電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)故障診斷與研究畢業(yè)論文

1、<p>　　畢 業(yè) 論 文</p><p><b>　　（初 稿）</b></p><p>　　論 文 題 目： 電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)故障診斷與研究 </p><p>　　電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)故障診斷與研究</p><p>　　摘要：電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)是各類電

2、氣設(shè)備（包括發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、開關(guān)、繼電器、家用電器等）的重要組成部分，其作用是隔離帶電體與地，以及異體之間的不同電位。電器設(shè)備通電后，絕緣結(jié)構(gòu)上就承受了工作電壓，絕緣結(jié)構(gòu)性能優(yōu)劣直接影響到電氣設(shè)備的安全性，可靠性和使用壽命。對于任何一臺(tái)電機(jī)來說，定、轉(zhuǎn)子繞組，以及鐵芯疊片之間的電氣絕緣對電機(jī)的使用安全、可靠性及壽命有重大影響，絕緣故障會(huì)直接間接地引起電機(jī)故障，降低可靠性和導(dǎo)致強(qiáng)迫停機(jī)，增加維修工作和修理費(fèi)用。</p>

3、<p>　　本文對電機(jī)絕緣故障產(chǎn)產(chǎn)生原因進(jìn)行了分析，并對絕緣老化進(jìn)行了分類，對低壓異步電機(jī)和交流電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)作了介紹。給出了常用的電機(jī)絕緣故障診斷方法和診斷程序，并在此基礎(chǔ)上介紹了傳感器和虛擬儀器在電機(jī)絕緣故障檢測中的應(yīng)用，最后通過一組試驗(yàn)對電機(jī)絕緣故障的產(chǎn)生與處理進(jìn)行了詳細(xì)的分析。</p><p>　　關(guān)鍵詞：電機(jī)、絕緣、結(jié)構(gòu)、故障診斷 </p><p>　　Motor

4、insulation fault diagnosis and research</p><p>　　Abstract: motor insulation structure is all kinds of electric equipment (including generators, motors, transformers, switch, relays, household electric applia

5、nces, etc) is an important part of, its effect is belt electricity body and ground, and with the difference between the potential. Electrical equipment after electrify, insulation structure on the work under voltage, ins

6、ulation structure performance quality directly affect the electrical equipment safety, reliability and service life. For a</p><p>　　This paper in motor insulation fault reasons were analyzed, and the insulat

7、ion aging, the classification of low voltage ac induction motor and ac motor insulation structure is introduced in this paper. Given the commonly used motor insulation fault diagnosis method and the diagnosis program, an

8、d based on this, advances the sensor and the virtual instruments in motor insulation fault detection, the application by a set of test last motor insulation fault production and processing the detailed ana</p><

9、;p>　　Keywords: motor insulation fault diagnosis</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引 言4</b></p><p>　　第一章 電機(jī)絕緣系統(tǒng)的構(gòu)成及概述5</p><p><b>　　1.1

10、絕緣系統(tǒng)5</b></p><p>　　1.1.1 對絕緣結(jié)構(gòu)的要求5</p><p>　　1.1.2 絕緣結(jié)構(gòu)的組成單元5</p><p>　　1.1.3 絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱等級6</p><p>　　1.2 低壓異步電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)6</p><p>　　1.2.1 選擇絕緣材料與絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的因

11、素6</p><p>　　1.2.2具體絕緣要求7</p><p>　　1.3交流電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)9</p><p>　　1.3.1導(dǎo)體絕緣9</p><p>　　1.3.2主絕緣結(jié)構(gòu)10</p><p>　　1.3.3繞組固定11</p><p>　　第二章 絕緣結(jié)構(gòu)的故障檢

12、測13</p><p>　　2.1絕緣診斷概述13</p><p>　　2.1.1絕緣老化13</p><p>　　2.1.2絕緣診斷的內(nèi)容和程序14</p><p>　　2.2電機(jī)絕緣故障的檢測15</p><p>　　2.3先進(jìn)故障檢測方法16</p><p>　　2.3.1

13、傳感器信息融合在電機(jī)絕緣故障中的應(yīng)用16</p><p>　　2.3.2 虛似儀器在發(fā)電機(jī)機(jī)緣檢測中的應(yīng)用19</p><p>　　第三章 電機(jī)絕緣故障的診斷24</p><p>　　3.1設(shè)備診斷技術(shù)的概念24</p><p>　　3.2 電機(jī)故障診斷技術(shù) 24</p><p>　

14、　3.2.1 電機(jī)故障診斷技術(shù)的特點(diǎn)25</p><p>　　3.2.2常用電機(jī)故障診斷技術(shù)25</p><p>　　3.3電機(jī)絕緣故障的診斷及處理26</p><p>　　3.3.1試驗(yàn)分析26</p><p>　　3.3.2 處理31</p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)35</p><

15、;p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　電機(jī)的正常工作對保證生產(chǎn)制造過程中的安全、高效、敏捷、優(yōu)質(zhì)及低耗運(yùn)行意義非常重大，在工業(yè)生產(chǎn)和人們是生活中的應(yīng)用日益廣泛。但是，電機(jī)具備在長時(shí)間的工作中，由于運(yùn)行中自身的負(fù)荷、損耗、故障、電、熱、機(jī)械、周圍環(huán)境等各種因素，不可避免地會(huì)

16、產(chǎn)生故障。一旦發(fā)生就可能破壞整臺(tái)設(shè)備甚至影響整個(gè)生產(chǎn)過程，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失甚至給人們的生命帶來災(zāi)難。因此，電機(jī)故障進(jìn)行診斷及早發(fā)現(xiàn)故障和預(yù)防故障的進(jìn)一步惡化，減少突發(fā)事故造成的停產(chǎn)損失，減少對人員和安全的威脅；并且研究電機(jī)故障診斷還還可為電機(jī)設(shè)計(jì)制造者提供經(jīng)驗(yàn)，積累數(shù)據(jù)。有助于電機(jī)性能及可靠性的改進(jìn)；同時(shí)對電機(jī)故障定位、決策及維修也有重要的作用。</p><p>　　生產(chǎn)中對關(guān)鍵設(shè)備的檢查帶來了巨大社會(huì)效益，主要

17、包括；預(yù)防事故，保證人身和設(shè)備的安全；推動(dòng)設(shè)備維修制度的改革及提高經(jīng)濟(jì)效益。這些效益正不斷地為人們所認(rèn)識，人們也越來越重視診斷技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　障診斷的主要任務(wù)有：故障檢測、故障類型判斷、故障定位及故障恢復(fù)等。其中：故障檢測是指與系統(tǒng)建立連接后，周期性地向下位機(jī)發(fā)送檢測信號，通過接收的響應(yīng)數(shù)據(jù)幀，判斷系統(tǒng)是否產(chǎn)生故障；故障類型判斷就是系統(tǒng)在檢測出故障之后，通過分析原因，判斷出系統(tǒng)故障的類型；故障定

18、位是在前兩部的基礎(chǔ)之上，細(xì)化故障種類，診斷出系統(tǒng)具體故障部位和故障原因，為故障恢復(fù)做準(zhǔn)備；故障恢復(fù)是整個(gè)故障診斷過程中最后也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，需要根據(jù)故障原因，采取不同的措施，對系統(tǒng)故障進(jìn)行恢復(fù)。</p><p>　　第一章 電機(jī)絕緣系統(tǒng)的構(gòu)成及概述</p><p><b>　　1.1絕緣系統(tǒng)</b></p><p>　　1.1.1 對絕

19、緣結(jié)構(gòu)的要求</p><p>　　繞組是實(shí)現(xiàn)能量交換的主要部件，是由導(dǎo)電性良好的導(dǎo)體和不導(dǎo)電的絕緣層所構(gòu)成，導(dǎo)體的作用是構(gòu)成電器的電路，絕緣層的作用是隔離電路與磁路、導(dǎo)體之間、以及帶電導(dǎo)體與地之間不同的電位。為了減少鐵芯中渦流產(chǎn)生的損耗和阻尼作用，鐵芯疊片之間也用絕緣作為隔離層，通常是極薄的一層漆膜。</p><p>　　電機(jī)內(nèi)的絕緣層往往是由幾種絕緣材料組成，并經(jīng)過各種工藝處理。如包繞、

