腐蚀故障诊断（共6篇）
腐蚀故障诊断 篇1
某厂由于电网晃电造成多台机组断电停机, 其中压缩机在供电恢复后轴向位移缓慢增大, 并呈加速趋势。分析认为是机组晃电停机瞬间造成轴承轻微窜动, 破坏了轴系原有平衡, 在机组开机运行后轴承的位移随运行而继续加大, 加剧了轴向位移的改变。决定立即降低润滑油油温、提高润滑油系统的刚性, 阻止压缩机进一步发生油膜振荡, 同时也可起到减小轴位移的作用。减低油温后, 轴位移增大速度有所减缓, 但效果不明显 (见图1) 。
之后, 由于轴位移过大, 机组停车检修。截至检修时, 止推轴侧轴位移已超过了原停车联锁线近50μm。检修时更换了止推轴侧轴瓦。检修开车后, 止推轴侧轴位移仍持续增大, 并且呈加速趋势。
由此认为应采取必要的工艺调整措施, 防止轴位移进一步增大, 如改变出口负荷以及调整机组转速等, 从而改变轴向力的均衡, 使之向轴向力平衡方向靠拢, 起到减小轴位移趋势的作用。在降低了压缩机的转速、减小了负荷后, 轴位移趋于稳定。
一、轴瓦失效原因
降低转速、减小负荷之后, 虽然使得氮压机的轴位移趋于稳定, 但是机组的故障原因还不明确。之后对前次检修时更换下的坏损轴瓦进行失效分析, 判断氮压机的故障原因。
1. 轴瓦表面宏观分析
观察可见: (1) 轴瓦径向有一条规则清晰的分界线; (2) 大约有1/3的表面保持原状, 其余表面似被腐蚀或者磨损过; (3) 轴瓦的边缘区域已经出现了明显的磨损痕迹; (4) 其被腐蚀或磨损过的表面似被喷沙过的金属, 失去了光泽, 呈银灰色。由此, 初步判断其为电腐蚀。
2. 轴对地电压
足以引起轴承电流损伤的电压在20V以上, 通常在30～100V之间。而经过测量发现该氮压机的轴对地电压波动很大, 最大可达200V。
3. 轴电流产生的原因
轴电流的形成除了外部对转子施加一定的电位之外, 大多数是由于以下几种因素感应而产生: (1) 轴的磁化效应, 转子由于焊接、摩擦、碰撞以及电涡流装置均可能使设备带有磁性, 并建立起磁场, 旋转磁场切割导体会在这些零件内感应起一定电位; (2) 对于蒸汽透平压缩机组, 高温蒸汽温度降低时会发生正负电荷分离, 随着蒸汽冲击涡轮叶片, 电荷积聚到转轴上, 水蒸气粒子对转子叶片的碰撞和摩擦将使转子产生静电效应而带电, 这样就产生了轴电压; (3) 离心压缩机和蒸汽透平转子工作时也可能因润滑油引起带电, 当润滑油通过过滤网时, 由于滤网的通路很小, 油分子和滤网的摩擦会导致分子带电。因润滑油基本上是非导电介质, 在通过相当长时间的接地管路之后, 油分子仍能保持带电, 并把电荷转移到被润滑的轴颈表面和止推盘表面而产生轴电位。
二、结语
检维修时检验轴是否带有磁性。如果有磁性, 则要进行消磁处理;更换润滑油, 清洗过滤网;在压缩机轴上安装放电碳刷;开车后, 定期测定轴对地电压。
在停车检修期间为该机组增加了一个接地碳刷, 机组运行后再未出现此类故障。为保证正常运行, 应定期对轴地电压进行检测。
参考文献
[1]沈庆根, 郑水英.设备故障诊断[M].北京:化学工业出版社, 2006.
[2]王潜, 肖昌汉.旋转机械中一种新的电腐蚀机理———轴电流腐蚀[J].武汉化工学院学报, 24 (3) :78-79.
