电机班讲座一：现行大型电机的检测状况及管理方式

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1、现行大型电机的 监控与 管理 基于可靠性的状态监 控 Condition monitoring for reliability. 电机诊断技术讲座之一 电机系统结构图 交 流 电 源 Process Mechanical and Electrical Feedback 电机驱动系统 机械系统 1200 rpm 全美电机系统消耗了 19%的总能源 ， 57%的 电力能源； 在制造业 ， 电机消耗了 70%以上的电能； 在过程工业 ， 电机消耗 的电能占全厂 90%以上 。 94% 3% 1% 2% 停产损失 能源消耗 电机寿命降低 常规消耗 每年度成本核算中，附加消耗分布为停产损失 93.6%，

2、附加能量消耗 3.1%，电机寿命降低 1.2%，常规消耗 2.1% 。 EPRI的报告 When A Plant Had An Unplanned Shut Down 会发生什么 领导不断接到 各种报告 生产经理开始大叫 ! 生产人员无休止的加 班，疲惫不堪 维修人员束手无策 财务总监 . 你的客户 ? 各行业平均停产损失 行业 平均每小时损失 木材加工 $7,000 食品工业 $30,000 石化 $87,000 冶金 $100,000 汽车 $200,000 包括产量损失与人工费用 怎样处理您的电机问题 ? 别理它 ! YES NO YES 你可真笨 ! NO 你得负责 处理吗 ? NO

3、置之不理 有人 知道吗 ? 你麻烦了 ! YES YES NO 掩藏住！ 能捂住 别人的眼睛 吗 ? NO 没问题 ! Yes 电机在工作吗 ? 是你弄坏 的吗 ? 根据 EPRI的报告： 电机故障的 53%源于机械原因 ， 如轴承故障 、 不平衡 、 松动等； 47%源于电气原因； 这其中 ， 10%源于转子 ， 如铸件缺陷导致的不平衡气隙 、 断条等； 37%源于定子绕组 。 41% 12% 37% 10% 轴承故障 对中问题 定子故障（短路等） 转子故障（断条等） 电机故障源于何处？ 24% 17% 20% 1% 5% 10% 12% 5% 6% 过载 潮湿 润滑不良 化学污染 粉尘颗粒

4、 单相运行 轴承失效 绝缘老化 其它 引起故障的外在因素 电压表 安培表 功率表 数据采集器 电源质量分析仪 动态效率仪 动态电 信号 分析（ ESA） 动态电气测试 DET 红外分析 振动分析 超声诊断 动态机械测试 DMT 欧姆表 / 毫欧表 绝缘电阻计（ DA/PI） 高压绝缘测试仪 LCR 测试仪 浪涌测试仪 静态电路分析（ MCA） 静态电气测试 SET 电机监测与管理系统的建立 电源 供电品质 谐波 (电压、电流 ) 过 /欠 电压 电压不平衡 功率因数 过载 测试方法 ESA 电压、电流计 变压器 变压器故障 绝缘不良 绕组短路 接头松动 电器振动 测试方法 ESA MCA 红外

5、分析 绝缘诊断 超声诊断 控制与配电 MCC/配电柜故障 接头松动 接触不良 线圈故障 补偿电容失效 测试方法 ESA MCA 红外 超声 电压 /电流计 欧姆表 目视 电缆 电缆故障 热保护 污染 短路接地 断路 物理损伤 测试方法 MCA ESA 红外 绝缘测试 配电系统故障分布 导体负荷能力不足 (10%) 供电电压不平衡 (7%) 电压偏差 (2%) 电压不匹配 (6%) 功率因数不合格 (39%) 接头问题 (36%) 电机 机械故障 轴承 轴 /轴承座 振动 测试方法 ESA 振动 红外 超声 电气故障 绕组短路 绝缘不良 污染 转子故障 气隙 测试方法 MCA ESA 振动 绝缘

6、测试 耐压、冲击试验 欧姆表 电流 /电压表 超声 红外 电机 耦合 (对轮或皮带 ) 故障 不对中 /不对正 带 /键 磨损 张力不当 皮带轮磨损 测试方法 ESA 振动 红外 负载 (风机 , 泵 , 压缩机 , 齿轮箱 , 等 ) 负载故障 部件疲劳 (例如 : 密封 ) 部件失效 (齿轮 , 叶片等 ) 轴承失效 测试方法 ESA 振动 红外 超声 以下为电机状态监测的时间间隔 ， 以月为单位： 电机类别 干净、干燥 适中 脏、潮湿 三相非重要电机 12 个月 9 6 三相生产电机 6 6 3 三相关键电机 3 2 1 DC 电机 6 6 3 变压器 12 9 6 预知维修与监测进程

7、设备检修体制的演变 History 事后维修 - 发生故障后进行 Reactive (Break-Down) Maintenance 预防维修 - 以一定的时间为间隔，定期维修 (TBM) Preventive Maintenance (PM) 预测维修 - 以设备状态监测 (CM)为基础 Predictive Maintenance (PdM) 主动维修 - 以故障根源分析为基础，基于可靠性的维护 (RCM) Proactive Maintenance (PAM) 事后维修 RM / BM Reactive (Break-Down) Maintenance “任其损坏” 优点： 不必投资在状

8、态监测上 不会出现过度维修 适用于少数非重点设备 缺点： 无法预测事故停机 产生设备二次损坏及灾难性后果 生产损失 高额维修费用 管理失控 急诊室 预防维修 PM / TDM Preventive Maintenance “定期体检” 优点： 维修以可控制的方式在方便的时间进行 减少意外事故，有效避免灾难性事故 可更好的控制备件，节约资金 缺点： 状态良好的设备也被频繁检修（维修过盛） 维修导致的损伤可能大于维修的益处 仍存在计划外故障停机 没有针对不同设备进行优化与寿命分析 体检室 预测维修 PdM Predictive Maintenance “没有故障就不修” 优点： 减少意外停机 仅在