20、烘壓、浸漆、表面處理等，這種由多種絕緣材料經(jīng)過加工和特殊處理形成的復(fù)合絕緣層，通常稱為絕緣結(jié)構(gòu)。絕緣結(jié)構(gòu)比單一的絕緣材料具有更好的電氣性能、防潮性能、機(jī)械強(qiáng)度、倒熱性和整體性。電機(jī)內(nèi)因有數(shù)種繞組，往往有幾種不同的絕緣結(jié)構(gòu)，他們?nèi)w構(gòu)成了電機(jī)的絕緣系統(tǒng)。</p><p>　　電機(jī)的運(yùn)行性能和使用壽命，與絕緣材料和絕緣材料的性能密切相關(guān)，很大程度上取決于他們的電、熱、力學(xué)、理化性能。電機(jī)要能在惡劣的環(huán)境和嚴(yán)茍的運(yùn)行條

21、件下可靠工作，絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)具備電氣強(qiáng)度高、耐熱性高、導(dǎo)熱性好、防潮、防塵性好、機(jī)械強(qiáng)度高和便于維修等特點(diǎn)，此外對于在濕熱帶、海上等環(huán)境工作的電動(dòng)機(jī)，其絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)經(jīng)過特殊處理。</p><p>　　1.1.2 絕緣結(jié)構(gòu)的組成單元</p><p>　　電機(jī)內(nèi)有幾種不同的絕緣結(jié)構(gòu)，每種絕緣結(jié)構(gòu)的制作都必須根據(jù)絕緣制作工藝操作文件——絕緣規(guī)范來進(jìn)行。絕緣結(jié)構(gòu)是由很多種絕緣材料組成的，他們的作用和性能

22、也各不相同。絕緣的單元結(jié)構(gòu)主要由下列幾種：</p><p>　?。?）匝間絕緣。用來隔離同一繞組內(nèi)不同電位的導(dǎo)體，片間絕緣與股線絕緣也屬匝間絕緣性質(zhì)，其承受電壓較低。</p><p>　?。?）對地絕緣。是主絕緣，承受對地電壓，其作用是隔離地與導(dǎo)體之間的電位，要求有較高的電氣強(qiáng)度，絕緣層的厚度根據(jù)電機(jī)的電壓等級來確定。</p><p>　?。?）層間絕緣。用來作為上

23、、下層導(dǎo)線，或上、下層繞組之間的絕緣，要求有較好彈性和韌性。</p><p>　?。?）保護(hù)絕緣。用來保護(hù)主絕緣，使主絕緣減少制造過程和運(yùn)行過程受到的機(jī)械損傷。保護(hù)絕緣要求具有某種好的機(jī)械性能，而不要求過高的絕緣性能，保護(hù)絕緣最常見的是線圈最外層的保護(hù)布帶、橫槽等。</p><p>　?。?）支撐絕緣。主要用來使繞組和帶電部件在電機(jī)內(nèi)能可靠地定位和固定，引線夾板，端子板、端部綁扎機(jī)等皆屬支

24、撐絕緣，支撐絕緣要有較好的強(qiáng)度，并在長時(shí)間工作中不應(yīng)變形。</p><p>　　每種絕緣結(jié)構(gòu)都是由上述絕緣的單元結(jié)構(gòu)不同形成的組合。</p><p>　　1.1.3 絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱等級</p><p>　　電機(jī)內(nèi)的各種絕緣結(jié)構(gòu)，在長期強(qiáng)電場、高溫下運(yùn)行，其電氣和機(jī)械性能都將逐漸下降。這是由于絕緣層內(nèi)有機(jī)物中揮發(fā)性成分的逸出、氧化裂解、熱裂解、水解等化學(xué)、物理變化，致

25、使絕緣層變硬、變脆和出現(xiàn)裂紋，而導(dǎo)致力學(xué)、電氣、理化性能變差，這是通常的絕緣老化現(xiàn)象，是一種劣化的過程。絕緣材料老化的過程中，起主要作用的是長期高溫，即所謂的熱老化。因此，提高絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱性，是改善電機(jī)性能，延長使用壽命和提高運(yùn)行可靠性的重要措施。不同的絕緣材料有不同的耐熱性能，電機(jī)內(nèi)的絕緣結(jié)構(gòu)都應(yīng)有相同的耐熱等級。</p><p>　　出溫度因素外，臭氧、日光照射、電場、機(jī)械振動(dòng)和沖擊都是加速老化的

26、因素，老化實(shí)際上是絕緣結(jié)構(gòu)材料劣化的綜合表現(xiàn)。</p><p>　　1.2 低壓異步電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)</p><p>　　低壓異步電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)包括帶線絕緣、匝間絕緣、槽絕緣、層間絕緣、相間絕緣，固定支撐和綁扎絕緣引線絕緣及絕緣處理。根據(jù)耐熱性絕緣材料份A,E,B,F,H級，耐熱性依次增高，絕緣結(jié)構(gòu)分級亦依次增高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，低壓異步電機(jī)的燒毀約70%由絕緣損壞造成，電機(jī)在重繞修理中一般都是按照

27、原設(shè)計(jì)的絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝置，如能根據(jù)電機(jī)的實(shí)際使用條件及環(huán)境配置絕緣結(jié)構(gòu)，會(huì)大大延長電機(jī)的使用壽命，節(jié)約修理費(fèi)用。</p><p>　　1.2.1 選擇絕緣材料與絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的因素</p><p><b>　　（1）環(huán)境因素</b></p><p>　　電機(jī)的使用環(huán)境主要是指自然環(huán)境、電源環(huán)境、機(jī)械環(huán)境。電機(jī)重繞修理時(shí)，應(yīng)在認(rèn)真調(diào)查、落實(shí)、分析

28、、研究其使用環(huán)境特點(diǎn)后，再結(jié)合原來的絕緣結(jié)構(gòu)去設(shè)計(jì)配置新的絕緣結(jié)構(gòu)。比如：在潮濕地溝或水泵房使用的電機(jī)，選擇絕緣結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)充分考慮絕緣材料的防濕耐水性：使用在高溫煤塵較大場合的電機(jī)，應(yīng)升級使用部分絕緣結(jié)構(gòu)，增大導(dǎo)電部分的對地距離，增大槽絕緣的爬電距離，以防煤塵進(jìn)入電機(jī)造成短路故障。</p><p><b>　?。?）絕緣結(jié)構(gòu)工藝</b></p><p>　　絕緣結(jié)構(gòu)的

29、工藝影響電機(jī)整機(jī)絕緣狀況及散熱性。</p><p>　　使用復(fù)合絕緣材料比使用多層組合絕緣結(jié)構(gòu)工藝簡單，散熱性好，結(jié)構(gòu)緊湊，便于嵌線。</p><p>　　絕緣結(jié)構(gòu)的幾何尺寸一定要符合設(shè)計(jì)要求的精度。所用絕緣材料應(yīng)無破損，無皺折，干燥清潔。</p><p>　　同一類型絕緣結(jié)構(gòu)，幾何尺寸應(yīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。嵌線中若局部絕緣被損壞，可以經(jīng)行局部加強(qiáng)處理。</p>

30、<p>　?。?）絕緣材料的成本</p><p>　　在保證電機(jī)使用壽命、安全性、可靠性的前提下，優(yōu)先選用價(jià)格低、絕緣水平高，或價(jià)格較低絕緣水平能滿足絕緣結(jié)構(gòu)要求的絕緣材料。</p><p>　　1.2.2具體絕緣要求</p><p><b>　　（1）匝間絕緣</b></p><p>　　匝間絕緣是指電機(jī)繞

31、組中導(dǎo)線與導(dǎo)線間的絕緣。選用不同的電磁線，絕緣等級不同。正常運(yùn)行的電機(jī)匝間電壓很低，電機(jī)處在換路瞬間操作電壓峰值能達(dá)到額定電壓的兩倍，因此對于頻繁啟動(dòng)或經(jīng)常性過載運(yùn)行的電機(jī)可采用絕緣等級較高的電磁線，如玻璃絲包聚酯漆包線、有機(jī)硅漆浸漬玻璃絲包線或聚酞胺漆包線。</p><p><b>　?。?）對地絕緣</b></p><p>　　繞組的對地絕緣結(jié)構(gòu)有兩種形式：復(fù)合材

32、料絕緣結(jié)構(gòu)，多層組合絕緣結(jié)構(gòu)。前者比后者的剪裁工藝簡單，粘接性好，占用空間少。復(fù)合絕緣由幾層粘合在一起，但各層的作用不同。如DMD復(fù)合絕緣材料，D為聚酷薄膜。嵌線時(shí)靠近槽壁的聚酷纖維無紗布主用起機(jī)械保護(hù)作用、防止損傷主絕緣;靠近導(dǎo)線的纖維無紗布主要防止嵌線過程中損傷主絕緣；介于兩者之間的聚酚薄膜主絕緣是承受電氣擊穿強(qiáng)度的。槽絕緣受到的機(jī)械力隨電機(jī)運(yùn)行電流和電壓等級的提高相應(yīng)增加。為滿足機(jī)械力和爬電距離的要求，應(yīng)增加絕緣材料。有兩種形式，

