论文《发电机状态监测与故障诊断》

题 目： 发电机状态监测与故障诊断

发电机状态监测与故障诊断

内容摘要

设备故障诊断技术包括测试技术，状态监测和故障诊断三大基本内容。随着我国水电在系统中所占比重的增加及单机容量的增大，大型水电站和机组的故障率对系统的安全运行也越来越重要。

本文从大型水电站的实际情况出发，对电站机电设备状态监测和故障诊断的目的、意义和内容进行了描述，对大型水电站机电设备故障的类型以及设备状态监测和故障诊断的关键技术进行了探讨，并以水轮发电机振动故障为例，建立了水轮发电机振动故障诊断模型。针对发电机普遍采用的预防性定期检修方式所存在的弊端，分析了发展状态监测和故障诊断技术的意义，并对该技术在国内外的发展现状和存在问题进行了介绍。最后指出，发电机的状态监测和故障诊断技术，可以迅速、连续地反映设备的运行状态，预示运行设备存在的潜伏性故障，是保障电力设备安全经济运行的有力措施，应大力推广。

论文的最后一章，以葛洲坝电站大江电厂14号机振动故障为例，详细描述了水轮发电机振动的现场测试、故障分析及处理方法。

关键词：水轮发电机，状态监测，故障诊断，测试技术，振动

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发电机状态监测与故障诊断

目 录

内容摘要 ........................................................................................................................... I 引 言 .......................................................................................................................... 1 1 发电机的概述、原理及发展前景 ............................................................................ 2

1.1 发电机的概述 ................................................................................................. 2 1.2 发电机的原理 ................................................................................................. 2 1.3 发电机的发展前景 ......................................................................................... 2 2 状态监测和故障诊断技术的发展 ............................................................................ 4

2.1发电机的状态监测和故障诊断 ........................................................................ 4 3 发电机常见故障 ........................................................................................................ 6

3.1 发电机故障诊断系统拟诊断的故障 ............................................................. 6 3.2 发电旋转机械共有的故障特点 ..................................................................... 6 3.3 水轮发电机组振动的原因 ............................................................................. 6 4 根据故障判断原因 .................................................................................................... 8

4.1 由振动试验判别振动原因 ............................................................................. 8 4.2 以振动部位判别振动原因 ............................................................................. 8 4.3 根据故障来做出故障诊断系统模型 ............................................................. 9 5 故障诊断的方法 .................................................................................................... 11

5.1 振动分析法 ..................................................................................................... 11 5.2 油膜分析法 ..................................................................................................... 11 5.3 轴位移的监测 ................................................................................................. 11 5.4 轴承回油温度及瓦块温度的监测 ................................................................. 12 5.5 综合分析法 ..................................................................................................... 12 6 监测诊断与维修决策 ............................................................................................ 13

6.1 状态趋势分析与预测 ................................................................................... 13 6.2 基于监测诊断的维修决策 ........................................................................... 13 7 以实例来说明电机的监测与诊断 ........................................................................ 15

7.1实例选择及概况 .............................................................................................. 15 7.2 实验分析及研究 ........................................................................................... 15

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7.3 试验内容与目的 ............................................................................................. 16 8 结论 .......................................................................................................................... 17 参考文献 ........................................................................................................................ 18

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发电机状态监测与故障诊断

引 言

现代电力系统中发电机在单机容量越来越惊人，大型发电机在电力生产中处于绝对主力位置，同时大型发电机由于造价昂贵，结果复杂，一旦遭受损坏，需要在检修期长，因此要求有极高的运行可靠性。就我国目前和今后很长一段时间内的缺电、用电紧张的状况，发电机的年运行小时数目和满负荷率都较以往高出很多，备用容量很少的情况下，其运行可靠性显得尤为重要和突出。因此对发电机进行状态监测和诊断，做到早期预警以防止发生或扩大具有重要的现实意义和经济价值。

