本書(shū)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(jiàn)故障的診斷方法。
全書(shū)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(wèn)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(dòng)機(jī)的故障診斷技術(shù),包括:第5章電動(dòng)機(jī)故障分析;第6章電動(dòng)機(jī)故障的簡(jiǎn)易診斷;第7章電動(dòng)機(jī)定子繞組故障的精密診斷;第8章電動(dòng)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?jiǎn)栴}。
全書(shū)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(guó)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(jià)值。
本書(shū)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(jí)本科生及教師教學(xué)參考用書(shū)。
本書(shū)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(shí)奇異信號(hào)檢測(cè)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(hào)的檢測(cè)與分析
第二屆高校青年教師獎(jiǎng)資助項(xiàng)目:電力元件健康診斷(教人司[2001]182號(hào))
國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目:大型異步電動(dòng)機(jī)早期電氣故障研究(50477010)
國(guó)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(guó)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(dòng)(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(dòng)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(guó)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(cè)技術(shù)研究(5210011700Z1)
國(guó)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(shū)獻(xiàn)給資助本書(shū)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(dòng)力和驅(qū)動(dòng)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(dòng)力裝置是由各種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。無(wú)論是發(fā)電機(jī)還是電動(dòng)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(tái)數(shù)不斷增加,而且單臺(tái)容量也在不斷擴(kuò)大,對(duì)可靠運(yùn)行的要求越來(lái)越高。有時(shí),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(gè)生產(chǎn)線。
20世紀(jì)80年代以來(lái),設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)電機(jī)相關(guān)運(yùn)行參數(shù)(如電壓、電流、轉(zhuǎn)速、溫度、振動(dòng)、局部放電等),結(jié)合電機(jī)的歷史運(yùn)行情況,對(duì)電機(jī)故障進(jìn)行分析與診斷,并采用適當(dāng)方法評(píng)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(shì)。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(guò)對(duì)電機(jī)故障的分析與診斷,可以向現(xiàn)場(chǎng)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(lái),電機(jī)故障診斷技術(shù)得到快速發(fā)展。國(guó)內(nèi)外廣大科研工作者紛紛致力于電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(cè)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(shū)是作者及其團(tuán)隊(duì)在長(zhǎng)期從事電機(jī)及其他電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(guó)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(cè)與故障診斷課題組多年來(lái)的教學(xué)與研究成果整理而成。本書(shū)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(shū)作者歷時(shí)近10年出版了學(xué)術(shù)專著《電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(píng)。本書(shū)與該書(shū)的主要區(qū)別在于:《電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷》注重學(xué)術(shù)性與系統(tǒng)性,部分內(nèi)容對(duì)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(shū)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(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)故障分析的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)針對(duì)電動(dòng)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(cè)技術(shù)不作為本書(shū)的重點(diǎn)內(nèi)容)。
全書(shū)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(wèn)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(dòng)機(jī)的故障診斷技術(shù),包括:第5章電動(dòng)機(jī)故障分析;第6章電動(dòng)機(jī)故障的簡(jiǎn)易診斷;第7章電動(dòng)機(jī)定子繞組故障的精密診斷;第8章電動(dòng)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?jiǎn)栴}。
全書(shū)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(guó)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(jià)值。