33、一種是槽絕緣不伸出槽口，一種是伸出槽口。伸出槽口要剪掉槽口處多余的絕緣材料，造成浪費(fèi)，嵌線時(shí)槽絕緣出口</p><p>　　處要承受較大的電磁力，因此應(yīng)加強(qiáng)出口處絕緣的機(jī)械強(qiáng)度，通常把伸出槽口的絕緣紙彎折。方法有兩種，一種是彎折部分進(jìn)入槽內(nèi)，一種是彎折部分不進(jìn)入槽內(nèi)與槽平齊，為小型電機(jī)也可不彎折。嵌線完畢，將槽絕緣順序卷壓后打入槽楔，槽楔的作用是固定槽內(nèi)線圈，防止外部機(jī)械損傷。槽楔長度與槽絕緣墊入槽內(nèi)的實(shí)際長度相

34、等。槽楔的選用，可按照電機(jī)整機(jī)的絕緣等級要求確定，具體材料規(guī)格可參照有關(guān)設(shè)計(jì)手冊。絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱等級可見表1—1</p><p>　　表1—1 絕緣結(jié)構(gòu)的耐熱等級</p><p>　?。?）層間絕緣和相間絕緣</p><p>　　層間承受相電壓，層間絕緣的結(jié)構(gòu)槽絕緣。層間絕緣的寬度以包住線圈的直線部分為宜，并使層間線圈絕緣。</p><p&g

35、t;　　相絕緣是三相繞組端部線圈不同相之間的絕緣。端部線圈比置于槽內(nèi)的線圈松散，散熱性差，因此適當(dāng)增加相絕緣對電機(jī)的長期安全可靠運(yùn)行是非常有益的。在電機(jī)的重繞修理中相絕緣應(yīng)升級，選用絕緣等級高、耐熱性好、耐老化、高溫下易收縮的絕緣材料。</p><p>　　相絕緣應(yīng)能保證可靠分離繞組端部異相線圈，其制作是將正方形的絕緣紙沿對角線折成三角形，再剪去多余部分即可。容量較大電機(jī)相絕緣應(yīng)增強(qiáng)。有時(shí)同相線圈的端部用玻璃絲包

36、扎。包扎后繞組的散熱性減弱，故容量小的電機(jī)不包尖。</p><p>　　相絕緣是很重要的一項(xiàng)內(nèi)容。經(jīng)驗(yàn)證明，電機(jī)燒毀幾乎全部發(fā)生在繞組的端部，因此選擇相絕緣時(shí)應(yīng)依據(jù)電機(jī)原相絕緣結(jié)構(gòu)，適當(dāng)增強(qiáng)端部相絕緣，這有助于電機(jī)的安全運(yùn)行。</p><p><b>　?。?）引出線</b></p><p>　　電機(jī)通常采用丁晴橡膠股電纜引出線。引接線與繞組的

37、接頭處用玻璃絲帶或聚酷薄膜帶包扎后套絕緣管。引接線的選擇，一要滿足啟動(dòng)電流對截面的要求，二要看引線的完好狀況，有無老化、破裂現(xiàn)象。</p><p>　?。?）端部整形及綁扎</p><p>　　整形應(yīng)盡量壓緊端部繞線包。為了防止飛弧，繞組的對地最小距離應(yīng)小于10mm。整形完畢，要對端部較長的繞組進(jìn)行綁扎，端部長度不同，則端部匝數(shù)和綁扎道數(shù)不同，具體要求根據(jù)原設(shè)計(jì)及修理經(jīng)驗(yàn)確定。</p

38、><p>　　1.3交流電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　1.3.1導(dǎo)體絕緣</b></p><p><b>　?。?）繞組線絕緣</b></p><p>　　目前水輪發(fā)電機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)條式線圈導(dǎo)體基本都是采用的雙玻璃絲包線或雙玻璃絲包漆包線SBEB或SBEQB，絕緣厚度為0.40mm，其擊穿

39、電壓在500V以上，但實(shí)際上單匝線圈的股線電壓僅只有幾伏，用擊穿電壓有500V的絕緣來絕緣幾伏的電壓，造成絕緣的浪費(fèi)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理。在絕緣技術(shù)方面有理由采用較薄的絕緣厚度0.18~0.20mm，國外大電機(jī)制造公司較為常用的絕緣厚度。國內(nèi)0.20的雙玻璃絲包線或雙玻璃絲包漆包線的擊穿電壓為300V，完全可以滿足電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)際需要并可以較大地降低線圈高度尺寸。如對于50~60根導(dǎo)線組成線圈導(dǎo)體其絕緣在高度方面的占有量為：<

40、/p><p>　　對于0.40mm厚絕緣導(dǎo)體26~31x0.40=10.40~12.40mm。約為13.4%以上。對于0.20mm厚絕緣導(dǎo)體26~31x0.20=5.20~6.20mm。約為6.7%以上</p><p>　　高度降低一半，對于定子槽深度降低了10mm以上，可極大地改善電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。</p><p>　　圈式線圈的導(dǎo)線目前基本上都是采用的雙玻璃絲包

41、薄膜線包線，絕緣厚度0.5~0.6mm，其特點(diǎn)是絕緣擊穿電壓高，可以達(dá)到5000V以上，為上玻璃絲包線的10倍，這樣做的目的是可以用股線絕緣來代替全部或者部分匝間絕緣，在線圈制造時(shí)盡可能做到不包或者少包匝間絕緣，減少個(gè)工人勞動(dòng)強(qiáng)度，保證就絕緣強(qiáng)度，這在一定程度上是合理的，但就交流電機(jī)圈式繞組而言有很大的局限性。以股線絕緣部分或全部代替匝間絕緣，對于單根或者雙根并繞的線圈效果是明顯的、合理的，但是對于像8根并繞或3根以上疊繞的線圈也采用0

42、.50~0.60mm厚的絕緣導(dǎo)線就顯得不合理了，這是因?yàn)樵谌绱撕竦墓删€絕緣的作用，造成了絕緣的極大浪費(fèi)并且占據(jù)了很大的高度尺寸，如按4根線高度計(jì)算，每匝的股線絕緣就有2.0`2.4mm而實(shí)際有用的也只是很小一部分為0.5~0.6mm。從經(jīng)濟(jì)角度講，用雙玻璃絲包薄膜繞包線價(jià)格高出雙玻璃絲包線很多，如常用的雙玻璃絲包亞胺薄膜繞包線就高出近一倍，因此無論在經(jīng)濟(jì)上還是在技術(shù)上，圈式線圈的導(dǎo)線按其股線的數(shù)量來選擇股線絕緣是完全有必要的。</

43、p><p><b>　?。?）導(dǎo)體絕緣材料</b></p><p>　　絕緣主要包括排間絕緣，換位絕緣，匝間絕緣和股間絕緣。排間絕緣應(yīng)具有較好的粘結(jié)性能使得導(dǎo)線相互形成以個(gè)堅(jiān)實(shí)實(shí)體，同時(shí)應(yīng)具有較好的適形性，填充導(dǎo)線排列形成角部空間，并具有一定的耐電性能。</p><p>　　隨著電機(jī)的額定電壓不斷提高，從均勻電場的角度來講，要求增大導(dǎo)線的R角。這樣

44、，導(dǎo)線排列形成的角部空間就更大了。目前排間絕緣采用的柔軟云母板或多技云母板，其電氣強(qiáng)度較高，但其機(jī)械強(qiáng)度和適形性不夠，層間粘結(jié)力較差，且厚度較厚，不很合理，不能滿足電機(jī)發(fā)展的需要，故排間絕緣應(yīng)選擇耐熱性較好的適形性纖維氈，浸潰熱固性的環(huán)氧樹脂膠，并同導(dǎo)線一起熱壓固化成型，在工藝上提供了導(dǎo)線相互粘結(jié)的膠黏劑，也可以充分填充股線排列形成的角部空間，使得股線的剛度大大提高，并且絕緣厚度由0.5mm降到0.3mm以下，使得絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理，這

