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    3. 全國工業行業設備狀態監測

       

      《全廠電機、變壓器故障檢測方案書》

         

      [項目概述]
       跨入二十一世紀的企業,面臨著日益加劇的市場競爭和全球一體化的浪潮,為保證設備穩定運行,各大公司在生產設備上面臨的高投入、高技術、高風險、高發展的形勢下,如何保持生產工藝過程和運行設備處于最佳狀態,提高生產率,降低成本是每一位領導和管理者面臨的挑戰。
       設備狀態監測是根據企業的設備性質,采用不同監測手段:點巡檢、精密分析、在線實時監測,整合這些手段到同一平臺,以同一標準體系管理,建立全廠、全公司的狀態監測與預知維修的網絡化管理系統。
       其中對關鍵設備實施在線監測,實時掌握設備運行狀態,及時調整和實施應對的設備維護策略,可以有效降低設備非計劃停機時間,延長設備壽命,降低設備維護費用。是狀態監測體系中至關重要一環。
       狀態監測與故障診斷技術就是利用現代化科技對設備運行狀態進行檢測,通過對大量數據的分析,判斷設備故障,進而指導維修工作,為設備安全可靠運行提供保障。
       當前狀態監測與故障診斷,國內大部分企業主要建立在對機械設備的振動監測基礎上,其實隨著社會發展,機電設備運用越來越多,對電氣設備監測與故障診斷同樣重要,因此,西馬力推出了在線故障檢測與離線故障分析全方位結合的管理系統:

      全廠電機管理中的現實問題:

       

       

                
              如何能全面解決電氣系統電機與機械的紛爭?
              電氣工程師如何有效維護電機本體、電源系統?
              電氣工程師如何進行軸承監測?
              電氣工程師如何發現早期機械信號?
                       如何能全面掌控全廠的電機、變壓器的預防性試驗結果?
              還是每年進行一次的全年等待嗎?
              還在用原始的搖絕緣、測直阻的方法?
                       如何能夠在日常性的巡檢、例修當中發現試驗才能發現的問題?
                       如何能全面管理全廠的電機、變壓器的設備?
              全廠電機狀態監測管理系統?
              全廠電機、變壓器解體檢修質量檢驗標準?
              電機、變壓器的早期故障如何發現?
              全面掌控全廠的電機、變壓器的設備運行狀態,針對各個工業企業的特定環境下電機電氣設備特點,開展狀態故障分析,對關鍵設備進行重點檢測,發現真正的故障原因,才是現代設備管理體系中最關鍵、最有效的手段。
             
      在線運行電機采集電流、電壓的時間信號
      只需輸入簡單的電機銘牌數據,即可完成整個分析;
      自動計算,自動擬合故障,智能診斷;
      完善的軸承庫進行滾動軸承分析,精確診斷相關機械故障;
      自動生成4頁WORD文檔報告,全面評判電機系統的各項指標,直接給出分析結論。
      ATPOL-Ⅱ的檢測特性
      診斷故障包括:
            1、轉子早期、中期、晚期的轉子斷條故障;
            2、定子的電氣劣化問題;
            3、電機的動態偏心和靜態偏心(定子掃堂);
            4、軸承問題(故障信號);
            5、對中及平衡問題;
            6、變頻器控制柜問題;
            7、電源諧波問題等等。
                  
      故障信號分析:
            1、電機電流用環繞位于電機控制電源線或任何方便的電纜的電流傳感器(CT)卡鉗來感應;
            2、電壓使用電壓夾鉗和引線連接到啟動器的輸出或其他方便測試的點傳感器(PT)進行采樣;
            3、三相電機中,為了獲得系統的全部功率,需利用三個電流傳感器卡鉗和三個電壓測試夾鉗。
                   