9、需要时购买和使用所需备件 只需在适当时候进行维修 缺点： 监测仪器、系统、服务、人员花费 不能延长设备寿命 监测室 主动维修 PAM Proactive Maintenance “查明根源，精确维修，一切基于可靠性” 优点： 设备寿命延长 设备可靠性增加 更少的故障及二次损坏 停机时间减少 总维护费用降低 缺点： 监测仪器、系统、服务、人员花费 要求特殊技能 需要更多时间进行分析 全体员工改变观念 为什么要状态监测？ Why condition monitoring? 一个新的资产管理的平台 ! 提高生产能力 Increased production pace 运行在收支平衡之上 Ongoin

10、g “cost shavings” 生产中断不可容忍 Production disruptions are economically intolerable 世界级的生产运营需要可靠性维护 World Class Performance requires reliable production 管理者策略 Management Strategies Utilizing existing machinery 合理利用现有设备 (New machines or existing? 购置新设备还是利用现有设备 ) Increase Speed 增加生产速度 Improve Quality 提高质量

11、Increase Availability 增加有效生产时间 Lower the costs 降低成本 (Energy, raw material, personell costs, etc.) 当前状况 Todays Situation 维修部门从单纯的维修，逐渐转变成为确保企业 生产能力的高级职能单元 维修费用占企业生产总成本的 4%到 14% 维修费用所占比例大于企业利润率 故障停机异常昂贵，远远超过维修费用 冰山一角 潜在的危机 The hidden possibility 维修维护 产品质量 损失 能源消耗 基本投资 产品损失 产能损失 市场损失 加大投资 工作环境 杜邦模式 The

12、 Du Pont model Profit 利润 Contribution margin 毛利 Revenue 总产值 Direct costs 直接成本 Common costs 常规消耗 Total assets 总投资 Current assets 流动资金 Fixed assets 固定资产 Rate of return 投资回报率 + % 状态监测的成效 Impact of Condition Based Maintenance 利润 毛利 总产值 直接成本 能耗 实验费用 安全成本 工作环境改善 环保要求 常规消耗 维修与维护 人员工资 实验 等等 总投资 流动资金 固定资产 投资

13、回 报率 + % 总预期产值 Potential revenue OPE 生产损失 时间损失 质量损失 速度损失 优化运营 Optimizing performance. Measure - compare - improve 0.003 World Class Performance. 现代 管理战略 Modern management strategy OPE. 总运营有效率 Overall Performance Effectiveness Max. Prod. 速度损失 质量损失 不可得时间 OPE 生产时间 有效生产速度 World Class Performance 85%. 生产

14、损失 Loss of contribution. Overall Performance Effectiveness 100 h 90 h A = 0.9 (时间因子 ) 90 ton/h 81 ton/h P = 0.9 (速度因子 ) 81 ton 73 ton Q = 0.9 (品质因子 ) OPE = 0.9 x 0.9 x 0.9 = 0.73 x 100% = 73% 有效生产时间 有效产品质量 如何实现 WCP 什么最重要？ What is most important? 做正确的事 To do the correct thing 把事做正确 To do things corre

15、ct RCM战略 Strategy for RCM 清洁与润滑 Cleaning and lubrication 1) 设备改造 Design out 2) 提高运行寿命 Increase lifetime 3) 状态监测 日常维护保养 CM- normal operation 4) 状态监测 有计划的停机 CM - planned stop 5) 定期维修 Time based 6) 备用策略 Redundance 7) 事后维修 Corrective 泵 (101 ) 电机 (83) 风机 (26) 53 +/- 15 94 +/- 24 113 +/- 60 Variation with

16、 confidence level of 95%. 预警时间 Prewarning time. Machines ( no. of incidents) Days 1） 阻抗不平衡导致的电机效率的降低 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 % 阻抗不平衡 % 效 率 降 低 电机运行的可靠性分析 0 . 7 5 0 . 8 0 . 8 5 0 . 9 0 . 9 5 1 0 1 2 3 4 5 % 阻抗不平衡 功 率 因 数 降 低 2）阻抗不平衡导致功率因数的降低 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 1 2 3 4 5 6 7 8

17、 %阻抗不平衡 % 电 机 损 耗 增 加 3） 阻抗不平衡导致电机损耗 0 10 20 30 40 50 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 % 温 升 % 阻抗不平衡 4）阻抗不平衡导致温度上升 5）附加的温升导致电机寿命的降低 0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 % 温度升高 % 电 机 寿 命 降 低 电机监测与管理系统 EMCAT 数据库管理的建立 趋势管理 数据库管理的建立 EMCAT 专家诊断 直 流 电 机 诊 断 页 面 交 流 电 机 诊 断 页 面 数据库管理的建立 EMCAT

18、专家诊断 转 子 诊 断 页 面 数据库管理的建立 EMCAT 专家诊断 参数 中间值 偏差 R 1060 + / - 0. 01 0 Z 46 + / - 1 L 9 + / - 1 Ph as e A ngl e 82 + / - 1 相平衡 所有结果 1- 10 x life extension) 减少零配件库存 (10-60%) 增加库存周转率 (up to 75%) 减少成品库存 降低能耗 (5-15%) 提升生产安全及环境保护 我们的目标是 尽力杜绝事故停机！ So Now This Happens! 领导 生产经理 生产技术人员 维修部门 财务总监 . 客户对提前交货 十分满意 ! 040901 B Copyright BMA Instrument 2004.09 At your service . . .