靠性状态监测与诊断
管理系统
西马力检测仪器公司
BMAAdvancedInstrumrntLtd.
前言
电动机在实际生产中应用很广,电动机和机械系统不可避免地劣化并发生故障,这些故障可能使生产停顿,导致代价昂贵的维修和停机损失。
因此如何在运行中更早知道电机的运行状态,做出维修计划。
在故障来临之际如何快速、及时、准确地在线检测出电机的故障,是运行部门和维护部门十分关心的一个重要议题。
根据EPRI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。
运行中的电动机会导致那些故障
运行中的电动机产生的故障主要有:
第一:
绕组匝间短路,相与相之间,相与地之间的故障,绝缘损坏,铁芯损坏,偏心等。
第二、对于笼型转子电机,严重时转子的断条和端环断裂等故障。
这些电机的故障如不能及时查出,会产生严重的后果,如当感应电动机鼠笼转子出现断条时,会使电机噪声增大,定子电流增大,效率降低,转矩下降,断条数目逐步增多,甚至会导致重大事故的发生。
对于电机监测和故障诊断的困惑!
对于电机故障的监测和故障诊断,我国工厂中大部分目前仍在采用的检测方法就是:
电机定期检查和故障维修,这种方法的缺点是可能造成人力的浪费和电机使用效率的降低,更不能杜绝意外事故停机的发生。
那么如何进行有计划、预知性的维护?
综上针对有计划、预知性维护的可靠性设备推荐给企业:
ESA在线技术和MCA离线技术-电机在线综合诊断系统和离线式故障检测系统。
一、M-ESA电机状态监测与故障诊断是一个什么样的管理系统
1、M-ESA技术完全解决电气与机械的综合问题:
ALL-TESTPROON-LINEII电动机电机在线综合诊断系统,可方便的测量和分析电动机电流和电压,从而获得关键生产过程和设备的信息。
帮助工厂早期检测电动机存在的问题,完成及时的维修和避免严重的损失。
2、先进科学检测理念:
当电动机驱动机械系统时,它经历由齿轮、皮带、摩擦、轴承和其他在电动机的寿命周期内变化的条件所引起的负荷变化。
由这些因素引起的负荷变化进而导致电动机供电电流的变化。
从其变化程度反应相应设备的运行特征,从而诊断与评估当前设备运行的健康状况。
在电动机运行状态下,测试三相电流和电压参数,评价供电电源、电动机及其驱动的负荷机械问题。
ATPOL软件包含特殊的专家智能诊断电动机及其负荷的动态运行特征,在不需任何人工分析的情况下给出自动评价的结果报告,同时为电气、机械和状态监测工程师提供进一步分析诊断的平台。
3、硬件方面:
轻便、多模块集于一体,宽范围的使用
是世界级技术含量最高的、最轻便的电机监测与故障诊断、能耗监测多功能集于一体设备。
兼容电能质量采集和众钳形表所具备的功能。
3.1、采集器:
整个采集器只有560g,规格(95mm宽x190mm长x50mm厚)
3.2、内置高性能充电电池:
可连续工作10小时
3.3、内置多种测试模块:
AC电机(异步/同步)、直流电机、变频装置驱动,几乎覆盖工厂所有设备类型的电机。
3.4、蓝牙技术:
提供蓝牙技术实现无线传输和远距离遥控测试。
距离可达20m.