       
      分析設備:高壓電機、變頻器、電機電源、機-械系統等等。
              故障類型:
              高壓電機:轉子斷條、轉子掃堂、振動(轉子偏心)、軸承故障、對中動平衡信號。
              變 頻 器:控制柜(變頻器)的IGBT、電容元件導通故障等等。
              電源故障:電源諧波問題(最高63次諧波分析),電壓波動時域信號分析等等。
              機械故障:電機動態、靜態偏心(定子掃堂)、對中及平衡問題、齒輪箱故障信號分析等。
       
                               
       
      二)如何能全面掌控全廠的電機、變壓器的預防性試驗結果?—————《離線斷電檢測技術》
      1、傳統電機故障檢測系統:
            直阻測量沿用上世紀70、80年代的直阻測量————技術陳舊、手段簡單。
            絕緣測試搖表,雙橋,萬用表,————設備功能簡單,故障分析有限。
            高壓試驗:耐壓試驗/ 泄漏電流 / 吸收比 / 極化指數,————設備笨重,只能在試驗臺檢測。
            試驗指標更多的停留在簡單的評價絕緣好壞,————只能模糊評價一個指標:好?壞?
                    設備好壞的狀態級別?哪方面的故障問題?還能堅持多久不能給出量的指標。
            全廠設備管理:僅僅停留在最基本的文本臺賬表格當中,————沒有全廠電設備狀態管理平臺。
      2、傳統電氣維護系統
            供電質量:電能質量分析、功率分析、諧波分析、電氣工程師檢測工具
            變電設備:電力變壓器、及斷路器、繼電保護等相關設備
            動力電纜:電纜絕緣診斷、電纜故障定位、電纜尋識
            電氣接點:電路熱點普查
          傳統檢測方法
          供電質量:功率測試與諧波計量——價格昂貴、分析單一
            單一的鉗式功率表                         
            簡單的鉗式諧波表
            基本的功率諧波分析儀,功能簡單。
       
       3、傳統變電設備檢測:
          變壓器測試
            l 耐壓試驗/ 泄漏電流 / 吸收比 / 極化指數 / 介損 ,————只能評價絕緣的簡單模糊評價。
            l 繞組匝間測試/微電阻測試,————試驗設備笨重,測試結果簡單,狀態分析差。
            l 變比測試,————測試結果簡單,同樣繞組狀態故障分析功能差。
            l 絕緣油介電強度測試、油中氣體色譜分析、水分測試、局部放電試驗、絕緣老化診斷
                                ————測試結果并非直接故障數據,同樣繞組狀態故障分析推論性較強,直接效果差。
      4、現場很難使用傳統耐壓試驗設備,究其原因有以下幾點:
       1、破壞性試驗;
       2、波形復雜,難以分析;
       3、有些匝間短路的情況在波形上無反映;
       4、設備笨重。
      離線斷電檢測》靜態電氣測試技術介紹:
                      AT5代替傳統檢測手段:
      歐姆表 / 毫歐表
      絕緣電阻計(DA/PI)
      高壓絕緣測試儀
       LCR 測試儀
       浪涌測試儀

             核心技術:——— 靜態電路分析技術(離線MCA技術)

                                               

              主要分析問題:

              1、轉子故障:

                   l 鑄件缺陷、氣隙不均衡、 偏心、

                   l 斷條斷環;

              2、定子繞組故障:

                   l 匝間、線間(層間)、相間短路;              

                   l 絕緣缺陷(磁通集中至缺陷點)

              3、檢測技術:

                   l 將電機看成由電阻、電感、電容、電感組成的等效電路。             

                   l 運行中三相電流的平衡與否,要看三相阻抗是否平衡。

      (三)如何能全面管理全廠的電機、變壓器的設備?—————全廠電機、變壓器設備管理系統

        《全新的電機狀態檢測、設備管理系統全新的管理方案》:

            全廠電機故障診斷與管理系統

            電機動態在線故障診斷分析系統

            電機靜態故障分析系統

            電機靜態繞組故障智能檢測系統

        應用設備范圍 :