45、種排間絕緣國外已普遍使用，國內(nèi)較薄的耐熱性較好的適形纖維氈已批量生產(chǎn)，對于換位絕緣可視其情況，已采用浸潰熱固性的環(huán)氧樹脂膠的適形纖維氈為好，其可以與主絕緣有更好的粘結(jié)強(qiáng)度。</p><p>　　1.3.2主絕緣結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　(1)主絕緣材料</b></p><p>　　0.14mm云母帶的最大的特點(diǎn)是柔軟性好，便于包扎，故此

46、對截面尺寸較小，形狀復(fù)雜的圈式定子線圈較為合適，采用0.14mm云母帶是合理的，但對于大截面條形定子線圈因其絕緣厚度厚，線圈長，從絕緣性能和勞動(dòng)強(qiáng)度來講都是不合適的，也采用較厚的0.17mm云母以提高其云母含量，該云母標(biāo)重在120g/㎡左右，云母含量約為48％，線圈絕緣成型后的云母含量將達(dá)到51％~58％,較 目前絕緣體系的云母含量有很大的提高，距離國外大電機(jī)制造公司用的云母帶更加接近，國外常用的是0.18~0.22mm,其云母含量約1

47、50g/㎡。</p><p><b>　　(2)絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　對于大型發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣，其絕緣厚度應(yīng)按工作電場強(qiáng)度2.0~2.2kv∕mm為好，目前設(shè)計(jì)的絕緣結(jié)構(gòu)也大都按此原則選擇的絕緣厚度：</p><p>　　如對于15.75kv 水發(fā) 主絕緣厚度為4.5mm，工作場強(qiáng)為2.02kv∕mm</p>

48、<p>　　18kv 水發(fā) 主絕緣厚度為4.8mm，工作場強(qiáng)為2.16 kv∕mm</p><p>　　20kv 水發(fā) 主絕緣厚度為5.5mm，工作場強(qiáng)為2.09 kv∕mm</p><p>　　防暈結(jié)構(gòu)對大型發(fā)電機(jī)一般都采用“一次成型”結(jié)構(gòu)，其良好的防暈性能和優(yōu)異的電阻穩(wěn)定性，使得各大電機(jī)廠沿用，但其防暈層厚，特點(diǎn)是端部防暈層和槽內(nèi)導(dǎo)電防暈層搭接部位，厚度增加了一個(gè)高

49、阻防暈層厚度約0.8mm，另外，還要加上一個(gè)附加絕緣層2、3層半疊包云母厚度約1mm，而對大型發(fā)電機(jī)定子線棒，大都采用的是模壓成型工藝，模具不太可能在此制造成局部有臺(tái)階的模具，所以這些多出來的尺寸絕大部分都要由主角原來消化，即增大了該部位的壓縮量，造成了局部絕緣厚度減薄，而這部分絕緣承受的電壓同槽內(nèi)絕緣一樣，即使絕緣局部電場強(qiáng)度過高，限制了整個(gè)絕緣厚度減薄，解決和改善方法可采用接內(nèi)導(dǎo)電防暈層，采用“一次成型”防暈結(jié)構(gòu)，端部采用涂刷或刷包

50、防暈層，這樣就不占用主絕緣尺寸。當(dāng)然這樣效果不一定很好，不過也可以滿足實(shí)際需要。另一個(gè)改善的方案可以將附加絕緣由覆蓋整個(gè)高阻防暈層并與導(dǎo)電層搭接，縮短到部分覆蓋防暈層，即覆蓋到由防暈層末端起的部分高阻層，也起到改善防暈層末端電場分布的作用，這樣讓出高低電阻防暈層搭接部分和部分厚度1.00mm左右，使得該部位和主絕緣厚度得到部分改善，另外也消除了線棒R外附加絕緣與防暈層脫殼發(fā)空的現(xiàn)象</p><p><b&g

51、t;　　1.3.3繞組固定</b></p><p>　　目前國內(nèi)外繞組固定方式甚多，其目的都是將線棒牢牢地固定在槽內(nèi)，使之不能產(chǎn)生振動(dòng)和松動(dòng)，但由于線棒同鐵芯槽不可能很好配合，存在有高點(diǎn)不穩(wěn)定接觸，而且，線棒絕緣在受到壓力作用下，將會(huì)發(fā)生一定蠕變，造成槽內(nèi)絕緣的下沉，這對于大型發(fā)電機(jī)更為嚴(yán)重，原因就是其線截面大、高度高、絕緣量大，產(chǎn)生蠕動(dòng)量就變大，消除這些不利因素的方法就是采取適形可固化的槽底、層間墊

52、條，配合加熱或不加熱預(yù)壓緊工序，一般應(yīng)預(yù)壓48H以視好，同時(shí)使適形墊條中的樹脂充分固化，也可以消除線棒、槽底及線棒之間的高點(diǎn)不穩(wěn)定接觸，最大限度的減少線棒絕緣的蠕動(dòng)變形對將來使用的影響，故對于大型發(fā)電機(jī)定子線棒槽內(nèi)固定采用預(yù)壓和適形墊條是必要的，與之配合的是還應(yīng)有彈性元件，使之始終存在一定的徑向壓力，保證線棒不振動(dòng)，彈性元件目前有硅橡膠墊條和彈性波紋板，二者具有一定的預(yù)壓力，并永久并行保持在15℅以下，但兩者的預(yù)緊力差別較大，硅橡膠墊條

53、的預(yù)緊力一般在0.5MPa(壓縮量為50)而波紋板可達(dá)1MPa。硅橡膠墊條在工藝上使用方便，材料成本相對較低，可用于槽電流6000A一下的發(fā)電機(jī)，配以雙層對E1斜槽；對于水內(nèi)冷的汽輪發(fā)電機(jī)，因其槽電流在10000</p><p>　　總之，導(dǎo)線絕緣的選擇應(yīng)根據(jù)其使用的具體情況和要求來定，繞組線棒絕緣厚度的減薄是可行的并且是必要的，這將極大的改善電機(jī)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　

54、對于電機(jī)繞組絕緣用云母帶應(yīng)根據(jù)其線圈的實(shí)際條件和絕緣厚度來確定所用的云母帶規(guī)格，對大型發(fā)電機(jī)定子線棒也采用厚粉紙?jiān)颇笌榧选?lt;/p><p>　　大型發(fā)電機(jī)定子繞組槽內(nèi)固定應(yīng)采用可固化的適形墊條，配以彈性元件，并應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要，即槽電流的大小來確定彈性元件的型式。</p><p>　　第二章 絕緣結(jié)構(gòu)的故障檢測</p><p>　　絕緣結(jié)構(gòu)是電氣設(shè)備的重要組

55、成部分，它的性能和狀態(tài)決定了電氣設(shè)備在運(yùn)行中的安全和壽命。</p><p><b>　　2.1絕緣診斷概述</b></p><p>　　造成電機(jī)絕緣老化的因素很多，主要有：熱因素、電因素、機(jī)械因素和環(huán)境因素。在這些因素的綜合作用下，絕緣結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了各種老化現(xiàn)象。美國、加拿大、日本等國的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)表明，使用了10a~20a的電動(dòng)機(jī)，絕緣故障顯著上升并且是和老化一起發(fā)生的。

56、</p><p><b>　　2.1.1絕緣老化</b></p><p><b>　?。?）熱老化</b></p><p>　　絕緣材料在運(yùn)行中，因長期受產(chǎn)生各種物理和化學(xué)變化（如揮發(fā)、裂解、起層、龜裂等），導(dǎo)致材料變質(zhì)而老化。熱老化速度和絕緣受熱溫度密切相關(guān)，溫度越高，老化越快。一般情況是：超過允許最高溫度每8℃，熱老化

57、速度會(huì)加快一倍 。此外，電機(jī)反復(fù)啟動(dòng)，使絕緣結(jié)構(gòu)反復(fù)受到熱循環(huán)作用，線圈絕緣也會(huì)反復(fù)機(jī)械變形而疲勞破壞。</p><p><b>　　（2）電老化</b></p><p>　　主要表現(xiàn)為局部放電、漏電和電腐蝕。局部放電現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于電機(jī)內(nèi)部電場的不均勻分布所造成的。由于在絕緣層內(nèi)，線圈與鐵芯之間存在空隙，這些均使電場集中，引起部分放電。局部放電能在絕緣層內(nèi)產(chǎn)生十分微