电解除铬引起的腐蚀故障分析 篇2
在表面处理生产中,镀铬以其良好的镀层性能和生产中较高的技术难度被众多的表面处理研究者和从业人员给予了极大的关注。对镀铬生产中的操作技能和故障规律的研究已有大量的文献报道,并有专著进行论述,但对镀铬前处理中的各种故障现象及产生原因介绍较少。本工作就其中一种故障现象及产生原因进行了分析阐述。
1 腐蚀现象
某零件由30CrMnSiNi2A钢制成,形状简图见图1,零件截面为工字形。除中间肋板外,上下缘为工作表面,进行镀铬处理,铬层厚度为40～80 μm,其他部位采用涂漆防护。零件经多年使用后因工作表面铬层磨损、腐蚀而转入修理。
在表面防护层的修理过程中,零件经电解除铬后基体出现严重腐蚀现象。镀铬面腐蚀区域的外观为铁红色锈泥,清除锈泥之后工件基体出现严重的点状腐蚀缺陷,成片密集的腐蚀点连成腐蚀坑,最大腐蚀坑深约0.5 mm。非镀铬面腐蚀区域外观为点状腐蚀 ,集中在零件的高电流密度部位 ,腐蚀坑深度明显较镀铬面的腐蚀深度浅(小于0.2 mm)。
2 原因分析
在零件除铬前,由于生产线原有的除铬电解液使用时间太久(约9个月),累计工作量约44 500 A·h,因担心电解液中CrOundefined含量过高(约25 g/L),会对工件基体产生腐蚀,因而更换了新的除铬电解液。零件经装夹准备后,按规定的要求进行电解除铬,约45 min后仍发现零件基体腐蚀。
由于工件进入除铬溶液时经过吹砂、低温回火等工序处理,表面干净、无油污,而且腐蚀是在新配制的除铬溶液中电解退铬时产生的,可以初步推断,是因除铬溶液中某种杂质引起的零件腐蚀。
除铬时工作情况:新配除铬电解液呈淡黄色,液面上有铁红色悬浮物,将悬浮物清除后,电解除铬过程中立即产生大量的铁红色悬浮物,除铬反应引起溶液翻腾呈浅红色。
分析除铬溶液中成分含量95 g/L NaOH,对溶液进行杂质离子含量分析:6.1 g/L氯离子,0.6 g/L硫酸根离子。
经过对配制除铬电解液的化学药品进行成分及杂质含量检测,化验结果、标准要求及该批产品的出厂报告对照见表1。
从表1数据可以发现,配制该除铬电解液的氢氧化钠试剂中,Cl-含量超标三倍以上,SOundefined含量也较高。在电解溶液中,由于许多阴离子(如Cl-、F-、SOundefined等)能促进金属表面的钝化膜溶解,增强金属表面的活性,常被用作阳极活化剂。常见阴离子活化剂活化能力大致如下:
Cl->Br->I->F->ClOundefined>OH->SOundefined
由此可见,在碱性除铬电解液中,SOundefined对阳极零件钢铁基体金属的活化作用可以忽略,但由于高浓度Cl-的存在,对钢铁基体的阳极溶解起到了促进作用。
在阳极同时进行的Fe-2e→Fe2+和Cr-3e→Cr3+的两个电极反应中,由于铬与铁的电极电位的差异,工件上的铬层显著加快了钢铁基体的溶解速度。这就是工作面(原有旧铬层存在的部位)钢铁基体比非工作面(原无旧铬层的部位)腐蚀严重的原因。
3 对比试验
3.1 两种溶液除铬试验
采用化学纯氢氧化钠1 000 g配制除铬溶液10 L(对下称为A溶液,导致零件腐蚀的溶液称为B溶液),溶液成分理论含量为100 g/L。制作镀铬试件两件,试件材料为45 钢,镀铬区规格为ϕ 31.85 mm×200.00 mm,镀铬层厚度为45 μm,分别在A、B两种除铬溶液中进行电解除铬试验。结果表明,在A溶液中除铬的试件表面铬层退除干净,试件基体光滑完整;在B溶液中除铬的试件表面铬层退除不干净,且3 min后试件铬层表面开始产生铁红色锈泥,基体表面呈现零件腐蚀的缺陷现象。