            大型、中型、小型的AC/交流電機

            直流電機/DC電機發電機、風力發電機

            變壓器、變頻系統、開關柜

             系統運用

              無論是生產工廠還是廠內的維修部門,電機管理軟件提供給您的將是完整的電機系統維護和組織管理系統。與電機動態在線診斷分析系統、電機靜態故障分析系統、電機靜態繞線故障檢測儀等分析系統結合使用,可以形成一整套預知維修系統。根據大量用戶以及全國服務辦事處的改進,軟件已經成為為工業AC/DC電機和變壓器制定跟蹤、預定計劃和維修記錄的最強有力的工具。

      l 全廠電機、變壓器故障診斷與管理平臺:

              

            電機、變壓器設備離線狀態系統核心是一個數據庫,在此您可以從您全部電機、變壓器的信息中獲取和管理信息。

       

            西馬力(北京)儀器公司

                 AT(電機)事業部          史   光
      公司電話:010—68870408-轉8019
      公司E-mail: shiguang@bmainstrument.com
       

       

       

       

       

       

      電器精密點檢工作在冶金行業的應用
      
      北京西馬力檢測儀器有限公司
      史 光
      
      1、緒論
          國有大中型企業,近年來正在實現跨越式發展,為了提高設備管理與現代化水平,企業改制實行了設備點檢與點檢制為核心的設備管理模式。點檢工作承載了公司電器、能源和動力設備等多方面的任務,確保高質量產品的順利完成和附產品高經濟效益,應用精密點檢診斷技術及時發現并解決一些電氣設備和機械方面的隱患,使電氣設備維修管理模式逐步從預防性維修向預知性維修過渡。
      
      在電機故障中,據筆者不完全統計電機故障主要包括電機故障和軸承故障兩方面,電機故障包括:轉子故障和定子故障,分別占10%,37%;其中軸承故障大約占41%之多,比例也相當大。主要由于設備發生不平衡、不對中、碰摩、松動等問題引起。
      通常情況下在沒有發現問題前的處理方法是將轉子拆卸下來,到平衡機上進行動平衡 試驗,不僅費時費力,而且耽誤生產。因此,首先要進行的是先判斷出問題所在,然后有條件的話盡可能地對發生不平衡故障的設備轉子進行現場處理或進行現場動平衡工作,這樣不僅可節省轉子拆卸、回裝、往返運輸的時間,而且現場平衡是在工作轉速下對整個轉子系統進行平衡,平衡精度如果能夠滿足設備運轉的需要,比在平衡機上對單個轉子進行平衡效果要好。
      
      2、不平衡故障的機理及診斷處理
      通常能引起振動的類型有:電磁振動和機械振動兩大類,具體原因如下所示:
      
      表一:

      振動類型
      引起振動原因
      電磁產生振動
      電機繞組接地
      繞組匝間短路
      繞組三相電流不平衡
      轉子鼠籠條斷裂
      定轉子氣隙不均勻
      轉子軸彎曲
      鐵芯異常
      機械產生振動
      軸承損壞
      軸套磨損
      電機底座螺栓松動
      油蓋磨損
      靠背輪變形、靠背輪機械找正超標
      軸系中心偏差
      負載不平衡

      2.1、不平衡振動機理
      
      轉子不平衡的特點是:圍繞轉子的旋轉中心線存在著不均勻的質量分布,從而造成轉子的質量偏心。
      造成偏心的原因很多:轉子的材質不勻、毛坯缺陷、制造和裝配誤差,或運行過程中轉子受熱不均發生變形、污染物沉積在轉子上形成結垢、以及由于疲勞、腐蝕等原因使機件發生斷裂、磨損、脫落和其他損傷等。
      
      轉子轉動時,由于質量偏心的存在,每轉動一周就會受到一次不平衡質量所產生的離心慣性力的沖擊,這種慣性離心力周期作用的結果,便引起轉子產生振動,并且故障信息總是以1倍轉頻的故障頻率表現出來。(在xx公司相應的精密檢測工作中確實得到很好驗證)
      2.2、不平衡故障的類型
      