58、細(xì)的樹枝狀放電途徑，并造成放點(diǎn)區(qū)域的絕緣腐蝕，不斷的放電將使腐蝕孔加深，與其它空隙的橋接使老化規(guī)模擴(kuò)大，最終導(dǎo)致絕緣的破壞。漏電老化則是在有電位差的絕緣表面上形成炭化電路，而使絕緣喪失功能。當(dāng)絕緣結(jié)構(gòu)表面污染或附有異物時(shí)，在有電位差得部分產(chǎn)生泄露電流而發(fā)熱，使一部分絕緣材料分解成碳化物。電腐蝕最常見的例子是電暈，通常發(fā)生在變壓器繞組段部或線圈出槽口的地方，這也是由局部電場集中引起的。</p><p><b&

59、gt;　?。?）機(jī)械老化</b></p><p>　　機(jī)械老化主要表現(xiàn)在絕緣結(jié)構(gòu)的疲勞、裂紋、松弛、磨損等。它是在啟動(dòng)時(shí)電磁力和熱應(yīng)力。運(yùn)行中的振動(dòng)、熱循環(huán)等原因產(chǎn)生的。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電磁力在線圈絕緣內(nèi)產(chǎn)生很大的應(yīng)力，在彎曲和擠壓應(yīng)力反復(fù)作用下，線圈絕緣層往往產(chǎn)生疲勞甚至斷裂。熱老化引起絕緣收縮和絕緣層蠕變收縮將導(dǎo)致絕緣松動(dòng)，造成了線圈端部和槽內(nèi)部分的絕緣磨損。由于啟動(dòng)、停機(jī)以及負(fù)載變化的熱循環(huán)，在線圈

60、的絕緣層和導(dǎo)線之間因膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致絕緣與導(dǎo)線之間剝離而形成空隙，這些空隙又導(dǎo)致局部放電的增加和散熱的困難。</p><p><b>　　（4）環(huán)境變化</b></p><p>　　主要表現(xiàn)為灰塵、油污、鹽分和其他腐蝕部分對絕緣的污染和侵蝕，以及絕緣吸濕和表面凝露。他們會(huì)導(dǎo)致絕緣電阻的降低和介質(zhì)損耗的增加，隨著電機(jī)變化程度的增加，絕緣對于環(huán)境的敏感將更加明

61、顯，此時(shí)環(huán)境因素將對電機(jī)絕緣老化其催化作用。老化的表征是由于吸濕、變質(zhì)、污損使絕緣電阻降低，泄漏電流增加，由于絕緣層脫落、剝落、龜裂造成局部放電量增加，其結(jié)果都是導(dǎo)致絕緣電氣性能、機(jī)械能變劣，剩余耐壓水平和壽命減少，最終導(dǎo)致絕緣結(jié)構(gòu)損壞。絕緣強(qiáng)度是電機(jī)各種性能中最基本的性能之一，而絕緣系統(tǒng)往往是電機(jī)內(nèi)的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。負(fù)載變化、環(huán)境、機(jī)械損傷都會(huì)導(dǎo)致絕緣故障。通常，小型電機(jī)的絕緣主要由溫度和環(huán)境生產(chǎn)老化，電和機(jī)械應(yīng)力相對來說不太重要：大、

62、中型電機(jī)中溫度和環(huán)境仍起作用，但電或機(jī)械應(yīng)力是重要的老化因素；特大型電機(jī)一般采用棒形繞組，并且工作在惰性氣體環(huán)境中，受到的是電應(yīng)力或機(jī)械力的作用，或者兩者兼有，溫度和環(huán)境是次要的老化因素。</p><p>　　2.1.2絕緣診斷的內(nèi)容和程序</p><p>　　對絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行診斷，作各種檢測和實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱藱z驗(yàn)絕緣的可靠性，以此推斷出電機(jī)的剩余強(qiáng)度。</p><p>

63、;　　在電機(jī)使用期內(nèi)對絕緣進(jìn)行診斷，推測其剩余擊穿電壓和壽命是十分必要，但絕緣診斷的項(xiàng)目很多。各個(gè)項(xiàng)目有時(shí)又可測定幾個(gè)參數(shù)，因此在絕緣診斷時(shí)，確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的順序和測定參數(shù)十分重要。診斷程序如下（圖2-1）：</p><p>　　絕緣擊穿實(shí)驗(yàn)——（取出線圈，設(shè)定擊穿電壓，推斷剩余壽命）</p><p><b>　　交流耐壓實(shí)驗(yàn)</b></p><p&

64、gt;<b>　　直流耐壓實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　耐電壓實(shí)驗(yàn) 沖壓耐壓實(shí)驗(yàn)</p><p><b>　　極低頻率耐壓實(shí)驗(yàn)</b></p><p><b>　　直流電流實(shí)驗(yàn)</b></p><p><b>　　介質(zhì)損耗實(shí)驗(yàn)</b></p&

65、gt;<p>　　非破壞性實(shí)驗(yàn) 交流實(shí)驗(yàn) </p><p><b>　　局部放電實(shí)驗(yàn)</b></p><p><b>　　絕緣分解物檢測</b></p><p>　　物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn) H/C元素分析</p><p>　　熱重量測定(TG)法</p>

66、<p><b>　　外觀檢查</b></p><p>　　運(yùn)行履歷調(diào)查 加振法</p><p>　　機(jī)械實(shí)驗(yàn) 振聲(A/E)法</p><p><b>　　圖2-1 診斷程序</b></p><p>　　2.2電機(jī)絕緣故障的檢測</p><p>

67、<b>　　匝間故障檢測</b></p><p>　　電機(jī)在出廠前要做例行的匝間故障試驗(yàn)，偶爾在現(xiàn)場也做這種實(shí)驗(yàn)。通常的做法是關(guān)斷電機(jī)，用高壓浪涌電流信號發(fā)生器產(chǎn)生浪涌電流加到線圈繞組上。由于從故障出現(xiàn)到形成電機(jī)損傷時(shí)間很短，所以必須在電機(jī)只旋轉(zhuǎn)幾圈內(nèi)就完成檢測。匝間故障檢測的原理可以這樣表達(dá)：故障發(fā)生在一個(gè)對稱勵(lì)磁電機(jī)上時(shí)，正序電流變化不大，同時(shí)負(fù)序電流也可能因?yàn)椴黄胶鈧鬏斁€而產(chǎn)生。這里，

68、把負(fù)序阻抗用作指示器，因?yàn)樨?fù)序阻抗容易被忽視，而且其特點(diǎn)不大容易掌握。另外，還有吳多變化和噪音需要均分處理，因而需要很長時(shí)間去檢測。由于需要很高的觸發(fā)門檻值，因而靈敏度較差。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)室的研究表明匝間故障所造成的影響與以前預(yù)想的不一樣，故障造成的影響是有負(fù)序電流流入系統(tǒng)中。當(dāng)沒有故障或線平衡時(shí)，沒有負(fù)責(zé)序電流；當(dāng)線不平衡而電動(dòng)機(jī)正常時(shí)，負(fù)序電流全部被負(fù)序阻抗占用。因此，減去負(fù)序阻抗中的負(fù)序電流，就

69、可得到作為故障只是的流入電流。</p><p>　　三相電壓或電流的對稱分量在線路電壓和電流相量已知情況下，可以通過矩陣轉(zhuǎn)換獲得。在連續(xù)周期條件下，配合一臺(tái)頻率偏離糾正儀，用32點(diǎn)運(yùn)算法則計(jì)算基本分量，在線頻的兩個(gè)周期內(nèi)，就可獲得過濾后的輸出，并將其作為對稱分量轉(zhuǎn)換矩陣的輸入。

70、 </p><p>　　這個(gè)計(jì)算過程在PC上運(yùn)行，用在臺(tái)每相有648匝的Y型連接的3/4PH三相電機(jī)來做實(shí)驗(yàn)。線圈的一部分被分接，使得一個(gè)或多個(gè)線匝通過續(xù)電器瞬間短路，在電機(jī)端子上流入的負(fù)序電流和負(fù)序電流和正序電流相比很小，同時(shí)可以得知非故障負(fù)序電流

71、也可由于電機(jī)或儀器內(nèi)在的不對稱而引起，在軟件的算法中就可以減去正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的不對稱所造成的影響。 </p><p>　　2.3先進(jìn)故障檢測方法</p><p>　　2.3.1 傳感器信息融合在電機(jī)絕緣故障中的應(yīng)用</p><p>　　電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)劣直接影響到電機(jī)的安全性、可靠性和使用壽命。對于任何一臺(tái)電機(jī)來說，定、轉(zhuǎn)子繞阻以及鐵芯疊片之間的電毛絕