3.2 溶液中杂质离子试验
根据前面原因分析,向A溶液中按1.65 g/L逐次添加NaCl试剂(折合Cl- 1.0 g/L;也可用盐酸溶液代替添加,每次理论添加量 8.7 mL)。采用镀铬试件进行电解除铬试验,结果表明,当电解液中Cl-浓度达到2.5 g/L时,阳极电解中将对钢铁零件产生明显的腐蚀作用,当Cl-浓度超过4.5 g/L时,对钢铁零件的腐蚀作用将更加严重。
另取B溶液3.3 L稀释至10 L(溶液中Cl-浓度约2.0 g/L),采用镀铬试件进行电解除铬试验,零件未见明显的腐蚀现象。
4 腐蚀原因总结及对策
由分析和试验可以得出,导致本次腐蚀故障发生的直接原因是除铬电解液中Cl-含量过高,造成配制电解液的化学药品中杂质含量超标,药品不合格。
经过前面分析及试验,对该槽电解液全部更换后,进行其他镀铬试件的电解除铬,试件基体材料未产生任何腐蚀缺陷。
实践证明,在前面所述电解液中添加少量的CrOundefined(约2～3 g/L,可以添加废旧的除铬电解液),进行试件电解除铬时,零件不再发生腐蚀现象。
将溶液中Cl-浓度稀释至低于2.0 g/L,电解液不会对零件产生明显腐蚀。
5 建 议
经过本次腐蚀事故的发生及后续问题的处理,在表面处理生产及电解除铬生产中应注意以下几点:
(1)在表面处理生产中,用于生产的各种化学试剂和化工原材料应符合工艺要求;
(2)更换或新配各种生产溶液后,应先采用试件加工或试镀,并对试件镀覆层质量检测合格后方可用于零件加工;
(3)在以氢氧化钠为主要成分的除铬电解液中,应增加对新配电解液中Cl-含量的分析。如有可能,应避免电解除铬溶液中存在Cl-。
(4)在含有Cl-等杂质的新配电解除铬溶液中,少量(含量不大于5 g/L)的铬酸盐可以保证工件在电解除铬时免受腐蚀;但经过长期使用后的除铬溶液,其中的铬酸盐含量达到35 g/L时,易引起工件在电解除铬过程中的腐蚀。
摘要：在采用以氢氧化钠为主要成分的电解除铬工艺时,当电解液中杂质离子含量超标时,在除铬过程中会引起零件腐蚀。为此,通过对一起因化学药品中杂质引起的电解除铬腐蚀故障分析,阐述了腐蚀现象产生的原因和机理,并通过试验方法进行验证,提出了解决此类腐蚀的办法,为生产中杜绝类似问题提出了预防措施。
腐蚀故障诊断 篇3
长期的运行经验和电机定子绕组事故现象表明, 污秽腐蚀电机引线、定子线圈绝缘层, 造成电机在运行中引线及定子线圈对地短路、相间短路的现象比较普遍, 严重影响了电机的安全运行和使用寿命。
1故障概况
2006年5月18日, 某电厂#2冲洗水泵电机零序速断保护跳闸。解开三相电缆头, 用2500V绝缘表测得A、B、C三相绝缘分别为160/136MΩ、163/150MΩ、2/2MΩ。电机解体后发现其前后端部线圈附着厚厚一层黑色的污秽, 擦拭之后初步分析是油、粉尘混合物;用SS-50电机清洗剂将铁芯、绕组线圈清洗干净, 没有发现故障点;用直流烧穿法寻找, 发现电机前端有一个线圈靠近槽口部位冒烟, 故障点沿线棒表面绝缘层对铁芯爬弧。
2原因分析
该电机额定电压为6kV, 额定功率为220kW, 额定电流为25.8A, 定子采用敞开式结构, 空气冷却。