      (1)、按轉子出現不平衡的階段可分為:轉子質量偏心和轉子部件缺損兩類。
      [1]轉子質量偏心,亦稱初始不平衡。
      
      造成質量偏心的原因很多,有轉子的材質不勻、毛坯缺陷、制造和裝配誤差等。
      [2]轉子部件缺損。
      
      一般指轉子在運行過程中,由于受熱不均發生變形、污染物沉積在轉子上形成結垢、以及由于疲勞、腐蝕磨損等原因使機件發生斷裂、脫落和其他損傷等。
      (2)、按轉子質量中心線和旋轉中心軸線之間的物理差異可分為:
      
      1.靜不平衡   2.偶不平衡   3. 動不平衡。
      (3)、按進行平衡的端面數分為:
      
      1. 單面平衡 2. 雙面平衡 3. 多面平衡。
      (對于靜不平衡的轉子,只進行單面平衡;對于動不平衡的轉子,要進行雙面平衡)
      
      2.3、不平衡故障的振動特征
      (1)時域波形是以轉頻為周期的近似正弦波。
      
      (2)頻域中,振動的主要能量集中于轉頻(即基頻、一倍頻)處。
      (3)軸心軌跡為橢圓形。
      
      (4)相位比較穩定。
      (5)振動隨轉速的變化非常明顯。
      
      據此特征,對所測轉子及機組整體的振動信號進行分析診斷,若確實電機轉子存在不平衡故障,即可著手對其實施現場動平衡。
      3、案例分析( 電力分廠給水泵電機 )
      
      3.1 、電機介紹
      電機為電力分廠給水泵電機,該機組生產狀況為24小時連續運行。該機為底座支撐,剛性聯軸器硬性連接形式, 電機質量5.3 T 。
      
      電機型號YKK 4507-2 F 功率560KW Y接 10000V 40A  50HZ IP44 轉速2977rpm 廠家:長沙電機廠。在正常負載下,機組振動最大時達到12.5mm/s左右,由于是高轉速電機,使得該設備不能正常穩定運行,嚴重影響生產產能的發揮,不能正常投入穩定運行。為此,電力分廠對該機組進行了振動監測和診斷分析,進行現場處理。(機組構成及測點見簡圖1)
      4、監測與分析
      
      4.1、 機組測點布置
      電機名稱:3#給水泵電機
      
      電機位置:電力分廠 一爐上料區
      底座性質:水泥底座,
      
      電機測點分布在前、后軸承座處,如圖1所示。
      前軸軸承包括:水平、垂直和軸向分別記為1H、1V、1A(如圖示)
      
      機組底座進行8個測點,(1H~4H)為電機前軸測點,(1H’~4H’)為后軸測點。主要測量3個參量,水平、垂直和軸向的數據。測試點分布如圖1示。
      
      
       
      圖1 機組結構及測點布置示意圖
      
      4.2、測試準備階段
      (1)選擇性能可靠的振動測量儀、平衡儀及其配套選件:
      
              (加速度傳感器、光電傳感器等儀器)。
      (2)對轉子的振動信號進行測量分析,確定其是否是因不平衡引起的振動。
      
               只有不平衡引起的振動才可通過平衡來消除。
      (3)平衡面數和加載半徑的確定。
      
      4.3、故障現象描述
           簡易測振儀振動頻譜圖如下:(前軸承 VH)    
      
      
      
      
                從振動簡易振動頻譜圖上看振動有上升趨勢,振動的最大速度有效值已達10.8mm/s,譜圖上看其最大振動能量為基頻17.5Hz( 1倍頻/985r/min),其它分頻量很?。ㄓ?倍頻、3倍頻、4倍頻),振動波形圖為近似正弦波,是較典型的動不平衡的故障特征,初步可判斷機組存在動不平衡。
      4.4、診斷分析
      