3.5、数据存储方式:
随机可存储20台数据,可以满足日常针对重点设备采集;
选外置存储卡,可解决大修或定期维修现场批量采集的局限
通过蓝牙与微机遥控采集数据,完全解决存储限制。
而且远离现场,测试更安全。
3.6、纠错功能:
现场通过“纠错”按键,及时发现现场接线失误和操作不当,杜绝技术人员在采集过程中的误操作导致分析结果准确性。
3.7、独有的安全测试套件
安全1:
所有元件指定在600V以下电压系统工作。
整个套件输入电压超600V立即保护,在暴露的接口电压小于2V。
安全2:
测试套件启动电路是由电机在线诊断系统的主机控制,也就是主机控制测试套件的工作状态。
安全3:
在线安全套件在美国生产,符合ULSTD61010:
2004标准,由CSA确认和满足CE认证的额定输入600v测量等级为Ⅲ的要求。
安全4:
电压测试信号和电流互感器获取信号是独立控制的,不参与仪表微保过程控制。
便捷:
在线安全套件可固定安装于电机控制柜中的仪表盘内,解决了操作人员测试电机时针对集成度高、安全自动锁定控制的控制柜,减去电流钳和电压钳直接与带电接线端子连接的安全隐患,提高了测试安全性和方便性。
也提高了测试速度和检测效率。
安装简便:
与显示仪表的控制面板旁即可。
型号参数齐全,可满足任何测试需求
ØE01ATPRO-010.1-100A
ØE01ATPRO-021-1000A
ØE01ATPRO-031-600Vrms稳态电压直接输入
ØE01ATPRO-060-600A用于直流电压测试
ØE01ATPRO-070.02-5A
ØE01ATPRO-0810-3000A
ØE01ATPRO-09100-5000A
3.8、卓越的管理员功能,更方便现场复杂类型的电机测试
✧通过管理员功能选择交流电动机、直流电动机变频驱动电机。
覆盖所有类型的电机测试功能。
✧对于变频装置驱动电机的设置三档可选:
20—60Hz、360—440Hz、20—4500Hz。
✧采集方式:
相与相的方式、相对中的方式、两相功率的方式
4、专家智能电机分析软件
4.1、转子状态诊断:
转子断条在电流特征中,电动机极通过频率PPF(滑差x极数)表现为工频的边带,在FL±PPF处可看到峰值。
工频峰值和极通过频率边带峰值的幅值差是转子条健康的状态指标。
4.2、动态偏心的诊断:
动态偏心是存在变化的定转子气隙的现象,一般由轴承座或端盖磨损引起。
这是一个严重问题,它可迅速损坏轴承和轴承座,最终导致转子摩擦定子。
建议密切监视这个状态。
在电流频谱中它表现为条通过频率工频边带上的转速边带。
动态偏心=RBxRS±nFL±RS
4.3、轴承问题
轴承故障有一组独特的故障频率,据此可识别轴承问题。
在电流频谱中这些故障频率峰值的存在指示轴承故障(内圈、外圈、滚动体或保持架),劣化的程度根据这些峰的幅值大小评估。
5、电能质量分析
谐波分析从谐波次数尽早发现故障根源:
比如:
奇波THD>5%
可能出现3或5次强谐波:
3次——较大不平衡电流及零线电流,可能源于供电电源,导致定子绕组过热;
5次——叠加在基波上产生扰动的非线性波形。
通过电能质量软件:
能够判别出不良的电源质量问题,此问题会引起附加在转子上的不当应力。
电压电平、电压平衡、谐波畸变、总畸变、功率和谐波测试能够识别出这些经常遇到问题。
6、仪器型号
E01ATPOL-Ⅱ
标准配置包括:
数据采集器100A电流钳(4只)1000A电流钳(4只)电压探头(4只)充电器专家诊断系统软软件ATPOLMCS(MotorCircuitSignature)OnCD软件ATPOLPQC(PowerQualityControl)OnCD
选配件:
ØDC/AC电流钳0.2-5A电流钳3000A柔性电流钳5000A柔性电流钳
Ø在线安全套件:
见3.7节
二、MCA电动机组诊断系统
MCA技术是世界级唯一使用静态不解体模拟电机运行测试技术。
代表产品ALLTESTⅣPro(即AT40),他能更早发现电机的绕组缺陷和劣化趋势,发现电机检修前确定故障、电机检修后判定检修质量。
也是美国能源部检验电机质量指定产品。
1、技术精髓源于科学的检测原理
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。
电机故障检测系统提供高频、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。
这一点是上述的其它仪器无法做到的。
真正实现便携、无损、易用。
数据管理软件Trend2000,同时可选配专家诊断系统软件EMCAT。
