发电机故障诊断方法探讨

发电机故障诊断方法探讨

郭存满王寅

（中广核风电有限公司内蒙古分公司内蒙古呼和浩特010010）

摘要：电机是能量转换与动能传递的直接执行者，电机使用、维护、故障诊断、修复的重要性被提出和重视。近年来，设备故障诊断技术发展及所带来的间接效益使得人们越来越重视故障诊断技术，电机故障诊断技术延长了设备的使用寿命。本文对发电机日常使用过程中发生故障的主要诊断方法进行了分析总结，并结合实例给出了诊断及解决电机故障的相关措施。

关键词：发电机故障电气参数诊断振动噪声监测

一、发电机故障的主要诊断方法

1、电气参数诊断方法

电气参数诊断方法是发电机故障监测诊断的主要方法之一，通过监测发电机的输出功率、各相的电流和电压，即可以诊断电气类的故障，也可以在一定程度上诊断机械故障。目前在工程实际中应用的各种发电机的电气参数诊断方法有许多种，其主要监测参数是发电机的电压和电流，通过实时监测发电机输出的电压、电流和发电机励磁系统的电压、电流，并结合发电机转速和功角信息的测量，可以实现发电机转子和定子运行状态的分析诊断，主要故障类型包括发电机、变压器电磁行为的异常化程度，如负载对称度、绕组对称度(匝间、相间、对地各种短路形式)和发电机气隙均匀度等。

2、振动噪声监测方法

振动噪声监测是旋转机械设备状态监测与故障诊断采用的最主要方法之一，其基本方法是通过测量发电机转子在运行过程中的振动，结合发电机转子运行状态参数(转速、转角、振动等)的监测，经过适当的信号分析处理，得到反映故障的特征信息，根据故障特征信息对故障类型、部位、程度及其发展趋势做出诊断。振动监测建立在旋转机械的动力学理论基础上，正常转子和故障转子在运行中表现出不同的振动特性，根据监测振动信号的变化，可以对异常运行状态进行识别判断。振动监测可以实现多种转子故障类型的诊断和定位，在发电机转子故障诊断中已经得到广泛的应用。此外，发电机转子支撑轴承的振动大小也是评判发电机产品质量的主要指标。

3、温度监测方法

温度监测：发电机温度监测除了用于报警保护以外，也可以进一步用于对发电机异常状态进行分析判断。通过对定、转子铁芯和绕组的温度、冷却系统进出口的风温水温进行实时监测，可以判断冷却系统的故障；通过对轴承温度实时监测，可以判断轴承和润滑系统的故障。风电机组在运行中，发电机温度超过规定值均会造成报警和自动停机，运行维护人员必须立即检查温度超标的原因，及时排除故障，并启动风电机组。采取适当的措施，将电机中的热量散发出去，使其在允许的温度限值内运行，对减少发电机故障，提高发电机寿命有良好的作用。

二、绝缘诊断方法

发电机定子、转子绕组接地、绕组绝缘薄弱，泄漏电流过大如图1所示。

绝缘老化和失效是发电机的主要故障类型之一。应用于发电机电气绝缘故障诊断的方法很多，例如通过监测发电机定和转子绕组的局部放电，或测量绝缘电阻及吸收比，可以对绝缘材料损坏、老化及失效状态进行分析与诊断。发电机运行时将产生各种损耗。这些损耗转变成热量，使电机各部件发热，温度升高。

电机中的某些部件，特别是发电机的绝缘，只能在一定的温度限值内才能可靠工作。为维持电机的合理寿命，需要采取适当的措施，将电机中的热量散发出去，使其在允许的温度限值内运行，风电机组监控系统中设置了多个温度测点，对风电机组发电机的多个部位的运行温度进行实时在线监控，风电机组在运行中，发电机温度超过规定值均会造成自动停机，运行维护人员必须立即检查温度超标的原因，及时排除故障，并启动风电机组。风电机组发电机温度监控点包括发电机绕组温度和轴承温度。发电机温度监测除了用于报警保护以外，也可以进一步用于对异常状态进行分析判断，例如通过对定、转子铁芯和绕组的温度、冷却系统进出口的风温进行实时监测，可以判断冷却系统的故障。

