企业常见电气故障的特征量及其诊断

黄金伟

摘要：人类的经济活动已经到了工业经济时代，对电气设备的稳定运行具有更高的要求。因此，采取相应的故障诊断措施，提前发现设备故障，提高电气设备运行的可靠性迫在眉睫。应该兼顾理论和实际，通过采取各种监测及判断措施，发现破坏性的故障；预防功能性故障的发展，来提高电气的可靠性。

关键词：故障诊断的目的 特征状态量及监测 一些特殊电磁量及诊断方

一、前言

人类的经济活动已经到了工业经济时代，并正在转入高新技术产业迅猛发展的时期，这就对电气设备的稳定运行具有更高的要求。它对现代通讯、电子仪器、计算机、工业自动化、电力工程、国防及某些高新技术提供高质量、高效率、高可靠性的电源起着关键作用。因此，采取相应的故障诊断措施，提前发现设备故障，提高电气设备运行的可靠性迫在眉睫。

现今电气设备的使用范围广泛，涉及领域繁复，应用种类多样，如果没有相对应的诊断方法是无法确保电气设备的可靠性的。因此应该兼顾理论和实际，通过采取以下各种监测及判断措施，来提高电气的可靠性。

二、故障诊断的目的及产生故障的原因

1.故障诊断的目的是“识别现状、预测未来”。

2.故障包括：①使设备立刻丧失其功能的破坏性故障；②降低设备功能的但没有完全丧失功能的功能性故障；③人为的误操作停车故障。

三、设备状态量及监测

1.状态量的分类及采集

1.1.运行状态量： 如表1所示为电气运行中的各种状态量。

1.2状态量的采集方法：检查、测量、检测 、监测

2.常用于诊断的监测技术

2.1电流分析法：监测负载电流幅值、波形并进行频谱分析，可诊断出电机的转子绕组断条、气隙偏心、定子绕组故障、转子不平

衡等缺陷。

定子电流检测诊断断条的原理：理论上，定子电流的频率是单一的，即电源频率。

特征：边频分量随负载增加而增加；随故障程度加重而加重。

2.2振动诊断：对振动信号进行信号处理和分析

2.3绝缘诊断：对设备的绝缘结构、工作性

能和是否存在缺陷做出判断，并对绝缘剩余寿命作出预测

2.4温度诊断：对设备各部分温度进行检测或红外测试

2.5振声诊断：对诊断的对象同时采集振动信号和噪声信号。

3.各种电力设备可用于诊断的输入/输出的电量。

3.1避雷器：工作电压下流过避雷器的电流及其变化。

3.2电磁式电压互感器：工作电压下的励磁电流及其变化

3.3耦合电容器：工作电压下流过绝缘的电流I0及工作电压下的噪音干扰。

3.4三相电容型设备：工作电压下每相流过绝缘的电流I0和三相选频电压U0值

3.5电力变压器及电机：电压、电流（空载励磁电流、负载电流、不对称电流等）、频率、有功及无功功率等。

四、一些特殊电磁量及诊断方法

1.轴电压：运行时转轴两端的电位差。设计和正常运行的电机设备其值很小。

当电机设计、调整存在问题，电机出现故障的情况时，电机往往会出现较高的轴电压，轴电压产生的原因通常有：磁通脉动，通常由磁路不对称或磁场畸变引起；单极效应；电容电流等因素。轴电压含有交流分量、直流分量和高频分量，必须进行频谱分析。

2.负序不对称电流 ：出现可能原因有：①三相负荷不对称；②发生不对称故障；

3.电气试验测量结果：对试验结果的分析与判断能发现可能存在的电气故障隐患。

4.感应电势的微分探测

采用微分探测线圈，安装在定转子间气隙或固定于定子槽内，由于探测线圈的感应电势正比于转子各槽漏磁密波的微分，从感应电势波形图可以判断对应各槽有无匝间短路。

五、振动与故障的关系

对于旋转机械，异常振动是机械内部缺陷的表征。旋转机械的大部分故障都可以从振动中表现出来。

低频振动时 振动体的振动强度与位移成正比

中频振动时 振动强度与速度成正比（电机振动的主要频率范围）

高频振动时 振动体的振动强度与加速度成正比。

六、声音与故障的关系

1.电力变压器的异常声响

根据异常情况的不同，发生异常的原因主要有：

1.1声音均匀持续，但比平时明显增大。

电网发生单相接地或谐振过电压、变压器过负荷，使变压器电流超过额定值。

1.2声音比平时增大，且有明显杂音。紧固部件如内部夹件、铁芯压紧螺钉松动，在电磁应力下引起硅钢片共振，使振动增强。

1.3声音中夹杂“劈啪”的放电声或不均匀的爆裂声。

多是由于绕组或引出线对外壳闪络放电，接地不良或未接地的金属部件发生静电放电，变压器内部绝缘击穿，产生严重放电。此时应立即停运并通知检查。

1.4声音中有像水沸腾的“咕嘟”声。

变压器内部发生匝间短路或分接开关接触不良，造成局部严重过热，使油温急剧升高沸腾。必须立即退出运行进行检修。

2.其它电气设备的异常声响。

2.1电压互感器的声音异常

电压互感器中有游离放电、静电放电等原因引起听得见的“噼啪、咝”之类声音；因螺栓、螺帽等的松动引起的共振声，等。

2.2电流互感器的声音异常

当电流互感器开路时，会发出比正常时大得多的“嗡嗡”声。

2.3绝缘子的电晕放电声

端子金具上突出部分的电晕放电，被污染的绝缘表面产生的沿面放电会发出可听得见的声音，还有其它如绝缘子、套管的龟裂和内部缺陷等原因

七、温度与故障的关系

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。

1.铁心过热点

1.1早期特征是铁心的涡流和局部区域的温度过高。

1.2可通过红外热成像准确测量。

2.绕组局部过热点

2.1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，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。

2.2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。

3.变压器绝缘油油温异常

3.1导致变压器油温异常的原因主要有：

3.1.1变压器内部故障引起的发热剧增，发热不平衡，油循环死角。

变压器绕组的匝间短路、线圈的放电、铁芯及夹件的环流、内部引线接头发热乃至铁芯起火等都引起变压器温度异常增高。

3.1.2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。

3.2监测手段：变压器顶层油温计指示变压器上层的油温。

4.绝缘端子过热

4.1主要原因：当端子连接不良时，就会发生过热使端子变色，绝缘寿命缩短。

4.2监测手段：

4.2.1采用红外线测温计检测发热情况。

4.2.2热成像仪检测热分布情况。

八、结论

电气设备实行状态检修是电力系统发展的需要。以上的一些診断方法是在学习和实践中总结出来的，希望能够对电气设备实行状态检修的开展与实施有所帮助。