             對該電機進行振動頻譜分析發現,譜圖中以一倍頻為主且分量非常突出,即電機工頻分量占主導。振動頻譜圖中一倍頻分量突出時,應當首先主要考慮轉子存在不平衡故障。對轉速為985r/min的電機來說,當然還應考慮可能存在的電氣方面的因素。監測發現,該電機兩個測點垂直、水平方向的振動值都很大,符合不平衡故障的一般特征。并且發現電機在斷電的瞬間,其振動值沒有立刻顯著降低,表明電機振動與電氣因素無關。根據以上分析,判斷電機振動故障是由機械方面因素引起的。
             該電機振動不僅劇烈,而且振幅相對穩定,在短時間內沒有急劇增長。在試車過程中,電機振動值對油溫的變化并不敏感,沒有跡象表明該振動故障是由軸承損壞引起的。綜合以上分析,我們判斷電機的劇烈振動是由于電機轉子不平衡或者機組系統存在不平衡,并且和樓面產生了少量共振所致。
      
             進一步測試中發現電機單體試車時,其振動狀態良好,根據振動機理,一般情況下轉子動不平衡的振動主要表現在水平方向上,而本例中卻在水平、垂直和軸向上都有明顯信息,這與該電機轉子和連接齒輪變速箱的葉偶有關,葉偶旋轉存在力偶不平衡,是造成振動大的真正原因。從而排除了電機本體轉子存在主要不平衡的因素。
      上述判斷在隨后對連接電機和齒輪變速箱的葉偶的更換時得到了很好印證主要發現有:
      
      1、連接電機和齒輪變速箱的葉偶在安裝時存在旋轉平面對中不良,相應螺絲緊固程度不平均(如圖2示)
      
      
                                                     圖2
      2、再次將電機和新更換的葉偶進行聯體試車時,電機機振動明顯降低,能夠滿足要求。
      
      3、2008年8月13日再次將電機和新更換的葉偶進行聯體試車時,電機垂直振動明顯降低,為平常振動值水平:2.0mm/s左右 。(振動頻譜如圖3)
      更換葉偶后測點狀態趨勢圖及頻譜分析
      
      采樣時間:2008-08-13 13:15:22;值:3.9 mm/s。
      測量頻譜圖如下:(水平VH)(垂直VV) 西馬力公司SPM手持式現場振動分析儀測試
      
       
                                                                       圖3 (VV)   
      
              因此,對葉偶進行處理更換的做法是正確的,找出了電機不平衡的原因,消除了機組系統的不平衡,并且避免了對電機進行解體下線做轉子動平衡的不必要的麻煩,最終使電機能夠穩定運行,保證了生產的安全。
      三、經驗總結
      
         本次故障分析是煉鐵廠上料膠帶機組檢修的又一次性成功,從實踐證明了離線監測與頻譜診斷知識的重要性,它避免了在線電機的失修而造成的突發故障搶修。離線監測設備狀態的趨勢并結合頻譜診斷知識是保證高速旋轉機械設備穩定順行的重要手段,它是設備在線監測系統的深層次、定量化分析的體現。
      電器精密點檢人員更要在今后實際工作中熟練掌握頻譜診斷知識,提高自己分析和判斷故障的能力,結合在線監測系統的優勢,努力實現設備狀態的預知維修,避免設備的失修和過修,為公司設備安全穩定長周期運行提供有力的支撐。
      
               實踐也證明,電機精密診斷對診斷旋轉設備振動故障具有很強的現場指導意義。作出電機發生振動故障的診斷結論。按此診斷意見及提出的治理措施,對機組系統進行處理,機組很快恢復了正常運行。為防止電機振動現象的發生,一方面,在機械設計中應合理設計轉子的特征參數,盡可能使其固有頻率偏離強制激振力的頻率;另一方面,在設備運行中要加強維護。當設備運行條件發生改變或者電機系統出現異常如聯軸器和葉偶出現問題時,要及時加以處理,消除故障隱患。

       

       

       

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