本書從提高電機(jī)故障分析與診斷水平、提高電機(jī)運(yùn)行可靠性和降低維修成本的原則出發(fā),本著兼顧故障分析的理論性、系統(tǒng)性,突出故障診斷方法的實(shí)用性、準(zhǔn)確性的原則,全面系統(tǒng)地分析了電機(jī)故障機(jī)理,詳細(xì)闡述了交流電機(jī)各種常見故障的診斷方法。
全書共有12章,除第1章緒論外,分為三部分,部分主要討論了故障診斷的一些共性問題,包括:第2章電機(jī)診斷理論與智能診斷方法;第3章電機(jī)絕緣分析與診斷;第4章電機(jī)軸承故障診斷。第二部分用較多的篇幅分析了電動機(jī)的故障診斷技術(shù),包括:第5章電動機(jī)故障分析;第6章電動機(jī)故障的簡易診斷;第7章電動機(jī)定子繞組故障的精密診斷;第8章電動機(jī)轉(zhuǎn)子故障的精密診斷。第三部分詳細(xì)分析了發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù),主要包括:第9章發(fā)電機(jī)故障分析;第10章發(fā)電機(jī)定子故障的診斷;第11章發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障的診斷;第12章發(fā)電機(jī)漏水、漏氫、軸電壓問題。
全書用大量的篇幅詳細(xì)地分析了電機(jī)故障診斷的各種新技術(shù)、新方法,總體上反映了當(dāng)前國內(nèi)外電機(jī)故障診斷的技術(shù)水平,具有很強(qiáng)的實(shí)用價值。
本書適用于從事電機(jī)及其他電氣設(shè)備故障診斷的工程技術(shù)人員閱讀,也可作為高等院校電機(jī)和相關(guān)專業(yè)研究生和高年級本科生及教師教學(xué)參考用書。
本書及相關(guān)研究工作先后得到下列項(xiàng)目資助:
江蘇省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金資助項(xiàng)目:大型交流電機(jī)實(shí)時奇異信號檢測與診斷方法的研究(BJ99009)
河海大學(xué)自然科學(xué)基金項(xiàng)目:電氣奇異信號的檢測與分析
第二屆高校青年教師獎資助項(xiàng)目:電力元件健康診斷(教人司[2001]182號)
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目:大型異步電動機(jī)早期電氣故障研究(50477010)
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目:雙饋異步發(fā)電機(jī)電氣故障及其診斷技術(shù)的基礎(chǔ)研究(51177039)
國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目:雙饋異步發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障的振動(聲學(xué))機(jī)理分析與機(jī)電(聲)融合診斷研究(51577050)
博士點(diǎn)基金項(xiàng)目:大型雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障分析與健康預(yù)警研究(2009562311)
上海汽車集團(tuán)科學(xué)基金:電動汽車永磁同步電機(jī)健康診斷基礎(chǔ)研究(1106)
上海電氣風(fēng)電集團(tuán)有限公司科學(xué)基金:適用于海洋環(huán)境的雙饋發(fā)電機(jī)電刷滑環(huán)系統(tǒng)研究(W3600)
國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目:江蘇電網(wǎng)調(diào)相機(jī)試驗(yàn)與狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究(5210011700Z1)
國網(wǎng)江蘇省電力有限公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目:同步調(diào)相機(jī)設(shè)備系統(tǒng)故障分析診斷技術(shù)研究(J2019114)
謹(jǐn)以本書獻(xiàn)給資助本書相關(guān)研究的上述基金項(xiàng)目及重點(diǎn)科技項(xiàng)目!