电机定子绕组烧毁的原因一般有以下几个方面: (1) 定子绕组制造过程留下隐患; (2) 定子线圈检修过程中绝缘损伤; (3) 电机运行过程中绕组过热; (4) 电机受潮后绝缘水平下降; (5) 系统过电压。
结合本次故障的发生经过及解体检查情况分析, 该电机运行中, 在风扇的作用下, 外部灰尘、水分、盐分等不断被吸入电机定、转子间, 附着在定子绕组表面, 灰尘就粘在电机定、转子的表面上, 形成一层腐蚀性极强的污秽。污秽对线圈、引出线主绝缘起溶解侵蚀作用, 使主绝缘与导线分层、松散, 线圈整体绝缘强度降低, 并导致线圈热量无法及时排出, 引起线圈过热。长时间运行后, 线圈绝缘不能承受高电压而造成定子绕组对地放电, 导致事故发生。
3反事故措施
根据以上分析, 解决敞开式电机定子线圈绝缘故障应采取以下措施:
(1) 加强设备检查, 发现设备积灰严重、绕组温度升高时及时清理。
(2) 定期对电机进行大修, 重点清除定子绕组表面的污秽。
(3) 提高电机定子绕组绝缘水平。电机大修时, 认真检查电机绕组绝缘, 要结合预防性试验情况进行电机绕组绝缘强度评估, 必要时绕组整体喷漆, 以提高其整体绝缘强度。
(4) 对电机的运行环境进行治理, 保证电机周围的环境通风、干燥、洁净;电机外壳防水、防潮、防尘等防护设施完好。
(5) 停运时间长的电机要测量绝缘电阻合格后才能启动。
4故障处理
4.1修复故障线棒
清洗电机定子绕组:用自来水加适量油污清洗剂, 水温加热至50℃, 用调好的温水浸泡电机绕组, 浸泡2h后用自制的竹片和毛刷等进行清理, 竹片的边要带有弧度, 这样可以避免损伤绕组绝缘, 确认清理干净后用除盐水进行彻底清洗。
烘焙除湿:烘焙设置温度不超过90℃, 烘箱是带抽风机自动循环加热功能的, 连续烘焙12h后确认电机绝缘2h不再变化时就可以进行故障处理。
故障点处理:故障处用白布沾无水酒精擦拭干净, 用短锯片、电工刀把电弧烧伤处绝缘层表面碳化物、积污清除干净, 使其露出新的绝缘表面, 用事先配好的环氧树脂胶 (与固化剂按1∶1比例配成) 涂上一层, 用无碱玻璃丝带半叠包到约3mm厚即可, 边包边涂环氧树脂胶。
整体烘干:处理后进行定子绕组绝缘整体烘焙, 设置温度不超过90℃, 测量每相绕组对地绝缘达到100MΩ以上、吸收比合格的情况下再继续烘焙;设置最高温度100℃, 当电机绝缘稳定2h无变化后, 用喷枪喷漆。调整空气压力为2~3kg/cm2, 1032绝缘漆和稀释剂的比例为1∶1, 将整个定子绕组喷上绝缘漆后, 重新烘焙8h;再喷一次绝缘漆, 烘干。
4.2电机定子绕组试验
环境温度:31℃;湿度:70%。
(1) 测量每相绕组绝缘不再上升时的值, 如表1所示。
(2) 定子冷却到冷态时, 测量定子绕组的直流电阻:
AX:0.2187Ω;BY:0.2188Ω;CZ:0.2213Ω;
标准:最小误差小于2%;
实际误差:1.18%。
(3) 冷态时, 定子绕组直流耐压试验结果如表2所示。
单位:μA
(4) 定子绕组交流耐压 (每相绕组对其他两相绕组与地) :耐压9000V, 1min通过。
(5) 交、直流耐压试验后, 测量每相绕组绝缘值, 如表3所示。
#2冲洗水泵电机定子绕组各项试验合格, 回装电机。
5电机修后运行状况