发电机的状态监测和故障诊断技术日益受到普遍关注，越来越多的单位和部门已在或正在积极应用和开发该项技术，并有全面推广之势。在这种情况下，全面、客观地认识该技术，了解其目前技术状态，比较、认识该技术和现行预防性检修体系的优劣性及关系，对正确开发、应用和推广这一新技术，更好地保障电力生产的可靠安全性将具有一定意义。

国外从八十年代以后，研究开发了各种高性能的状态监测系统(包括一些诊断功能)，如美国B&N公司的7200系列，亚特兰大公司的M700在线监测系统，丹麦B&K公司的3542机械状态监测系统等。这类系统的特点是:硬件所占比例很大，采集信息多，处理速度快，监测功能强，具有简单的诊断功能。但该类系统价格昂贵，且采用专用计算机系统及语言，新功能不易开发，对使用人员要求较高。

监测利用各种传感器在电机运行时对电机的状态提取相关数据。鼓掌诊断使用计算机及其相应智能软件，根据传感器提供的信息，对故障进行分类、定位，确定鼓掌的严重程度并提出处理意见。因此状态监测和鼓掌诊断是一项工作的两个部分，前者是后者的基础，后者是前者的分析与综合。电机状态监测技术可帮助运行维护人员摆脱被动检修和不太理想的定期检修的困境，按照设备内部实际的运行状况，合理的安排检修工作，实现所谓“预知”维修。这样既可避免由于设备突然损坏，停止运行带来的损失，又可充分发挥设备的作用。

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1 发电机的概述、原理及发展前景

1.1 发电机的概述

电能是现代社会最主要的能源之一。发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。

发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，达到能量转换的目的。

发电机的分类可归纳如下：

发电机 ：直流发电机、交流发电机 、同步发电机、异步发电机(很少采用) 交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。

1.2 发电机的原理

发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。

定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。 转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。

1.3 发电机的发展前景

全国水电供应因多方原因出现了严重紧缺，用电受到一定程度限制，而近几年，正是我国工业经济快速发展的时期，众多企业都纷纷加足马力投入大规模生产;其次是前两年众多厂家购买发电机是为了应急，在购买时没有长远打算，而事过境迁所购的小型发电机已适应不了新需求，在此情况下，更新换代的发电机也占了很大一部分;再者就是机电产品每年的出口量都在递增，水泵和发电机的市场空间在近几年内还会很大。正是在三方因素的促进下，五金城水泵和发电机市场又一次迎来了新的发展机遇。

目前最具发展前景的是风力发电机。

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴藏量巨

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大，全球风能资源总量约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量就有约3.53亿千瓦，开发利用潜力巨大。

随着全球经济的发展，风能市场也迅速发展起来。2007年全球风能装机总量为9万兆瓦，2008年全球风电增长28.8%，2008年底全球累计风电装机容量已超过了12.08万兆瓦，相当于减排1.58亿吨二氧化碳。随着技术进步和环保事业的发展，风能发电在商业上将完全可以与燃煤发电竞争。

“十五”期间，中国的并网风电得到迅速发展。2006年，中国风电累计装机容量已经达到260万千瓦，成为继欧洲、美国和印度之后发展风力发电的主要市场之一。2007年以来，中国风电产业规模延续暴发式增长态势。2008年中国新增风电装机容量达到719.02万千瓦，新增装机容量增长率达到108.4%，累计装机容量跃过1300万千瓦大关，达到1324.22万千瓦。内蒙古、新疆、辽宁、山东、广东等地风能资源丰富，风电产业发展较快。

进入2008年下半年以来，受国际宏观形势影响，中国经济发展速度趋缓。为有力拉动内需，保持经济社会平稳较快发展，政府加大了对交通、能源领域的固定资产投资力度，支持和鼓励可再生能源发展。作为节能环保的新能源，风电产业赢得历史性发展机遇，在金融危机肆虐的不利环境中逆市上扬，发展势头迅猛，到2009年初，全国已有25个省份、直辖市、自治区具有风电装机。