電機(jī)是當(dāng)前應(yīng)用廣的原動力和驅(qū)動裝置,其數(shù)量之多、應(yīng)用之廣、地位之重要是其他任何設(shè)備不能與之相比的。全世界95%以上的電能是由各種交流發(fā)電機(jī)發(fā)出的,60%以上的動力裝置是由各種電動機(jī)驅(qū)動的。無論是發(fā)電機(jī)還是電動機(jī)(以及目前在超、特高壓輸電中重新得到認(rèn)可的調(diào)相機(jī)),不但臺數(shù)不斷增加,而且單臺容量也在不斷擴(kuò)大,對可靠運(yùn)行的要求越來越高。有時,在復(fù)雜生產(chǎn)線上的關(guān)鍵電機(jī)出現(xiàn)故障,即使電機(jī)功率不是很大,但其影響的不僅僅是電機(jī)本身,而是整個生產(chǎn)線。
20世紀(jì)80年代以來,設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)逐步應(yīng)用于大型電機(jī)。在1987年,Tavner PJ與Penman J提出了電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的概念。
電機(jī)故障分析與故障診斷是指根據(jù)在線監(jiān)測電機(jī)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)(如電壓、電流、轉(zhuǎn)速、溫度、振動、局部放電等),結(jié)合電機(jī)的歷史運(yùn)行情況,對電機(jī)故障進(jìn)行分析與診斷,并采用適當(dāng)方法評估電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài);若處于故障狀態(tài),則進(jìn)一步確定故障的類型、發(fā)生部位、嚴(yán)重程度以及發(fā)展趨勢。該項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)引發(fā)了電機(jī)維修體制的一次革命,使傳統(tǒng)的事后維修方式逐步轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)知維修(狀態(tài)維修)方式。通過對電機(jī)故障的分析與診斷,可以向現(xiàn)場運(yùn)行人員提供必要的信息,以合理安排、組織預(yù)防性維修,從而避免惡性事故的發(fā)生。
電機(jī)故障診斷為電機(jī)維修工作提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持,為實(shí)現(xiàn)電機(jī)預(yù)知維修提供了必要的前提條件和技術(shù)手段,使傳統(tǒng)的預(yù)防維修上升到預(yù)知維修,為彌補(bǔ)和克服傳統(tǒng)電機(jī)維修制度的不足創(chuàng)造了條件。
近30年來,電機(jī)故障診斷技術(shù)得到快速發(fā)展。國內(nèi)外廣大科研工作者紛紛致力于電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷這一課題的研究,取得了大量研究成果,提出了眾多各具特色的監(jiān)測與診斷方法。特別是清華大學(xué)高景德、王祥珩先生在電機(jī)故障分析方面做出了杰出的貢獻(xiàn)。
本書是作者及其團(tuán)隊(duì)在長期從事電機(jī)及其他電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的科研工作和教學(xué)工作的基礎(chǔ)上,總結(jié)了國內(nèi)外近30年的研究成果,結(jié)合河海大學(xué)電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷課題組多年來的教學(xué)與研究成果整理而成。本書核心內(nèi)容已在河海大學(xué)本科生和研究生課程中講授多輪。
2008年,本書作者歷時近10年出版了學(xué)術(shù)專著《電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷》,在業(yè)內(nèi)得到廣泛關(guān)注,受到廣大讀者的好評。本書與該書的主要區(qū)別在于:《電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷》注重學(xué)術(shù)性與系統(tǒng)性,部分內(nèi)容對讀者要求較高(其中篇基本定位于研究生及以上學(xué)歷);本書更側(cè)重于工程應(yīng)用性(適當(dāng)兼顧學(xué)術(shù)性),在進(jìn)行電動機(jī)、發(fā)電機(jī)故障分析的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)針對電動機(jī)、發(fā)電機(jī)主要故障的診斷方法進(jìn)行分析,使讀者適應(yīng)面更寬(基于篇幅,電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)不作為本書的重點(diǎn)內(nèi)容)。
全書共有12章,除第1章緒論外,分為三部分,部分主要討論了故障診斷的一些共性問題,包括:第2章電機(jī)診斷理論與智能診斷方法;第3章電機(jī)絕緣分析與診斷;第4章電機(jī)軸承故障診斷。第二部分用較多的篇幅分析了電動機(jī)的故障診斷技術(shù),包括:第5章電動機(jī)故障分析;第6章電動機(jī)故障的簡易診斷;第7章電動機(jī)定子繞組故障的精密診斷;第8章電動機(jī)轉(zhuǎn)子故障的精密診斷。第三部分詳細(xì)分析了發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù),主要包括:第9章發(fā)電機(jī)故障分析;第10章發(fā)電機(jī)定子故障的診斷;第11章發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子故障的診斷;第12章發(fā)電機(jī)漏水、漏氫、軸電壓問題。