2、MCA技术的核心理论
✓阻抗测试(Z)
阻抗是对绕组电路电磁特性的综合评判。
初期匝间短路导致的电阻值的变化微乎其微,难以检测。
但由此产生的电感失效可通过阻抗真实反映出来。
尤其是对阻抗的长期监测,是对于直流电机励磁回路、电枢回路、交流电机定转子平衡,以及潜在故障程度的有力判据。
✓倍频测试(I/F)
电机绕组通入交流信号,通过频率加倍,得出电流的减小量(I/F),借此评判绕组电路的电磁特性。
完好的绕组接近于理想电感,频率加倍后,电流减少约-50%。
匝间短路发生发展的过程,即是电感失效、电磁特性变化的过程,也就是I/F从-50%向-0%发展的过程。
真实绕组的这一参数是匝间短路最有效的判据。
而交流电机三相I/F的比较,更可进一步指示发生故障的是哪一相绕组。
(关于MCA测试理论的进一步探讨,参阅西马力技术资料)
3、提供电机诊断的IEEE国际标准:
IEEE电机三相平衡评判标准
测试项目
良好
缺陷
故障
电感L
5%
10%
15%
阻抗Z
2%
3%
5%
I/F
0
2
>3
相角Fi
0
1
2
该标准已经通过美国能源部及IEEE的20余年考核,如今成为美能源部推荐的电机质量评判依据。
4、快速诊断电机的各内故障:
Ø绕组短路----相角Fi与I/F
Ø接头松动----电阻R
Ø绕组污染或过热----电感L与阻抗Z
Ø转子状态与细化分析----电感或阻抗波形
5、精确诊断发电机绕组是匝间/层间/相间故障
ØFi与I/F>±2—同相同绕组中的匝间短路(Turn-Turn)
ØFi>±1,I/F平衡—同相中不同绕组的短路(Coil-Coil)
ØFi平衡,I/F>±2—相间短路(Phase-Phase)
6、智能的专家诊断系统与全面的资产管理平台:
解决问题:
利用电机专家管理软件系统实现全面管理与专家诊断
分析手段:
Trend2000系统软件及EMCAT专家系统
存储容量:
存储500台电机参数。
包括:
直阻、电感、阻抗、倍频I/F、相角度Pi、绝缘值。
并可通过Trend2000软件上载到计算机进行存储、比较、趋势跟踪分析、打印报表、从而实现对电机的全面质量管理。
同时EMCAT专家系统软件更有自动诊断、状态指示、标准集成等功能,可记录包括振动、热像、电流波形、PI、高压测试结果,帮助实施完善的PdM进程。
五、电机故障诊断系统得技术参数
适用于各种型号的交流、直流电机、变压器、发电机、绕组及单个线圈、电容:
*电阻:
0.001~999Ω
*阻抗:
0~1660Ω*相角:
0~90度(阻抗角)
*电感:
1.00mH~9.999H*I/F评判:
-50~+50%(匝间短路评判值)
*绝缘:
0~99MΩ(1000V,500V两种测试电压)
*电容:
0.01μF~200μF(适用范围)*输出频率:
100~800Hz
六:
订货号:
E01AT40
冶
金
行
业
案
例
武钢集团三炼钢1#风机
ATPOLII电机在线综合诊断系统在转子断条诊断中的应用
武钢电气公司张晓谨
【摘要】本文详细介绍ALL-TESTPRO™OL(ATPOL)电机在线综合诊断系统在转子断条诊断中的应用。
【关键词】ATPOL电机在线综合诊断系统诊断报告转子断条
1引言
作者在《MCSA技术及电机在线综合诊断系统初识》一文中重点阐述了MCSA技术原理和ALL-TESTPRO™OL功能。
本文结合ATPOL测试诊断报告,审验ATPOL电机在线综合诊断系统在转子断条故障诊断中的效果。
2测试实例
2.1测试内容
2.1.1测试对象:
YKK8003-4;3350kW(1#)风机电机;10000V/232A;1492rpm;Z1=60,Z2=47。
2.1.2测试时间:
2004年11月下旬
2.1.3检测仪器:
ALL-TESTPRO™OL电机在线综合诊断系统;使用600V电压夹钳和100A电流卡钳。
2.1.4获取信号部位:
变电所控制盘CT、PT二次信号线端子
2.1.5信号比率:
CT=300∶5;PT=10000∶100
2.2信号上传分析
2.2.1使用PowerSystamManager软件将ALL-TESTPRO™OL测取的电压电流信号上传到个人计算机。
图1
2.2.3电压电流频谱分析图形见图2。
图2
2.2.4感应电动机的分析评估几乎不需要人为干预,自动生成测试结果报告,见图3。
图3
2.3测试报告
2.3.1报告范本
ALLTESTProOL4.3分析结果
性能概要
概述
电机运行正常,无须处置.
X电机运行状态欠佳,须做趋势监测.
电机运行异常,应即刻维修处理.
功率因数描述
X功率因数在0.85以上.