中国风力等新能源的发展前景十分广阔，预计未来很长一段时间都将保持高速发展，同时盈利能力也将随着技术的逐渐成熟稳步提升。随着中国风电装机的国产化和发电的规模化，风电成本可望再降。因此风电开始成为越来越多投资者的逐金之地。风电场建设、并网发电、风电设备制造等领域成为投资热点，市场前景看好。2009年风电行业的利润总额保持高速增长，2010年全国累计风电装机容量突破2000万千瓦，提前实现2020年的规划目标。

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2 状态监测和故障诊断技术的发展

在20世纪60年代至70年代，一些工业发达国家即开始状态监测和故障诊断技术的研究。因受到当时工业技术水平的限制，加之电力设备潜伏性故障初期发展速度慢，征兆信号微弱，生产运行环境中又存在许多电磁干扰，能够监测的特征量与设备状态不完全吻合，可变因素和影响因素太多等原因，使状态监测和故障诊断技术的发展和应用受到阻碍。到20世纪80年代至90年代，传感技术、计算机技术和光纤等高新技术的发展和应用，使电力设备的状态监测和故障诊断技术得到迅速发展。加拿大、日本、德国、美国等陆续研制了油中溶解气体在线监测系统，变压器、发电机和GIS等的局部放电、泄露电流的在线监测系统，这些技术得到了国际大电网会议的系统总结。

近年来，随着光电技术的发展，加拿大、美国等国家相继研制出不同类型的在线监测装置，更加促进了设备的状态监测和故障诊断技术的实施和有效发展。

早在20世纪60年代，我国已认识到电气设备状态监测和故障诊断技术的重要性，在70年代，就进行过一些带电试验和在线监测技术的研究和应用，但由于当时技术不完善，测量结果分散性大，加上操作复杂和误报等原因，使该技术没有得到大力推广。随着大容量、高电压等级电气设备的迅速增加，一些设备的故障率偏高，使状态监测和故障诊断技术的开发更加迫切。为发展状态监测和故障诊断技术，电力主管部门多次召开全国电力设备绝缘带电测试和故障诊断技术研讨会，研究如何发展和推广状态监测与诊断技术。可以说，我国电气设备状态监测与故障诊断技术和国际上几乎处于相同水平。

2.1发电机的状态监测和故障诊断

发电机的状态监测和故障诊断目的是在初始阶段，检测出发电机缺陷，以有计划地安排检修，减少停机，避免事故发生；在服役期延长发电机平均无故障时间和缩短平均修理时间，降低发电机维修费用，提高可用性。

多年来，发电机运行所采用的监视和控制方法，大多用来进行机组运行工况的调整以及非正常或事故状态的控制。大型发电机都有继电保护系统，从表面上看，继电保护功能很完善，但是，继电保护系统只是当被监视参数达到或超过继电器设定值时才起作用，即只有当故障已经发生时才动作，并没有预防功能。由于继电保护与设备诊断技术功能不同，所以其对潜伏性故障的早期发现或诊断无能为力。

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目前，国内外发电机的状态监测，主要是通过发电机光纤测漏仪（FOVM）、发电机状态监视器（GCM）、发电机射频监视仪（RFM）进行。在运行中，这些监视系统可以对发电机内部的故障进行监测和报警，引起工作人员重视，指导操作人员适当调整负荷，确定是否停机，预知维修。对氢冷发电机，国内外也在开展研究，利用化学痕量分析方法检测氢气中杂质组分从而诊断设备故障。

发电机状态监测与诊断系统需要观测和采集运行状态下许多电气、机械和物理化学的数据与特性，建立正确的数据处理系统，给出运行异常和存在缺陷的信息，根据早期征兆进行故障预报，采用计算机故障模糊专家系统进行诊断和趋势分析，并提出检修方案。