全書用大量的篇幅詳細(xì)地分析了電機(jī)故障診斷的各種新技術(shù)、新方法,總體上反映了當(dāng)前國內(nèi)外電機(jī)故障診斷的技術(shù)水平,具有很強(qiáng)的實(shí)用價值。
本書在寫作過程中得到中國工程院顧國彪院士;東南大學(xué)胡虔生教授、胡敏強(qiáng)教授、黃允凱教授;清華大學(xué)王祥珩教授;國網(wǎng)江蘇省電力公司姜寧教授級高級工程師、王春寧教授級高級工程師、許洪華高級工程師、湯曉崢高級工程師、王抗博士、朱超博士;河海大學(xué)鞠平教授、李訓(xùn)銘教授、王宏華教授、韓敬東高級工程師、陳湞斐副教授,華北電力大學(xué)許伯強(qiáng)教授、萬書亭教授;西南交通大學(xué)吳廣寧教授;西安交通大學(xué)張冠軍教授;華僑大學(xué)方瑞明教授;上海電力大學(xué)魏書榮教授;南瑞科技股份有限公司孫國城教授級高級工程師等專家的大力支持,在此表示誠摯的感謝。在本書寫作過程中,部分博士生和研究生協(xié)助做了大量的工作,他們主要是蔣夢瑤、侯鵬飛、段大衛(wèi)、楊啟帆、朱昊、王立憲、顏錦、張玉良、李楠、崔佳嘉、王健、薛健侗、萬可力、迮恒鵬,沒有他們的幫助,本書很難及時推出,因此從某種意義上講他們也是本書的作者。本書內(nèi)容研究與寫作過程中得到了多個基金項(xiàng)目資助,主要有:國家自然科學(xué)基金(50477010、51177039、51577050、51907052);博士點(diǎn)基金項(xiàng)目(2009562311);上海電氣風(fēng)電集團(tuán)有限公司科學(xué)基金(W3600);國家電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目(5210011700Z1)等,在此表示感謝。
本書由清華大學(xué)王祥珩教授主審,他以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度認(rèn)真審閱了全部書稿,并提出了很多寶貴意見。中國水力發(fā)電工程學(xué)會理事、教授級高級工程師劉徽博士對全書進(jìn)行了審閱,在工程應(yīng)用方面提出了很多有意義的建議,使本書更具實(shí)用性。本書的寫作還得到了機(jī)械工業(yè)出版社編審林春泉老師的大力支持與幫助,在此對他們?yōu)楸緯龀龅呢暙I(xiàn)表示感謝。
電機(jī)狀態(tài)故障診斷技術(shù)發(fā)展很快,各種新的技術(shù)不斷出現(xiàn),其間有關(guān)資料不斷更新;隨著研究課題的深入,本課題組也有不少新的研究成果產(chǎn)生。盡管筆者試圖想使這本書盡可能完美地呈現(xiàn)給讀者,但由于能力與精力有限,書中內(nèi)容仍有局限與欠缺之處,有待不斷充實(shí)與更新,衷心希望讀者不吝賜教。
Email:hhumhz@163.com
馬宏忠2021年2月于南京
前言
第1章緒論1
11設(shè)備故障診斷與狀態(tài)維修1
111設(shè)備診斷技術(shù)1
112設(shè)備的狀態(tài)維修4
12電機(jī)故障診斷6
121電動機(jī)故障6
122發(fā)電機(jī)故障7
123電機(jī)故障的分析方法9
124電動機(jī)故障診斷12
125發(fā)電機(jī)故障診斷13
第2章電機(jī)診斷理論與智能診斷方法15
21故障模式與故障機(jī)理15
211設(shè)備故障及故障率時段15
212設(shè)備故障機(jī)理17
22利用人體感官診斷設(shè)備故障21
221人體感官檢測特性21
222人體感官對設(shè)備異常診斷22
23基于邏輯的診斷與基于統(tǒng)計(jì)的診斷24
231基于邏輯的診斷24
232基于統(tǒng)計(jì)的診斷26
24基于模糊的診斷技術(shù)27
241模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)27
242電動機(jī)模糊故障的診斷方法29
25基于樣板的診斷29
251閾值診斷29
252頻率特性診斷29
253指紋診斷30
26故障診斷中的參數(shù)辨識法32
261基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷32
262參數(shù)識別方法32
263利用參數(shù)辨識法診斷籠型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子斷條故障34
264小二乘的遞推算法36
265應(yīng)用實(shí)例:異步電動機(jī)定轉(zhuǎn)子參數(shù)的辨識37
27故障診斷中的模式識別方法38
271模式識別的基本概念38
272故障診斷與模式識別38
273貝葉斯決策判據(jù)40
274從參數(shù)模型求特征42
275模式識別在電機(jī)故障診斷中的應(yīng)用43
28專家系統(tǒng)及其在電機(jī)故障診斷中的應(yīng)用47
281人工智能診斷技術(shù)47
282故障診斷專家系統(tǒng)48
283實(shí)例一——發(fā)電機(jī)絕緣故障模糊專家系統(tǒng)50
284實(shí)例二—— 汽輪發(fā)電機(jī)在線診斷專家系統(tǒng)53
