摘要：本文主要介绍了基于精密点检振动频谱分析技术准确诊断一起三相异步电动机定子电磁振动异常（定子偏心或定子绕组松动）故障。文中详细介绍了三相异步电动机定子电磁振动异常的具体诊断方法、诊断过程，同时，对基于振动频谱分析技术的电机定子偏心或定子绕组松动故障的原因、特征和诊断方法进行了总结。
关键词：振动频谱分析；定子偏心；定子绕组松动；旋转机械
三相异步电动机在各行业都有广泛的应用，但在使用中经常会发生故障而损坏，造成不必要的经济损失，故准确分析电动机故障有重要的意义。电动机故障主要分为定子、转子及负载(机械部分)故障3类，而定子故障中主要包括定子偏心和定子绕组松动故障，是影响电动机使用寿命的主要原因之一。如果能够针对电动机故障进行早期诊断，及时排除故障隐患，可大大降低由电动机故障给企业生产所造成的影响。本文详细阐述了基于振动频谱分析技术的一起定子冷却水泵电机定子绕组松动故障检测以及故障分析诊断过程，进而总结了电机定子绕组松动故障诊断的故障特征及分析方法，对电机定子故障诊断具有参考和指导意义。
1故障发现与初步诊断
某电厂发电机组采用2台常州市武进泵业有限责任公司生产的卧式单级离心泵，电机为安徽皖南电机厂生产的型号为YE4-250M-2卧式电机，极数2，额定功率55kW，额定电压380V，额定电流97.3A，额定转速2980rpm。该电厂1B#定子冷却水泵在运行过程中电机驱动端附近存在较大振动，2020年12月3日振动通频值5.49mm/s，超出报警值，通频值在垂直和水平方向均较高，振动值见表1。
2精密诊断分析方法及过程
2.1基于振动频谱特征的电机定子偏心或定子绕组松动故障诊断分析
对该泵振动频谱进行分析，在定子冷却水泵振动频谱上主要频率成分疑似为转子两倍频振动，振动速度有效值达5mm/sRMS，泵测振动值较低。振动频谱见图1。将泵联轴器解列、电机单独运转，通过测试，振动值依然超标，且频谱图显示其振动主要频率成分仍然疑似为转子2倍频。据此初步判定泵组振动异常主要是电机的原因。因电机为2极交流电机，其转子2倍频（2X=99.3Hz）和2倍交流电频率（2LF=100Hz）非常接近，可以通过电机断电试验或采用高分辨率仪器频谱进行辨别。为确定该频率成分，对电机进行断电试验。通过断电试验可见，断电瞬间疑似为转子2倍频处的高幅振动立即消失，排除电机机械安装等故障，验证疑似的100Hz主要频率分量实际为2倍交流电频率。电机出现2倍交流电频率一般主要有以下几种原因：一是外部因素造成的地脚“软脚”，可导致在锁紧地脚螺栓过程中电机壳体变形致定子偏心；电机在设计制造过程中的缺陷或者运行中发生缺陷导致定子偏心或定子绕组松动；进一步测试：对电机地脚螺栓进行松开和紧固测试，可见2倍交流电频率幅值变化轻微，故基本排除电机存在软脚的可能。
2.2综合诊断结论
通过振动频谱等技术综合分析，结合现场情况最终判断1B#定子冷却水泵电机存在定子偏心或定子绕组松动故障问题，建议尽快安排设备返厂检修或更换电机。电厂对电机进行了更换，更换后设备振动水平恢复正常。
3电机定子偏心或定子绕组松动故障诊断总结
电机与其他所有机器设备一样，在运行过程中有能量、热量、磨损、振动等各种物理化学参数的传递和变化，这些信息变化直接和间接地反映出电机的运行状态，而振动信息（位移、速度。加速度）能够敏感地反映电机的运行状态，利用振动诊断法可以有效地诊断出电机的故障。作为精密诊断，一般采用振动传感器获取电机运行状态的振动信息，并用频谱分析对这些信息进行分析和处理，通过状态信息中分离的与故障直接有关的信息，以确定电机故障的状态和部位。电机定子电磁振动异常原因：定子三相磁场不对称；定子偏心或定子绕组松动，将使定子电磁振动和电磁噪声加大，在这种情况下，振动频谱图中，电磁振动除了2LF的基本成分外，有时还可以出现4LF、6LF、8LF的谐波成分；电动机机座地脚松动，其结果相当于机座刚度降低，是电动机在接近2f的频率范围发生共振，因而使定子振动增大，结果产生异常振动。典型定子偏心或定子绕组松动的频谱特征见图2。一般来说，电机定子偏心或定子绕组松动振动特征如下：（1）振动频率为电源频率的2倍；（2）切断电源，电磁振动立即消失；（3）振动可在定子机座和轴承上测量；（4）振动大小和机座刚度和电机负载有关。（5）定子偏心产生不均匀的气隙，其振动的单向性非常明显。通过振动频谱精密诊断电机电磁振动故障时，应注意区分轴承磨损、联轴器不对中、转子不平衡等非电气类故障，生产实际中电机也很有可能同时存在多种故障，灵活运用振动频谱分析方法，并结合设备和系统实际运行情况，不仅能够准确判别故障类别，还能够提高故障判别的及时性和准确性。
4结语
实际工程运用中有大量采用鼠笼式异步电动机驱动的旋转机械设备。三相异步电动机的保障多种多样，产生原因也很复杂，而绕组是电动机的心脏部位，是最容易损坏而造成故障的部件。因此，及时判断绕组的故障原因并进行相应的处理，是防止故障扩大、保证设备正常运行的一项重要工作。如本文中的定子冷却水泵为发电企业重要辅机，一旦停运损失较大。因该类电机故障，大部分发电企业自身不具备修复能力，必须返厂检修，通过对电动机定子电磁振动的进行的有预见性分析，可以准确地识别电机故障征兆，对故障发展趋势作出更准确判断，从而减少了事故停机带来的损失。通过精密诊断振动频谱诊断技术，及时准确地诊断出设备故障，避免了一次设备二类障碍的发生，有利于及时制定检修计划，保障机组的安全经济运行。
参考文献：
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作者：李鹏 刘烨 单位：华电电力科学研究院有限公司 华电国际电力股份有限公司天津开发区分公司