结合我国电力工业发展现状、发电机制造水平及多年大型发电机运行多发性故障的特点，有关专家认为，在大型汽轮和水轮发电机组上，可有选择地采用不同的监测和诊断系统。这些系统包括：定子绕组绝缘监测系统；发电机内过热监测与诊断系统；定子绕组端部振动监测系统；转子绕组匝间短路监测系统；汽轮发电机组扭振监测与诊断系统；氢冷发电机氢气湿度及漏氢监测系统；气体杂质组分监测与诊断系统。

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3 发电机常见故障

3.1 发电机故障诊断系统拟诊断的故障

发电机故障诊断系统拟诊断的故障包括：定子线圈及引出线类故障；定子引出线套管类故障；定子绝缘类故障；定子绕组振动类故障；定子铁心类故障；转子绕组类故障；转子绝缘类故障； 转子本体及护环类故障；氢系统故障；油系统故障；水系统故障。

发电机的故障诊断系统，通过对发电机运行过程与状态参数分析及检修、试验的结果，无损探伤、电气绝缘检查结果的分析，综合进行故障诊断。

3.2 发电旋转机械共有的故障特点

（1）、故障来源及其主要原因有设计、制造方面(如:设计不当，动态特性不良，运行时发生强迫振动或自汉振动)，安装、维修方面(如:机器安装不当，零部件错位，预负荷大)，运行操作方面(如:机器在非设计状态下超转速、超负荷或低负荷运行，改变了机器工作特性)和机器劣化方面(如:长期运行，转子绕度增大);

（2）、旋转机械发生故障的重要特征是机器有异常的振动和噪声，其振动信号从幅值域、频率域和时间域实时地反映了机器故障信息。

（3）、工况变化的伴随状态(如:振动随转速变化、振动随负荷变化等)作为敏感参数是振动故障识别的重要手段。

3.3 水轮发电机组振动的原因

水轮发电机组转动部分和固定部分(发电机定子、承重机架、各部轴承、水轮机顶盖等)的振动参数，是表征其运行状况好坏的重要信息。根据对华中电网内50台以上水电机组1991一年间运行的统计，约有33.8%的故障或事故，都在振动信息里有所反映(其中包括发电机定子绕组端部的振动)。

引起水轮发电机组振动的原因大致可归纳为:机械、水力和电气三个方面的原因。并由此将机组振动分为以下三类。

机械振动:因机组转动部分质量不平衡、轴线曲折、水轮机转轮等旋转部件与固定件发生摩擦或相碰、轴承间隙过大或紧固零部件产生松动等机械方面的原因所激起的机组振动。

水力振动:因水轮机导叶和转轮叶片数量不合适、导叶和转轮叶片开国不均匀、导叶和转轮之间距离过小、转轮和止漏环的间隙不良、有偏心或流齿结构型式不合适、尾水管产生低频旋转偏心涡带、转轮叶片尾部出现卡门等水力方面的

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原因所激起的机组振动。

电气振动:由于发电机转子不圆、励磁绕组匝间短路、定转子磁场轴心不重合、定子铁芯装压不紧、分瓣机座合缝处铁芯间隙大、定子和转子间隙不均匀、旋转时产生不平衡磁拉力等电气方面的原因所引起的机组振动。

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4 根据故障判断原因

4.1 由振动试验判别振动原因

严格地说，水力机组的振动是水力、机械和电气诸方面振动的祸合。为判别由何种主要因素所引起的组合振动，一般可对机组进行下列试验：1、转速试验；2、励磁试验；3、负荷、调相试验；4、补气试验。

4.2 以振动部位判别振动原因

在实际工作中，可根据机组产生振动部位的不同，大致分析机组振动原因。

1、若机组在运行中，经测试，上机架振动较突出，则机组振动的原因多来自于机组推力轴承、上导轴承的缺陷、故障或机组轴线不垂直和机组中心发生变化等:

2、若因导叶开口不均匀，转轮线型、间隙、开口不均匀，水力不平衡造成机组振动，则主要反映在水导轴承处振动的明显变化;