72、緣性對電機(jī)的使用安全，可靠性及壽命有重大影響，絕緣故障會(huì)直接或間接地引起電機(jī)故障、降低耳可靠性、導(dǎo)致強(qiáng)迫停機(jī)、增加維修工作量和修理費(fèi)用。但是到目前為此，電機(jī)絕緣故障診斷術(shù)仍然是基于單個(gè)參數(shù)進(jìn)行的，這些參數(shù)包括與電機(jī)絕緣相關(guān)的各種能夠攜帶故障特征的可以檢測到的參數(shù)，如定子電流、振動(dòng)、溫度等。但因?yàn)楣收咸卣髂Ｐ鸵约半姍C(jī)運(yùn)行環(huán)境存在許多不確定的因素，所以用單參數(shù)進(jìn)行故障診斷具有固定的不確定性，有時(shí)基至?xí)绣e(cuò)誤的診斷結(jié)果。</p>

73、<p>　　信息融合是近30年來興起的新技術(shù)，其基本原理就是像人腦綜合處理信息的過程一樣，充分利用多個(gè)傳感器資源，通過對各種傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，包括對多源數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測、相關(guān)、組合和估計(jì)，產(chǎn)生對觀測環(huán)境的一致性解釋和描述。</p><p>　　本文將從傳統(tǒng)電機(jī)絕緣診斷出發(fā)，將多傳感器信息綜合技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)故障診斷技術(shù)研究中。</p><p>　　傳統(tǒng)電機(jī)絕緣故障

74、診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及診斷一般程序。</p><p>　　圖2-3 傳統(tǒng)的電機(jī)絕緣診斷程序</p><p>　　傳統(tǒng)的電機(jī)絕緣故障診斷系統(tǒng)可以用圖2-2描述，診斷是基于單個(gè)參數(shù)和單個(gè)特征的。故障診斷系統(tǒng)通過對可觀測參數(shù)的特征提取以判斷是否存在故障從而做出診斷，診斷的可信度由傳感器的精度和信號處理的分辨率決定。由于電機(jī)的絕緣診斷項(xiàng)目很多，各個(gè)項(xiàng)目同時(shí)又包含多個(gè)參數(shù)，因此在絕緣診斷時(shí)只對單一參數(shù)進(jìn)行故

75、障分析是不夠準(zhǔn)確的。</p><p>　　在傳統(tǒng)診斷方法中，對部分故障定位及其定位故障的狀態(tài)評估是很難進(jìn)行定性、定量分析的。同時(shí)，由于故障成因在時(shí)域上的混雜性和能量轉(zhuǎn)化的強(qiáng)通過性，使一個(gè)檢測結(jié)果對應(yīng)多個(gè)故障源，而所產(chǎn)生的故障結(jié)果的嚴(yán)重程度又存在巨大差異，如果簡單處之，將加大故障的診斷，因此傳統(tǒng)的診斷方法必將帶來一定的局限性。傳統(tǒng)的電機(jī)絕緣診斷程序見圖2-3</p><p>　?。?）多傳感

76、器信息融合技術(shù)</p><p>　　對于電機(jī)的絕緣故障診斷，系統(tǒng)的不確定性表現(xiàn)在模型及運(yùn)行環(huán)境的影響，所以構(gòu)造的融合系統(tǒng)將針對這些不確定因素而設(shè)計(jì)。融合可以在傳感器的數(shù)據(jù)層、特征層或者決策層進(jìn)行，而不同融合層的選擇將主要考慮現(xiàn)實(shí)成本和融合性能的平衡比較，不同融合層的融合方法也不同。在數(shù)據(jù)層，針對模型的不確定性來估計(jì)或者預(yù)測電機(jī)絕緣狀態(tài)，可以用數(shù)量形式的算法，比如卡爾曼濾波。對于特征的融合，更多的是用模式分類或者識

77、別的方法，比如貝葉斯估計(jì)、證據(jù)推理等。 </p><p>　　圖2-4 多傳感器信息融合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) </p><p>　　電機(jī)絕緣故障診斷中應(yīng)用信息融合方法，目的是由此擴(kuò)大檢測范圍，增加監(jiān)測對象，面向?qū)ο筮M(jìn)行監(jiān)測，擴(kuò)大監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)測渠道，進(jìn)而擴(kuò)大診斷過程中激勵(lì)與響應(yīng)之間的關(guān)系， 便于區(qū)分其故障因。采用更多的監(jiān)測對象對原有的故障特征趨同的故障源提供依據(jù)，分離或定位故障。通過不同的觀測器得到

78、不同時(shí)空的觀測結(jié)構(gòu)，從而提高了了辯識故障能力。多傳感器信息融合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖2－4。</p><p>　　由于電機(jī)絕緣度的重要性使得電機(jī)故障診斷在各行業(yè)顯得非常突出，傳統(tǒng)的診斷方法存在著各種不確定性，本文從信息融合的角度出發(fā)對機(jī)電故障診斷問題作出分析，并將其引入故障診斷領(lǐng)域，通過多傳感器信息融合不僅增加了系統(tǒng)的生存能力、擴(kuò)展了空間的覆蓋范圍、改善了探測性能，而且大大減少了信息的模糊性</p><

79、;p>　　2.3.2 虛似儀器在發(fā)電機(jī)機(jī)緣檢測中的應(yīng)用</p><p>　　虛似儀器是以計(jì)算機(jī)（通常選用工控微型機(jī)）外加數(shù)據(jù)采集等功能模塊作為平臺(tái)，通過執(zhí)行專門研制的應(yīng)用程序來完成某種測量儀器的功能，還可以通過友好的圖形化的人機(jī)界面來操作這臺(tái)模似某種測量儀器的計(jì)算機(jī)，從而完成對被檢測參數(shù)的采集、分析、判斷、處理、存儲(chǔ)和顯示功能。將虛試儀器技術(shù)應(yīng)用到發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)測系統(tǒng)中，開發(fā)者可以方便地進(jìn)行程序修改、功能改

80、善和升級，與傳統(tǒng)的監(jiān)測儀器相比具有非常友好的界面，可以使使用者方便而又直觀地操作設(shè)備；并能使經(jīng)營者很好的掌握發(fā)電機(jī)的絕緣狀態(tài)。</p><p>　　（1）系統(tǒng)硬件組成的工作原理</p><p>　　大電機(jī)主絕緣的檢測采用低頻超聲反射法，其硬件包括：一套低頻超聲設(shè)備（發(fā)送和接受）、一個(gè)高性能的數(shù)據(jù)采集卡和以臺(tái)計(jì)算機(jī)。 </p><p>　　系統(tǒng)的工作原理：超聲波發(fā)生及

81、接受裝置發(fā)射500KHz的同步電脈沖，同步電脈沖一方面激發(fā)探頭內(nèi)的壓電晶片振動(dòng)產(chǎn)生超聲波，另一方面經(jīng)出發(fā)延遲后作為數(shù)據(jù)采集卡的掃描觸發(fā)信號。超聲傳感器產(chǎn)生的超聲波經(jīng)耦合劑垂直入射到電子線棒（絕緣）后，在電子絕緣內(nèi)傳播，當(dāng)遇到界面在界面上發(fā)生反射，反射波反向傳播，并且發(fā)射超聲波的超聲探頭接受并轉(zhuǎn)換成電脈沖信號，經(jīng)超聲波發(fā)生及接受裝置衰減放大等信號調(diào)理后，由數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字化，輸入筆記本電腦的專業(yè)軟件，以超聲A掃描顯示方式時(shí)顯示波形，并進(jìn)行波

82、形數(shù)據(jù)的保存、參數(shù)統(tǒng)計(jì)和狀態(tài)診斷等處理。</p><p>　　本系統(tǒng)的超聲檢測頻率為0.5~1.2MHz，理論上數(shù)據(jù)采集率，實(shí)際應(yīng)用中，采集率通常必須是被測信號是最大頻率的7~8倍。美國NI(National Instrnments)公司數(shù)據(jù)采集卡NI PCI.5102就能滿足這一要求，其主要參數(shù)如表2-1所示。</p><p><b>　　表2-1</b></

83、p><p>　?。?）軟件設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)</p><p>　　圖案件采用NI.公司的Labview圖形化語言設(shè)計(jì)開發(fā)，使用戶能后通過友好的圖形化界面就可以控制硬件，進(jìn)行各種測量和分析診斷等操作。</p><p>　　軟件系統(tǒng)主要由應(yīng)用程序和I/O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序。應(yīng)用程序包括實(shí)現(xiàn)虛試面板功能的前面軟件程序和定義測試功能的流程圖軟件程序。I/O接口（本系統(tǒng)中指數(shù)字采集卡）