本書(shū)在寫(xiě)作過(guò)程中得到中國(guó)工程院顧國(guó)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(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司姜寧教授級(jí)高級(jí)工程師、王春寧教授級(jí)高級(jí)工程師、許洪華高級(jí)工程師、湯曉崢高級(jí)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(jí)工程師、陳湞斐副教授,華北電力大學(xué)許伯強(qiáng)教授、萬(wàn)書(shū)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(shū)榮教授;南瑞科技股份有限公司孫國(guó)城教授級(jí)高級(jí)工程師等專家的大力支持,在此表示誠(chéng)摯的感謝。在本書(shū)寫(xiě)作過(guò)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(mèng)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(wàn)可力、迮恒鵬,沒(méi)有他們的幫助,本書(shū)很難及時(shí)推出,因此從某種意義上講他們也是本書(shū)的作者。本書(shū)內(nèi)容研究與寫(xiě)作過(guò)程中得到了多個(gè)基金項(xiàng)目資助,主要有:國(guó)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(guó)家電網(wǎng)公司重點(diǎn)科技項(xiàng)目(5210011700Z1)等,在此表示感謝。
本書(shū)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(shū)稿,并提出了很多寶貴意見(jiàn)。中國(guó)水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)理事、教授級(jí)高級(jí)工程師劉徽博士對(duì)全書(shū)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(shū)更具實(shí)用性。本書(shū)的寫(xiě)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(duì)他們?yōu)楸緯?shū)所做出的貢獻(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(shū)盡可能完美地呈現(xiàn)給讀者,但由于能力與精力有限,書(shū)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(dòng)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(dòng)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(shí)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(cè)特性21
222人體感官對(duì)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(dòng)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(shí)法32
261基于數(shù)學(xué)模型的故障診斷32
262參數(shù)識(shí)別方法32
263利用參數(shù)辨識(shí)法診斷籠型異步電動(dòng)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(dòng)機(jī)定轉(zhuǎn)子參數(shù)的辨識(shí)37
27故障診斷中的模式識(shí)別方法38
271模式識(shí)別的基本概念38
272故障診斷與模式識(shí)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(shí)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(cè)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(guò)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(cè)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(chǎng)檢測(cè)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(cè)與診斷(在線)110
351發(fā)電機(jī)局部放電在線監(jiān)測(cè)技術(shù)110
352信號(hào)的傳播特性及測(cè)試系統(tǒng)的影響115
353在線測(cè)試與傳統(tǒng)測(cè)試方法的結(jié)果比較116
354干擾信號(hào)特性及在線診斷的降噪聲技術(shù)116
355測(cè)試數(shù)據(jù)分析以及對(duì)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(dòng)軸承典型結(jié)構(gòu)及振動(dòng)參數(shù)132
412滾動(dòng)軸承故障的主要形式與原因133
413滾動(dòng)軸承的故障診斷技術(shù)136
42軸承的振動(dòng)機(jī)理與故障軸承振動(dòng)信號(hào)特征137
421正常軸承的振動(dòng)信號(hào)特征137
422故障軸承振動(dòng)信號(hào)的特點(diǎn)138
43滾動(dòng)軸承的振動(dòng)測(cè)量與診斷技術(shù)140
431滾動(dòng)軸承的故障信號(hào)的測(cè)量與分析140
432滾動(dòng)軸承的簡(jiǎn)易診斷140
433滾動(dòng)軸承損傷的特征頻率143
434滾動(dòng)軸承過(guò)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(dòng)機(jī)軸承故障的檢測(cè)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(dòng)機(jī)滾動(dòng)軸承的故障診斷實(shí)例154
第5章電動(dòng)機(jī)故障分析158
51電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及原理158
511異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)158
512三相異步電動(dòng)機(jī)的分類及性能參數(shù)161
52電動(dòng)機(jī)故障163
521電動(dòng)機(jī)故障類型與常見(jiàn)異常現(xiàn)象分析163
522高壓電動(dòng)機(jī)故障168
523電動(dòng)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(kāi)裂174
526轉(zhuǎn)子繞組的故障分析:繞線轉(zhuǎn)子繞組的擊穿、開(kāi)焊和匝間短路177
527電動(dòng)機(jī)定子鐵心的故障分析178
第6章電動(dòng)機(jī)故障的簡(jiǎn)易診斷179
61電動(dòng)機(jī)的故障檢測(cè)診斷方法179
611電動(dòng)機(jī)運(yùn)行前后的檢查179
612用常規(guī)儀器儀表檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)181
613電動(dòng)機(jī)故障診斷的基本技術(shù)182
614電動(dòng)機(jī)的診斷過(guò)程183
615電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障的診斷及處理方法183
62電動(dòng)機(jī)定子繞組故障的診斷187
621定子繞組的短路故障187
622