3、若因转轮叶片出水边线型差异(与设计线型相比)、叶片尾部产生卡门涡列，以及尾水管产生压力脉动等所引起的机组振动，则从尾水管、压力钢管可测得较明显振动，蜗壳会出现水压脉动。

下面列举出了震动原因（表1）及导致故障的原因（图1）

表1 水电机组常见的激振频率与振动原因

激振频率 f0 f0 f0 f0 f0 2fe Pf0 2fe Zgf0 Zrf0 (0.25—0.50)f0 (0.40—0.47)f0 S*v/t 可能原因 转动部分机械不平 轴线弯曲 导轴承间隙不适 主轴发兰密封偏磨 水轮机迷宫间隙不均匀 定子合缝松动 发动机气隙不均匀 发动机负序电流 导叶开口不均匀 轮叶开口不均匀 尾水管涡带运动 油膜震荡 卡门涡列 备注 f0---转频 fe------电流频率，50Hz p-------磁极对数 Zg------水轮机活动导叶数 Zr-------水轮机转轮叶片数 S----斯特罗哈数（0.15—0.20）

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300—500Hz高频 Fn

水轮机气蚀 水轮机叶片断裂 v----流速（m/s） t----叶片厚度 Fn-----构件自振频率

图1水力机组振动故障

4.3 根据故障来做出故障诊断系统模型

事故报警后，提交给该领域专家的是一份警报数据报告，报告内容是信号分

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析图形。报告横栏代表各测点，纵栏代表各种信号分析功能。依据此报告，专家可确定有异常情况的测点，并根据异常测点部位信息和相应的信号分析图形做出初步诊断；进一步，专家提请获取异常测点的历史数据报告(包括开、停机数据)和典型工况的测试数据报告，据此做出二次诊断；最后，专家对手中的故障假设表项逐一处理，得出最终故障。如图2故障诊断专家系统模型。

图2故障诊断专家系统模型

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5 故障诊断的方法

5.1 振动分析法

振动分析法是对设备所产生的机械振动进行信号采集、数据处理后，根据振幅、频率、相位及相关图形所进行的故障分析。一方面由于在大型旋转机械的所有故障中，振动问题出现的概率最高；另一方面，振动信号包含了丰富的机械及运行的状态信息，既包含了转子、轴承、联轴器、基础、管线等机械零部件运行中自身状态的信息，又包含了诸如转速、流量、进出口压力及温度、油温等影响运行状态的信息；第三，振动信号易于拾取，便于在不影响机器运行的情况下实行在线监测和诊断。因此振动分析法是旋转机械故障诊断中运用最广泛，也最行之有效的方法。采用振动分析法，可以对旋转机械大部分的故障类型进行准确的诊断，如转子动不平衡问题、转轴弯曲、轴承工作不良、油膜涡动及油膜振荡、转子热不对中、动静件摩擦、旋转失速及喘振、转轴的横向裂纹、叶轮松动、结构共振等等。

5.2 油膜分析法

油膜分析法是对机组在用润滑油的油液本身及油中微小颗粒所进行的理化分析。通过对润滑油的粘度、闪点、酸值、破乳化度、水分、机械杂质、液相锈蚀试验、抗氧化安全性等各种主要性能指标的检验分析，不仅可以掌握润滑油本身的性能信息，而且也可以了解到机组轴承、密封的工作状况。尤其是对油液中不溶物质，主要是微小固体颗粒所进行的铁谱分析、光谱分析、颗粒计数，可以识别油液中所含各种颗粒的化学成分及其浓度、形貌、尺寸，从而对润滑、特别是轴承合金、轴颈、浮环、机械密封的动静环、油封及油档等摩擦副的磨损状态进行科学的分析与诊断。因此油液分析法也是大型旋转机械故障诊断中的一个重要方法。