功率因数在0.85以下,参阅详细报告.
电流描述
X电流波动在正常范围以内.
电流波动超过正常限定,参阅详细报告.
电压描述
X电压波动在正常范围以内.
电压波动超过正常限定,参阅详细报告.
均方根电压值与铭牌额定电压偏差超过5%.
负载描述
X电机负载与铭牌额定值一致.
电机负载超出铭牌额定值,参阅详细报告.
电机负载低于铭牌额定值25%.
线路连接描述
X连接正常.
电压的参照地线非大地.
连接松动.
转子描述
转子条健康状态正常.
X转子条健康状态可疑,参阅详细报告.
此时负载不足,不能评判转子条的状态.
定子描述
X定子健康状态正常.
定子的电气状态可疑.
定子的机械状态可疑.
存在匝间短路.
定/转子气隙特征描述
X不存在静态和动态偏心.
存在静态偏心.
存在动态偏心.
谐波失真描述
X没有明显的谐波失真.
有明显的谐波失真,参阅详细报告.
对中描述
X机械方面不存在明显的不对中或不平衡情况.
机械方面存在不对中或不平衡.应采取振动监测与分析进行进一步诊断与校正.
轴承描述
X没有明显的轴承问题.
轴承存在潜在问题,应采取振动监测与分析进一步核实.
换向器损伤描述
换向器没有明显的故障.
换向器存在故障.
电刷故障描述
电刷没有明显的故障.
电刷存在故障.
电枢健康描述
电枢没有明显的故障.
电枢存在故障.
触发电路描述
触发电路无明显的故障.
触发电路无明显的故障.
SCR描述
没有明显的SCR故障.
SCR存在故障.
比较电路描述
比较电路没有明显的故障.
比较电路存在故障.
转子状态描述
PowerlinedBdiff.
转字条
健康指数
Se,fund
Se,harm
Level%
UpperSB
LowerSB
标准结果
0.092
0
-
-45.0
-55.0
0.0017
健康级别
转子的评估
建议的方案
4
转子铜条开裂或有高阻连接情况
建议加强跟踪监测
2.3.2报告说明
2.3.2.1报告分为概要和详细说明两部分。
概要部分采用通用格式,列出概述
、功率因数、电流概述等等条目,每个条目下面有不同的状态内容。
如果某一个状态内容前面有一个“×”,表示该电机被评判为当前状态。
如“X功率因数低于0.85,看详细报告”,表示当前功率因素低于0.85,见详细报告。
2.3.2.2上述报告总的评价为:
工作状态可疑,需增加趋势监测。
其中:
功率因素低于0.85;转子条健康状态有问题。
2.3.2.3详细报告中指示:
平均功率因素为0.765;转子条裂度等级为4级,诊断为转子铜条开裂或有高阻连接情况。
并建议加强跟踪监测。
2.4检查验证
2004年12月下旬该电机离线检修,肉眼初步检查结果:
转子铜条与短路环连接处断条、开裂达24处以上,超过25%,见下列照片。
4结论
4.1ALL-TESTPRO™OL及配套软件可以快速判定电机断条故障及其严重程度。
4.2ALL-TESTPRO™OL适合于电机专业检测技术人员使用,可以方便地开展预知维修工作。
4.3在控制盘上进行信号采集最好使用小电流规格的电流卡钳。
5参考文献
〖1〗中国设备管理协会电气设备诊断中心,【设备诊断技术与应用论文集】(2004)
迁钢公司炼铁分厂S3胶带机分析报告
性能概要
概述
电机运行正常,无须处置.
X电机运行状态欠佳,须做趋势监测.
电机运行异常,应即刻维修处理.
功率因数描述
功率因数在0.85以上.
X功率因数在0.85以下,参阅详细报告.
电流描述
X电流波动在正常范围以内.
电流波动超过正常限定,参阅详细报告.
电压描述
X电压波动在正常范围以内.
电压波动超过正常限定,参阅详细报告.
均方根电压值与铭牌额定电压偏差超过5%.
负载描述
X电机负载与铭牌额定值一致.
电机负载超出铭牌额定值,参阅详细报告.
电机负载低于铭牌额定值25%.
线路连接描述
X连接正常.
电压的参照地线非大地.
连接松动.
转子描述
转子条健康状态正常.
X转子条健康状态可疑,参阅详细报告.