84、儀器驅(qū)動(dòng)程序是用來完成特定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)與通信。整個(gè)軟件系統(tǒng)曹永模塊化結(jié)構(gòu)，主要包括定子絕緣的超聲監(jiān)測、超聲聲速計(jì)算及統(tǒng)計(jì)和老化狀態(tài)診斷以及剩余壽命運(yùn)行年數(shù)預(yù)測三大功能模塊。在硬件條件不變的情況下，可以通過軟件模塊的修改和增加來完善儀器原有的功能，并可以擴(kuò)充和增加新的功能。</p><p>　?。?）定子絕緣的超聲檢測模塊</p><p>　　定子絕緣的超聲檢測模塊通過對數(shù)字采集

85、卡的控制，實(shí)現(xiàn)超聲檢測信號的顯示、采集和存儲(chǔ)等功能。數(shù)據(jù)采集卡的控制包括觸發(fā)控制、通道控制盒時(shí)基控制等。觸發(fā)控制包括觸發(fā)模式、觸發(fā)斜坡和觸發(fā)電平控制。通道控制主要是控制單通道或雙通道測量。時(shí)基控制主要控制卡掃描率、每一通道掃描次數(shù)。其程序框見圖2-5所示</p><p>　　圖2-5 超聲檢測模塊程序框圖</p><p>　?。?）電子絕緣超聲聲速計(jì)算及統(tǒng)計(jì)模塊</p>&l

86、t;p>　　電子絕緣的超聲聲速計(jì)算及統(tǒng)計(jì)模塊是軟件系統(tǒng)的主要部分，體現(xiàn)了把虛似儀器技術(shù)應(yīng)用到超聲檢測的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)據(jù)分析處理模塊的主要功能是由檢測模型數(shù)據(jù)計(jì)算超聲聲速、統(tǒng)計(jì)電子絕緣多點(diǎn)測量勝訴的最大值和平均值、保存和顯示定子絕緣聲速測量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。大定子絕緣超聲聲速計(jì)算及統(tǒng)計(jì)模塊的程序框圖如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6聲速計(jì)算及統(tǒng)計(jì)模塊程序框圖</p><p>　?。?）

87、電子絕緣的老化狀態(tài)診斷和剩余壽命運(yùn)行年數(shù)預(yù)測模塊</p><p>　　絕緣剩余壽命評估模塊的主要功能是基于軟件的數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)應(yīng)用的預(yù)測方法，</p><p>　　實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)電子絕緣剩余的最可靠運(yùn)行年數(shù)及可靠運(yùn)行年數(shù)的智能預(yù)測和試驗(yàn)電子絕緣老化狀態(tài)的智能診斷。改模塊軟件的程序流程圖如圖2-7所示。</p><p>　　圖2-7模塊軟件的程序流程圖</p>

88、<p>　　整個(gè)系統(tǒng)軟件不加增加了低頻超聲反射法檢測系統(tǒng)的超聲檢測數(shù)據(jù)的采集、處理等功能，還實(shí)現(xiàn)了超聲評估絕緣最可靠運(yùn)行年數(shù)和可靠運(yùn)行年數(shù)的診斷功能，成為大電機(jī)主絕緣狀態(tài)診斷和剩余壽命評估研究的有力工具。將虛似儀器技術(shù)應(yīng)用到發(fā)電機(jī)的絕緣檢測中，軟件編程簡單，界面直觀，操作方便，并且該系統(tǒng)軟件能準(zhǔn)確地進(jìn)行絕緣檢測、超聲勝訴計(jì)算和統(tǒng)計(jì)以及預(yù)測剩余壽命運(yùn)行年數(shù)。具有可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)，智能程度高等優(yōu)點(diǎn)。</p>&

89、lt;p>　　第三章 電機(jī)絕緣故障的診斷</p><p>　　3.1設(shè)備診斷技術(shù)的概念</p><p>　　設(shè)備診斷技術(shù)是一門包含很多科技內(nèi)容的綜合技術(shù)。其基本原理是根據(jù)機(jī)械、電氣等各類設(shè)備設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的各種信息，判斷設(shè)備運(yùn)行是屬于正常還是發(fā)生了異常，識別設(shè)備或者機(jī)器是否發(fā)生了故障。因而它訥訥個(gè)實(shí)現(xiàn)設(shè)備在帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，或基本上在不拆卸的情況下，通過對其狀態(tài)參數(shù)的檢測和分析，

90、并對設(shè)備的未來狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測。他的另一個(gè)術(shù)語叫機(jī)械故障診斷。</p><p>　　設(shè)備診斷技術(shù)的具有內(nèi)同包括三個(gè)基本環(huán)節(jié)和是四項(xiàng)基本技術(shù)。</p><p>　　三個(gè)基本環(huán)節(jié)為檢查和發(fā)現(xiàn)異常、診斷故障狀態(tài)和部位、分析故障類型。</p><p><b>　　四項(xiàng)基本技術(shù)：</b></p><p>　　（1）檢查技術(shù)。準(zhǔn)確地采集

91、和測量反映設(shè)備狀態(tài)的各種信號和參數(shù)的技術(shù)；</p><p>　?。?）信號處理技術(shù)。將現(xiàn)場采集的各種信號，經(jīng)過各種變換，把真正反映設(shè)備狀態(tài)的信息提取出來；</p><p>　　（3）識別技術(shù)。根據(jù)掌握的故障征兆信息和狀態(tài)參數(shù)，判斷故障并找出原因；</p><p>　?。?）預(yù)測技術(shù)。指對已識別出來的故障進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測故障的發(fā)展和設(shè)備的剩余壽命；</p>

92、<p>　　設(shè)備診斷技術(shù)涉及各方面知識領(lǐng)域，以及對設(shè)備故障機(jī)理的研究。它必須根據(jù)設(shè)備在使用過程中的故障機(jī)理、劣化過程和機(jī)理，通過采用對各種狀態(tài)參數(shù)的檢測與分析，性能強(qiáng)度的檢測和分析等各種方法，分析和判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，確家設(shè)備故障部位和劣化程度，預(yù)測設(shè)備的可靠性與壽命，制定最適合的修理方案和檢修周期。 </p><p>　　3.2 電機(jī)故障診斷技術(shù)  </p>&l

93、t;p>　　自19世紀(jì)發(fā)明發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)以來，由于電能應(yīng)用方便，而且電動(dòng)機(jī)性能優(yōu)良，便于控制，使用與操作簡單，因?yàn)榈玫搅搜杆倨占埃褂脭?shù)量越來越多，推進(jìn)和完成了人類歷史上的第二次工業(yè)革命，因到了今天，在我們?nèi)粘Ｉ詈蜕a(chǎn)活動(dòng)中，已經(jīng)離不開電機(jī)，電機(jī)在日常生活中以無所不在。任何產(chǎn)業(yè)部門和每個(gè)家庭集合離不開各種各樣的電機(jī)，它作為當(dāng)今世界上使用最普遍的、數(shù)量最多的供電設(shè)備和動(dòng)力機(jī)械，幾乎占領(lǐng)了所有領(lǐng)域。</p><p

94、>　　3.2.1 電機(jī)故障診斷技術(shù)的特點(diǎn)</p><p>　?。?）涉及較多的領(lǐng)域</p><p>　　電機(jī)診斷的設(shè)備診斷技術(shù)的一個(gè)部分，但是由于電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)上的種種特點(diǎn)，起診斷方法和采用的檢測技術(shù)和其他設(shè)備的診斷有所不同。根據(jù)電機(jī)工作原理，在它內(nèi)部存在著幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)而不可截然分割的工作系統(tǒng)，因此，電機(jī)診斷需涉及較多科技領(lǐng)域。</p><p>　　(2

95、) 要熟悉診斷對象</p><p>　　由于電機(jī)內(nèi)存在幾個(gè)相互關(guān)聯(lián)的工作系統(tǒng)，故障起因和故障征兆往往變現(xiàn)出多元性，這為電動(dòng)機(jī)故障診斷增加了難度，對電機(jī)進(jìn)行診斷時(shí)，必須熟悉診斷對象。</p><p>　　從表面上看，繼電保護(hù)功能很完善，但是必須知道，繼電保護(hù)系統(tǒng)只是當(dāng)被監(jiān)視參數(shù)達(dá)到或超過繼電器定值時(shí)才起作用，即只當(dāng)故障已經(jīng)發(fā)生時(shí)才動(dòng)作，并沒有預(yù)防功能。相反，有時(shí)一個(gè)運(yùn)行參數(shù)超限，繼電保護(hù)系統(tǒng)