5.3 轴位移的监测

在某些非正常的情况下，大型旋转机械的转子会因轴向力过大而产生较大的轴向位移，严重时会引起推力轴承磨损，进而引起叶轮与汽缸隔板摩擦碰撞；大型汽轮机在启动和停车过程中，也会因转子与缸体受热和冷却不均而产生差胀，严重时会发生轴向动静摩擦。尽管轴位移故障的概率不是很高，但也常有发生，特别是一旦发生后对设备造成的损坏往往是灾难性的。所以，对轴位移进行在线状态监测和故障诊断分析很有必要。

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5.4 轴承回油温度及瓦块温度的监测

检修或运行中的操作不当都会造成轴承工作不良，从而引起轴承瓦块及轴承回油温度升高，严重时会造成烧瓦。所以对轴承回油温度、瓦块温度进行监测也很必要。按API617规定，轴承进出口润滑油的正常温升应小于28℃，轴承出口处的最高油温应小于82℃。另外，用铂电阻在距轴承合金1mm处测量时，一般不应超过110～115℃。但由于温度的反映往往滞后，具体的测量方法又各不相同，因此应具体情况具体分析。

5.5 综合分析法

在进行实际的故障诊断时，往往是将以上各种方法连同工艺及运行参数的监测与分析一起进行综合分析的。

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6 监测诊断与维修决策

6.1 状态趋势分析与预测

对发电设备进行监测诊断、以及维修的实践表明，设备的劣化绝大多数是经过了一个渐变过程。可靠性分析进一步指出，设备故障风险率按“浴盆曲线”变化。设备状态变化的这种特性为实施状态检修提供了条件、但是，发电设备不像小型设备那样，不需要特别准备，说修就可以修，而是需要一个相当的人力、物力准备过程和系统调度过程。即便对于那些有冗余配置的辅机，也需要一个细致的准备过程和设备切换过程。因此，状态检修要通过监测诊断技术对设备的状态变化趋势进行分析和预测，从而正确做出主动维修的决策。

对参数的趋势分析已经有很多方法，比如分段回归预测就是一种简单实用的方法。如果可以用单个或少量参数来描述设备的某种状态，完全可以采用这样的方法。发电机组轴系振动的变化趋势有时就可以用分段回归的方法进行分析和预测。然而发电设备的状态，有时是非常复杂的，并不能通过少量参数直接量化，必须综合进行分析。依靠专家进行综合分析，一直是传统的作法，在今后也仍然是最有效的方法。但是，设备趋势分析的在线性和实时性是无法由人类专家直接作到的，而且许多时候不可能随时请到高级专家。由此可见，推行状态检修，必须要有一套设备状态趋势分析和预测的方法。

从目前的现状看，能综合设备的性能信息、故障征兆信息、维修历史信息、可靠性统计信息的融合决策方法是比较理想的方法。从状态检修的整个实现过程看，设备状态趋势分析和预测应该与设备的检修运行工作站有无缝的连接或局部的重叠。

6.2 基于监测诊断的维修决策

状态监测与故障诊断是实施发电厂设备状态检修的必要条件，正确的状态检修决策必须建立在比较成熟和完善的状态监测与故障诊断技术基础上。

利用状态监测与故障诊断系统的在线检测、计算、分析、判断等功能，综合考虑机组的结构、状态及运行数据，进行状态检修决策的内容有:

(1)根据监测与诊断信息，确定是否进行专门的检查，甚至停机检查: (2)根据监测与诊断的结果，确定是否进行、如何进行排除故障的学硕士学位论文3专家诊断系统维修工作;

(3)确定维修的对象或范围;

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(4)根据性能诊断的结果进行技术经济分析，决定是否进行以提高性能力目的的维修;