29人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障診斷中應(yīng)用的基本類型55
291人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在故障診斷中的應(yīng)用56
292基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電機(jī)故障診斷方法58
293應(yīng)用實(shí)例一:基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的電機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)59
294應(yīng)用實(shí)例二:用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)診斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路故障61
210基于遺傳算法的電機(jī)故障診斷方法63
第3章電機(jī)絕緣分析與診斷64
31電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)64
32電機(jī)絕緣老化的診斷內(nèi)容與判定標(biāo)準(zhǔn)65
321電機(jī)絕緣老化65
322電氣設(shè)備絕緣的特征量68
323電機(jī)絕緣診斷內(nèi)容與診斷項(xiàng)目69
324電機(jī)繞組絕緣的有關(guān)判定標(biāo)準(zhǔn)72
33電機(jī)絕緣測試(試驗(yàn))73
331大型電機(jī)定子繞組絕緣診斷性試驗(yàn)縱覽74
332電機(jī)絕緣電阻與極化指數(shù)76
333工頻交流耐電壓試驗(yàn)79
334直流泄漏和直流耐電壓試驗(yàn)81
335介質(zhì)損耗角正切tanδ(介質(zhì)損耗因數(shù))及其增量Δtanδ84
336高壓電機(jī)定子繞組超低頻耐電壓試驗(yàn)86
337匝間絕緣的檢查方法和耐電壓試驗(yàn)89
338絕緣電阻過低的診斷91
34局部放電及其診斷(離線)92
341電機(jī)局部放電產(chǎn)生機(jī)理與特征93
342電機(jī)局部放電特性分析97
343電機(jī)局部放電的測量與試驗(yàn)99
344大電機(jī)定子繞組超寬頻帶局部放電現(xiàn)場檢測103
345電機(jī)局部放電的診斷107
35電機(jī)局部放電的監(jiān)測與診斷(在線)110
351發(fā)電機(jī)局部放電在線監(jiān)測技術(shù)110
352信號的傳播特性及測試系統(tǒng)的影響115
353在線測試與傳統(tǒng)測試方法的結(jié)果比較116
354干擾信號特性及在線診斷的降噪聲技術(shù)116
355測試數(shù)據(jù)分析以及對策119
356診斷實(shí)例121
附錄31GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》(交流電機(jī)部分)124
第4章電機(jī)軸承故障診斷132
41電機(jī)軸承的故障分析與基本診斷方法132
411滾動軸承典型結(jié)構(gòu)及振動參數(shù)132
412滾動軸承故障的主要形式與原因133
413滾動軸承的故障診斷技術(shù)136
42軸承的振動機(jī)理與故障軸承振動信號特征137
421正常軸承的振動信號特征137
422故障軸承振動信號的特點(diǎn)138
43滾動軸承的振動測量與診斷技術(shù)140
431滾動軸承的故障信號的測量與分析140
432滾動軸承的簡易診斷140
433滾動軸承損傷的特征頻率143
434滾動軸承過熱故障及處理實(shí)例146
44電機(jī)軸承的診斷新技術(shù)與實(shí)例分析147
441感應(yīng)電動機(jī)軸承故障的檢測技術(shù)147
442基于小波變換及經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解的電機(jī)軸承早期故障診斷151
443電動機(jī)滾動軸承的故障診斷實(shí)例154
第5章電動機(jī)故障分析158
51電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及原理158
511異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)158
512三相異步電動機(jī)的分類及性能參數(shù)161
52電動機(jī)故障163
521電動機(jī)故障類型與常見異常現(xiàn)象分析163
522高壓電動機(jī)故障168
523電動機(jī)發(fā)生故障的原因分析171
524定子繞組的故障分析173
525轉(zhuǎn)子繞組的故障分析:斷條和端環(huán)開裂174
526轉(zhuǎn)子繞組的故障分析:繞線轉(zhuǎn)子繞組的擊穿、開焊和匝間短路177
527電動機(jī)定子鐵心的故障分析178
第6章電動機(jī)故障的簡易診斷179
61電動機(jī)的故障檢測診斷方法179
611電動機(jī)運(yùn)行前后的檢查179
612用常規(guī)儀器儀表檢測電動機(jī)的狀態(tài)181
613電動機(jī)故障診斷的基本技術(shù)182
614電動機(jī)的診斷過程183
615電動機(jī)常見故障的診斷及處理方法183
62電動機(jī)定子繞組故障的診斷187
621定子繞組的短路故障187
622