96、動(dòng)作，電機(jī)被突然切斷而產(chǎn)生流程中止，仍會(huì)導(dǎo)致很大損失。電機(jī)診斷技術(shù)不但能夠根據(jù)早期征兆進(jìn)行故障預(yù)報(bào)，并能對故障進(jìn)行診斷和趨勢分析，判定出合理的修理方案。</p><p>　　3.2.2常用電機(jī)故障診斷技術(shù)</p><p>　?。?）電流分析法：通過對負(fù)載的電流副值、波形的檢測和頻譜分析，診斷電機(jī)故障的原因和程度。例如通過檢測交流電機(jī)的電流，進(jìn)行頻譜分析來診斷電機(jī)是否存在轉(zhuǎn)子繞組短條、氣隙偏

97、心、定子繞組故障、轉(zhuǎn)子不平衡等缺陷。</p><p>　?。?）振動(dòng)診斷：通過對電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)檢測，對信號進(jìn)行各種處理和分析，診斷電機(jī)產(chǎn)生故障的原因和不問，并制定處理方法。</p><p>　?。?）絕緣診斷：利用各種電氣試驗(yàn)和特殊診斷技術(shù)，對電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、工作性能和是否存在在缺陷做出結(jié)論，并對絕緣剩余壽命做出預(yù)測。</p><p>　?。?）溫度診斷：用各種溫度檢

98、測方法和紅外側(cè)方法溫技術(shù)，對電機(jī)各個(gè)部分溫度進(jìn)行檢測和故障診斷。</p><p>　?。?）換向診斷：對直流電機(jī)的換向進(jìn)行檢測和診斷，通過機(jī)械和電氣檢測方法，診斷出換向的因素和制定改善換向的方法。</p><p>　?。?）振聲診斷技術(shù)：簡寫為VA診斷。VA診斷技術(shù)是對診斷的對象同時(shí)采集振動(dòng)信號和噪聲信號，分別進(jìn)行信號處理，然后綜合診斷，因而可以大大提高診斷的準(zhǔn)確率，因此，振聲監(jiān)測和診斷廣

99、泛地受到重視的應(yīng)用。對電機(jī)的故障來說，振聲診斷同樣具有重要價(jià)值。</p><p>　　3.3電機(jī)絕緣故障的診斷及處理</p><p><b>　　3.3.1試驗(yàn)分析</b></p><p><b>　　試驗(yàn)情況</b></p><p>　　電機(jī)實(shí)施直流耐壓及泄露電流試驗(yàn)，試驗(yàn)接線如圖3-1所示.試驗(yàn)

100、結(jié)果見表3-1。</p><p>　　試驗(yàn)中，U相，W相絕緣電阻合格，直流耐壓及泄露電流試驗(yàn)通過。當(dāng)試V相時(shí)，由13.8kv往20.7kv升壓的過程中A和濾波電容C的引線連接處發(fā)生閃火，電壓表有輕微振動(dòng)，此時(shí)的所加電壓大約為19kv。迅速降低試驗(yàn)電壓，并對試驗(yàn)連接及儀器進(jìn)行了檢測，未發(fā)現(xiàn)異常，測量V相繞組的絕緣電阻值為1000MΩ,且吸收比為2.</p><p><b>　?。?

101、） 判斷</b></p><p>　　由于試前、試后的絕緣電阻均1000 MΩ，且吸收比為2，故發(fā)電機(jī)不存在受潮的因素。分析認(rèn)定為C及其他連接引線可能未接緊而造成火花所致。</p><p><b>　?。?）措施</b></p><p>　　重新擰緊表和濾波電容C，接線端柱，并派人進(jìn)入引線間監(jiān)視后，再次開始了試驗(yàn)。</p>

102、;<p><b>　　第二次試驗(yàn)及判斷</b></p><p><b>　?。?）試驗(yàn)情況</b></p><p>　　試驗(yàn)結(jié)果見表3-2。</p><p>　　由表3-2可知，在13.8kv電壓前的耐壓及電流正常，而在由13.8kv往20.7k點(diǎn)升壓的過程中，約升致17kv左右時(shí)，C及C的引線端子處產(chǎn)生較前

103、次更嚴(yán)重的火花，V表有輕微振動(dòng)。迅速降壓后測得V相繞組絕緣電阻值為800/40017IF,絕緣電阻值下降，測量濾波電容C及C的絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)C被擊穿，且在出線室門內(nèi)監(jiān)護(hù)人員反映發(fā)電機(jī)出線頭B的環(huán)氧樹脂固定板火花閃亮并伴隨有強(qiáng)烈的放電聲。過從B處固定板底部檢測，未見明顯異常，單打開電機(jī)內(nèi)照明，通過勵(lì)測端部檢視孔看到B相出口引線固定（膠木）板上部有較多凹凸不平的已干涸的漆班，并積有較厚灰塵，且從遠(yuǎn)處看到有輕微的放電黑痕存在，而V、W相相同位

104、置處則無漆且光滑。</p><p>　　表3-2 705號機(jī)第2次直流耐壓實(shí)驗(yàn)記錄</p><p>　　注:試驗(yàn)時(shí)溫度27℃；相對溫度64%；使用儀器ZC-37兆歐表</p><p><b>　　（2）判斷</b></p><p>　　可能是發(fā)電機(jī)出線B2位置固定板上積塵及原遺留防暈漆的存在，形成了V相引線與邊緣固定腳鐵

105、煉放電通道，導(dǎo)致試驗(yàn)中放電的發(fā)生。拆除V相引線環(huán)氧樹脂固定板進(jìn)行清灰、刮漆并用酒精擦拭處理，然后在試驗(yàn)。</p><p><b>　　第三次試驗(yàn)及判斷</b></p><p>　　在經(jīng)過上次實(shí)驗(yàn)，在對V相固定板處理后，認(rèn)為故障基本已被清理，于是晚上對發(fā)電機(jī)進(jìn)行了再次實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3-3。</p><p>　　當(dāng)試驗(yàn)電壓升致17kv左右時(shí)，再

106、次發(fā)生閃絡(luò)，據(jù)出現(xiàn)室旁邊監(jiān)護(hù)人員反映：聽到發(fā)電機(jī)有放電聲。測量試后絕緣電阻值由800/500 MΩ降至900/400 MΩ?？梢姡l(fā)電機(jī)內(nèi)部線棒還存在其他的絕緣故障，且故障情況由于不斷地被施壓而逐漸暴露。需要先對發(fā)電機(jī)進(jìn)行吊蓋檢查。在吊開發(fā)電機(jī)端蓋后的初步檢查中，除看到兩側(cè)端部線棒、手包絕緣及引水管的外表面因扶著較厚灰塵而成深顏色外，并未見其它明顯異常。經(jīng)研究決定，在不清灰的情況下通過試驗(yàn)來直觀的查找放電部位。</p>&

107、lt;p>　　表3-3 705 號機(jī)第3次直流耐壓實(shí)驗(yàn)記錄</p><p>　　注:試驗(yàn)時(shí)溫度25℃；相對溫度64%；使用儀器ZC-37兆歐表</p><p><b>　　第四次試驗(yàn)及判斷</b></p><p><b>　　（1）試驗(yàn)情況</b></p><p>　　在關(guān)閉9米平臺(tái)的全部照明

108、、安排人員在電機(jī)兩側(cè)觀察的情況下進(jìn)行再次試驗(yàn)。試驗(yàn)記錄見表3-4。 </p><p>　　表3-4 705 號機(jī)第4次直流耐壓實(shí)驗(yàn)記錄</p><p>　　注:試驗(yàn)時(shí)溫度23℃；相對溫度64%；使用儀器ZC-37兆歐表</p><p>　　當(dāng)電壓加至約15kv左右時(shí)，由發(fā)電機(jī)斷部傳來強(qiáng)烈的‘啪啪’聲，負(fù)責(zé)觀察的人員反映靠汽測發(fā)電機(jī)端部正上發(fā)（第29槽）有藍(lán)

109、色火光閃現(xiàn)。測量試后絕緣電阻為600/400 MΩ。開燈后對發(fā)電機(jī)端部作進(jìn)一步檢查，站在發(fā)電機(jī)頂部向下望，發(fā)現(xiàn)汽測端部第29槽（發(fā)生放電部位）上層線棒距槽口處似乎有石英扎帶炭化跡象：此外，還發(fā)現(xiàn)兩側(cè)端部線棒的其他部位有不明顯的扎帶燒毛現(xiàn)象。</p><p><b>　?。?）判斷</b></p><p>　　初步判斷發(fā)電機(jī)V相可能存在嚴(yán)重的絕緣缺陷。</p>