(5)确定维修的项目和需要进行非标准检查的项目; (6)确定对设备要采用何种监测仪表和在线监测技术; (7)通过监测诊断系统判定维修质量与效果，决定是否返工。

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7 以实例来说明电机的监测与诊断

7.1实例选择及概况

葛洲坝水力发电厂是我国目前最大的水电厂之一，位于湖北省宜昌境内，距举世瞩目的三峡电厂约四十公里。截止1988年12月底21台水轮发电机组全部投产发电，总装机容量271SMW，年发电量达157亿千瓦时。同时通过两条直流输电线路向华东电网输送电力1200MW，使葛洲坝水力发电厂不仅成为华中电力系统sooKV网架枢纽，也是联结华中、华东两大电网的枢纽。作为华中电网的主力电厂，机组的安全运行对整个系统起着举足轻重的作用。

葛洲坝水力发电厂下设大江电厂和二江电厂，其中大江电厂装机14台，单机容量125MW，二江电厂装机7台，其中两台单机容量170MW，其余单机容量125MW。14#机于1987年6月投产运行，运行两个月后就出现了较强的高频振动人站在盖板上感到麻脚，站不住，在14#机附近的中控室，值班人员有明显的振感，并影响室内的继电保护装置和计算机的安全运行。为此加拿大RTU方面的专家曾与电厂进行过交涉。经实测，14#机的噪声达87分贝，比其它机组大10分贝左右，并超过了噪声标准(不大于85分贝)。如果机组长期运行，必将引起机组部件的疲劳破坏和定子线棒绝缘水平的下降，缩短其使用寿命，而且不利于调速系统，电气仪表装置的正常运行，对运行人员的健康以及厂房结构等也会产生不良影啊。同时，由于机组振动大，不得不减少它的运行时间。

14#机在投产初期振动并不大，经过一段时间运行之后才逐步发展起来。曾发生过上机架盖板上的角铁焊缝开裂，进行过盖板的补强加固。

在投产后第一次小修时，曾发现下部压板上的压指焊缝开裂较多，进行了补焊处理。说明在铁芯叠压过程中，下部压指受力过大，受运行振动的影响、导致焊缝开裂。当时还发现铁芯叠片的波浪度很大，定子合缝附近较中间部分更大一些。铁心下部靠合缝处，叠片翘曲变形。

7.2 实验分析及研究

振动是衡量水电机组质量的重要指标之一。因此，应使用正确的方法进行振动测试，对振动状态给予有效的准确的分析，并据此对水力机组设备的设计、制造、安装等质量做出应有评价，从而进一步为机组安全运行提供数据。

葛洲坝电厂14#机组振动长期偏大，严重影响了机组的安全运行，为了摸清振源，并为今后的14#机振动处理提供依据，葛洲坝电厂与湖北中试所及华中理工大

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发电机状态监测与故障诊断

学对14#机进行了多次振动试验及测量，试验及测量数据。

葛洲坝大江电厂14台机组中以8#机(哈尔滨电机厂)运行工况最好，振动也最小。而15#机(运行工况较好)与14#机同为东方电机厂生产，因此选8#、14#、15#机在相同的工况下进行对比试验，以确定机组的振源。

7.3 试验内容与目的

l、对14#、巧#、8#的上盖板、上机架、定于中环板、定子合缝等振动进行测量，测量工况主要在12.5万千瓦额定负荷、变负荷、变励磁等工况下进行。意图在于了解和摸清机组的振动情况及其规律、特征及相应的影响程度及其原因。

2、观测14#机及15#、8#机的定于台缝附近的铁芯变形和有关部件的结构、尺寸。目的是便于分析判别定子铁芯对l00HZ振动的影响程度及其原因。

3、14#机的基础板振动试验，分别测取各基础板及其螺栓、螺帽的振动幅值及相应的频率。主要是检验基础板螺丝的松紧程度和与二期混凝土的结合状况，以及相互间的联接配合程度。

4、重点选择14#机定于铁芯凹凸突出部位和波浪段，作X方向下游侧的定于铁芯振动试验。在7个冷却器部位的铁芯段，有针对性的布置5~ 7个测点，连续测取振动幅值及相应的频率变化特征。同时观测14#机定于铁芯凹凸不平的突出部分和波浪度。并对巧#、8#机也作相应的试验和观测，以得进一步确诊定于铁芯所引起ro0HZ的振动原因、部位及定于铁芯变形所带来的影响。为今后14#机扩大性大修提供依据。