严格按照电机检修工艺修复后, 这台冲洗水泵电机运行到现在已有4年多, 没再出现过定子绕组故障, 说明检修质量过关, 采取措施有效, 较好地解决了腐蚀导致的电机定子绕组绝缘损坏故障。
6结语
腐蚀故障诊断 篇4
接地网实际运行状态是地网性能诊断与评估的基础与核心。由于我国的接地网主要采用扁钢材料,长期运行容易发生腐蚀,而且近年来因接地网腐蚀严重而需改造的变电站越来越多,使得变电站接地网评估和改造的指导技术——接地网腐蚀缺陷诊断与性能评估技术的重要性凸现出来。
为了解决这个问题,从2000年开始,国内高校在这方面做了较多的理论研究,力图通过检测手段实现接地网扁铁运行状态诊断。文献[1]和[2]采用电磁场方法、文献[3,4,5,6,7,8,9,10]采用电路原理结合几种常见优化计算方法来解决接地网测试和支路导体腐蚀故障诊断问题。其中,文献[7,8,9,10]是本课题在研发过程中的研究成果。
本文根据课题研发中各种优化算法的研究成果结合现场实测,考虑了检测中的各个关键环节,得出了适合于现场检测和诊断的优化算法及整套系统。
1 诊断优化算法
1.1 接地网腐蚀缺陷诊断模型
接地网由金属导体焊接而成,在工频或直流电流的作用下,可以忽略其电感和电容的影响,等效为纯电阻线性网络,因而可以将接地网腐蚀缺陷诊断这一工程物理问题转化为电网络的参数辨识问题进行分析和研究。
将可以量测的接地引下线节点定义为可及节点,考虑到节点到电源间的引线电阻可能造成的影响,一般选择电流源作为激励源,图1为接地网腐蚀缺陷诊断测量示意图。接地网腐蚀诊断的基本方法就是通过接地网在一些直流电流激励条件下的可及节点之间的电压测量值,根据接地网的拓扑结构应用适当的计算方法,求出接地网各条导体的实际电阻值。研究结果表明,支路电阻的增大可以反映其被腐蚀情况,因此可以根据实际值与设计值的比值大小来判断导体腐蚀或断裂情况,即诊断出了接地网各条支路的实际电阻值,也就得到了反映接地网腐蚀情况的诊断结果。
根据电路理论,电路元件参数的变化会引起电路响应参数的变化,当元件参数的变化量很小的时候,可以把电路响应参数的变化量近似表示成元件参数的变化量及响应参数对各个元件参数灵敏度的线性关系。
腐蚀接地网中,各条支路的电阻为R'i(i=1,2,…,b),测量端口电压的测量值为V'mn,对应的没有被腐蚀的原始接地网的电阻为Ri,仿真计算得到的测量电压为Vmn。那么腐蚀前后测量电压的变化量为ΔVmn=V'mn-Vmn,V'mn对各条支路电阻的灵敏度为,电压变化量ΔVmn和电阻变化量ΔRi=R'i-Ri之间可以表示成如下的形式:
按照同样的方法,在一次激励时,测量多个端口的电压,并多次更换激励端口的位置。例如更换L次激励,第j次激励的测量端口为m1n1,m2n2,…,mαjnαj,如此可以得到线性的诊断模型:
当测量数据足够多时,方程组(2)是一个超定的线性方程组,写成矩阵形式为:
ΔR是方程组(3)的最小二乘解:min‖SΔR-ΔV‖2,解的表达式如下:
然而当接地网结构中存在不可测支路(模糊支路)时,灵敏度矩阵S列向量线性相关,那么最小二乘解式(4)中方阵STS奇异,逆(STS)-1不存在,此时求解式(3)是比较困难的。
1.2 可测性分析