三、轴承故障及诊断方法

如图2所示，如发生发电机轴承超温故障，轻则造成风电机组的降负荷运行，重则导致部件出现损坏，使风电机组被迫停机进行故障处理，甚至将整个部件进行更换。轴承通过轴支撑转动，是负荷最重的部分，又是容易磨损的部件。

1、故障检查

滚动轴承运行中产生的振动主要源自滚动体与内外圈接触产生的激励。由于轴承制造和安装误差，造成内外圈表面存在波纹，或者滚动体大小不均等问题，将引起的振动。在正常工作状态下，由于不同部位承载的滚子数不同，导致轴承的承载刚度发生变化，引起轴心起伏振动。对于重载轴承，滚动体与内外圈接触可能产生变形，也产生振动，这种振动信号通常为典型的随机信号特征。

如果滚动轴承的零部件出现局部故障，例如滚动轴承内外圈或滚动体上发生局部点蚀、裂纹、剥落、压痕等故障。每当故障点经过受力区时，将产生冲击激励，引起附加的周期性冲击振动和结构固有振动。故障状态下产生的冲击振动呈现周期性，其频率(周期)取决于故障发生的部位，称为故障通过频率。故障轴承的振动信号中出现以轴承通过频率为特征的冲击成分，冲击幅度与故障的严重程度和轴承所承受的载荷大小有关。故障越严重，载荷越大，则产生的冲击振动也越强烈。滚动轴承各个部件的冲击振动特征频率与轴承的结构尺寸、滚动体个数以及轴转速有关运行中检查：滚动轴承缺油时，会听到“骨碌骨碌”的声音；若听到不连续的“梗梗”的声，可能是轴承钢圈破裂。轴承内混有沙土等杂物或轴承零件有轻度磨损时，会产生轻微的杂音。

拆卸后检查：先察看轴承滚动体、内外钢圈是否有破损、锈蚀、疤痕等，然后用手捏住轴承内圈，并使轴承摆平，另一只手用力推外刚圈，如果轴承良好，外钢圈应转动平稳，转动中无振动和明显的卡滞现象，停转后外钢圈没有倒退现象，否则说明轴承已不能再用了。左手卡住外圈，右手捏住内钢圈，用力向各个方向推动，如果推动时感到很松，就是磨损严重。使用铅丝放在轴承滚动体碾压，然后使用千分尺测量轴承油隙，检查油隙是否超标。

2、故障修理

轴承外表面上的锈斑可用00号砂纸擦除，然后放入汽油中清洗；或轴承有裂纹、内外圈碎裂或轴承过度磨损时，应更换新轴承。更换新轴承时，要选用与原来型号相同的轴承。

四、实例分析

1、示例一：

故障时间：2014年12月

故障现象：发电机振动异常，转子轴承支架松动，导致转子振动致使发电机

无法正常运行。

故障原因：发电机转子铁芯与转子支承轴配合公差过小，发电机在运行过程中发电机转子温度增加，发电机转子热膨胀系数，导致发电机转子支撑与发电机转子铁芯子公差减小配合松动，发电机在运行过程中轻微松动长时间运行导致支撑磨损，发电机转子铁芯内经增大导致发电机转子不同心，气隙不均匀，发电机转子产生扫膛与振动，导致发电机定子槽楔多出脱落。如图3所示。

振动通道2振动曲线对比，图10：46#风机发电机故障前振动通道1振动曲线与42#风机正常发电机振动通道1振动曲线相比，46#振动曲线振动幅度略高。

五、结语

发电机故障诊断是发电机正常运行的重要保障，因此要依照发电机的运行规律和工作特点，针对性的对发电机故障进行诊断以及日常维护，通过发电机故障诊断技术减少故障检测时间，减少不必要的检修工作，以及全面的对发电机进行维护工作，进而保障发电机的内部组件正常良好的运行，本文主要从发电机故障诊断方面出发，结合实例详细阐述了发电机故障诊断技术的应用，并且分析了发电机诊断技术的现实应用情况，为相关使用人员提供参考。

参考文献

[1]风力发电机组运行性能测试技术[J].徐坦,宋清玉,方涛.一重技术.2013(01).

[2]风力发电机组状态监测系统研究[J].吕跃刚,关晓慧,刘俊承.自动化与仪表.2012(01).

[3]风力发电机组的振动测试与诊断[J].张登峰,郝伟,郝旺身.大电机技术.2012(01).