5、14#机振动处理前后，需作对比性振动试验。由于时间紧迫，工作量大，故只对主频为l00HZ的振动进行了测量。它要求相同的试验条件，即:(l)被试机组正常运行12小时以上，负荷应相同，并保持稳定;(2)参加的试验人员和使用的仪器(2515振动分析仪)应一样;(3)在同样的部件和部位上测量，测点位置和数目应相同。试验是根据电力系统和电厂的实际情况，并结合机组的运行状态，对上盖板、上机架、定于中环报、定于台缝、定于铁芯等进行振动试验，且

有针对性的选择测点部位和数目。测点布置见附录图一。为了保证试验数据的准确性、可比性，在缺陷处理前，应在所要求的测量部件上确定测点部位，并作固定的标志，这样才能使处理前后的两次振动试验保持一致性。

本次试验工况为13万、12.1万、9万、6万、空载及空转、50%U。、100%U。等。其目的是检验14#机振动缺陷的处理效果及振动状况的改善程度。论证机组10OHZ振动原因、部位的分析判断是否正确，缺陷处理方法是否得当等，并为进一步探讨、处理提供方向。

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发电机状态监测与故障诊断

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结论

本文主要从大型水电站的实际情况出发，对电站机电设备状态监测和故障诊断的目的、意义和内容以及国内外的应用、发展方向进行了描述，对大型水电站机电设备故障的类型以及设备状态监测和故障诊断的关键技术及在大型水电站实现状态监测和故障诊断的难点进行了探讨，并充分利用国内外现有的测试手段和技术，对大型水电站机组故障形成机理、测试参数的确定、测点的合理布置、传感器的选择、故障判断标准、以及诊断专家系统进行了研究，并以水轮发电机振动故障为例，建立了水轮发电机振动故障诊断模型。论文的第五章，以葛洲坝电站大江电厂14号机振动故障为例，详细描述了水轮发电机振动的现场测试、故障分析及处理方法。

通过本文的研究可以得出以下结论:

1、分析了大型水轮发电机的故障类型、特点以及设备状态监测和故障诊断的关键技术和难点。

2、提出了水电机组运行设备状态监测和故障诊断系统结构。 3、提出了水电机组振动故障特点和故障诊断模型。

4、对传统的产生式诊断专家系统和人工神经网络专家系统的特点和优缺点进行了比较，在此基础上提出了运用复合式专家系统对设备故障进行监测诊断与维修决策。

5、对葛洲坝水力发电厂14号机振动进行了分析，认为14号机振动的主频为l00Hz，振源来自于定子方面，定子铁芯刚度不够及局部松动是引起100HZ振动的主要原因。

本文虽然对大型水轮发电机组运行状态监测及故障诊断技术的关键技术和难点、系统结构、诊断模型及分析方法进行了探讨，但是，要使水轮发电机组运行状态监测故障诊断技术得到实际应用，还需进一步作以下研究工作:

1、系统研究各种故障类型的征兆参数提取方法。 2、进一步研究故障发展趋势及判断标准。

3、与领域专家一起分析大量的故障诊断实例，抽象专家思维过程，完善知识表示与推理，建立更加完整的故障诊断模型。

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参考文献

[1] 谢志江.设备状态监测与故障诊断技术.重庆大学出版社.1998. [2] 刘晓亭等.水力机组现场测试手册.水利电力出版社.1993. [3] 韩捷等.旋转机械故障机理及诊断技术.机械工业出版社.1997. [4] 徐茜.水电站故障诊断专家系统的研制.华中理工大学硕士论文.1991. [5] 刘万景等.水轮发电机组运行状态监测.水利水电技术.1995.5.

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