此时负载不足,不能评判转子条的状态.
定子描述
X定子健康状态正常.
定子的电气状态可疑.
定子的机械状态可疑.
存在匝间短路.
定/转子气隙特征描述
X不存在静态和动态偏心.
存在静态偏心.
存在动态偏心.
对中描述
X机械方面不存在明显的不对中或不平衡情况.
机械方面存在不对中或不平衡.应采取振动监测
与分析进行进一步诊断与校正.
轴承描述
X没有明显的轴承问题.
轴承存在潜在问题,应采取振动监测与分析
进一步核实.
谐波失真描述
X没有明显的谐波失真.
有明显的谐波失真,参阅详细报告.
频谱图分析
电流频谱图
电压频谱图
电流RMS谱图
低频电流RMS谱图
摘要信息
铭牌信息
单位
制造商
****
序列号
****
型号
****
电机类型
Induction
功率
250.0
KW
转速
1480
Rpm
AC/DC
AC
极数
4
相数
3
电压
380.0
Volt
满载电流
443.00
Amp
定子槽数
-1
转子条数
-1
转矩(ft-lbs):
1612
N.m
CT变比
1.000
PT变比
1.000
占空因数
****
利用系数
115
结构尺寸
****
绝缘类型
****
环境温度
70.0
F
电机效率
-1.000
功率因数
-1.000
详细信息
转速=24.933Hz/1496Rpm
极通过频率PPF=0.580Hz
负载=47.8%
时域
RMS
峰值
CF
电流1
223.900
327.660
1.463
电流2
226.800
319.800
1.410
电流3
221.000
314.610
1.424
平均值
223.900
320.690
1.432
THDF=98.7
时域
RMS
峰值
CF
电压1
390.200
326.850
0.838
电压2
390.400
553.770
1.418
电压3
389.800
554.260
1.422
平均值
390.130
478.290
1.226
VDF=100.0
App.Power
RealPower
Reac.Power
功率因数
阻抗
kVA
kW
kVARS
相1
0.848
1.743
50.355
42.720
26.658
相2
0.836
1.721
51.211
42.800
28.121
相3
0.834
1.764
49.703
41.470
27.397
DemandPwr=127.0KW
转子状态描述
PowerlinedBdiff.
转字条
健康指数
Se,fund
Se,harm
Level%
UpperSB
LowerSB
标准结果
0.580
1
-
-42.7
-39.8
3.2977
健康级别
转子的评估
建议的方案
6
转子条多处存在断裂或裂纹,也可能存在端环与转子连接问题.
尽快检查,增加趋势检测,
并进行振动测试
谐波失真结果:
输入电压,自49.988Hz谐波
THDOdd%
THDEven%
+ve%
-ve%
Zero%
THDAll%
电流1
1.311
0.180
0.518
1.105
0.511
1.323
电流2
***
***
***
***
***
1.000
电流3
***
***
***
***
***
1.000
电压1
0.345
0.025
0.183
0.273
0.110
0.346
电压2
***
***
***
***
***
1.000
电压3
***
***
***
***
***
0.000
建议:
根据测试数据此电机转子健康级别为6级,电机转子存在条间高阻或条裂纹发展,问题可以导至电机整体发热,转子断条严重时可以产生震动,建议增加监测频率,缩短监测周期,适时进行离线检测。
特征频谱:
描述:
,电机转子健康问题可分为7级,级别越高,问题越严重。
2008年3月份以来,我电器精密点检小组对迁钢炼铁分厂此台电机进行了长期反复的检测,经过多次斟密的测量,通过对比故障频谱,进行故障分析,最终确定了电机的存在的故障原因,即为转子条存在严重的缺陷.
根据测试数据此电机转子健康级别为6级,电机转子条存在条间高阻或条裂纹发展,电机转子问题可以导致电机整体发热,转子断条严重时可以产生强烈振动,经过增加监测频率,,做振动测试最终确定故障来源。
2008年4月7日星期一该电机离线返厂(首钢电机厂)开机检修后,肉眼初步检查结果:
转子铸条(铸铝)连接(前,后)处断条、开裂达十几处之多,见下列照片。
造
纸
业
案
例
精
粹
ATPOL-II电机在线综合诊断系统纸业电动机中应用
海南金海浆纸业有限公司
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- 电机 可靠性 状态 监测 诊断 管理 系统