图2为一个变电站接地网的拓扑结构图,图2(a)中黑色实心圆点为可及节点,空心的为不可及节点。由于无法在不可及节点上施加电源激励或者测量其电压,所以造成网络中可能存在不可测支路。对于不可测支路,无论何种诊断算法都无法得到确切的结果。一般来说,在求解参数辨识问题之前,必须进行可测性分析,找出不可测支路和模糊组。在每一个模糊组中选取一个元件作为基变量,剩下所有非基变量对应的灵敏度矩阵是满秩的,这样就可以利用式(4)进行计算。
本文在文献[11]的基础上进行了改进,采用灵敏度矩阵列向量的相关性分析方法,实现了一定测量方案下的测量可测性分析。对由一定测量方案下得到的灵敏度矩阵S进行Gauss-Jordan消去,转换为行最简阶梯型矩阵形式,然后得到S的有理型零空间Z,即S的有理型基础解系Z:
这样Z的列数就是模糊组数,Z每一列对应一个模糊组,非零元对应的支路电阻即为该模糊组中的不可测支路。在测量方案完备时,对图2(a)进行可测性分析,得到图2(b)的结果,其中每一个虚线框内的支路构成一个模糊组,用粗线电阻表示,可以看出这个网络结构中存在3个模糊组,16条不可测支路。采用分层约简的网络拓扑分析方法也可以得到同样的结论。
1.3 不可测支路参考解的增广线性模型
对于不可测支路,本文根据接地网导体的腐蚀特性,在1.1节线性模型基础上提出了增广线性模型,给出符合腐蚀情况的参考解,这对于实际诊断工作具有指导意义。
土壤电阻率、pH值、含水量和含盐量是导致接地网导体腐蚀的主要因素[12]。埋在土壤中的接地网导体,其表面的不同部位因接触土壤介质的理化性质的不同而形成了不同的电极电位,通过土壤介质构成回路,形成腐蚀电池。所以接地导体的腐蚀主要表现为局部腐蚀。土壤性质相近的区域,接地导体的腐蚀程度也相近。从变电站以往实际开挖的情况看,腐蚀状况也非常符合这个结论。
按照这个结论,我们可以得知连接在同一个节点上的几条支路应该具有相近的腐蚀程度,即电阻增大的倍数相近。对于节点k,连接有bk条支路,其中不可测支路有bka(bka>0)条,那么反映这些支路电阻增大倍数相近程度的指标——标准差为:
我们希望该节点k的标准差sk尽量小,为了方便计算,保持与式(3)相同的形式,把式(6)转化为线性方程组的最小二乘模型:
式(7)是由bka个线性方程组成的方程组,第i个方程反映了Rki腐蚀倍数与平均腐蚀倍数的差:
这个方程中ΔRki的系数可以看作是ski对Rki的灵敏度:
其他支路ΔRkj(j=1,2…bka|j≠i)的系数同样可以看作是Ski对Rkj(j≠i)的灵敏度:
按照同样的方法,对所有连接有不可测支路的节点均列出与式(7)类似的方程组,共同组成反映腐蚀特性的线性方程组:
式(11)和式(3)共同构成了考虑腐蚀特性的增广线性模型:
1.4 接地网参数评估算法步骤
接地网腐蚀缺陷诊断模型方程组(3)SΔR=ΔV中,灵敏度矩阵S的初次形成是由原始设计标称值求出的。但是当ΔR较大时,ΔR和ΔV不再是线性关系,所以第一次利用最小二乘方法求解得到的ΔR仅仅是一个近似解。为了求出R的真实故障值,必须进行迭代计算,整个算法流程如下:
(1)按照测量方案对接地网进行测量,得到测量数据。
(2)采用1.2节介绍的方法,对接地网进行可测性分析,找出不可测支路和模糊组。
(3)迭代开始时,令(i=1,2,…,b),计算在各个激励作用下,各个测量端口的电压对各条支路电阻的灵敏度,建立灵敏度矩阵S。通过电路仿真计算可以得到网络在非故障状态时各个测量端口的电压,与故障状态时的测量电压的变化量为ΔVmn=V'mn-Vmn,由此可以得到电压变化量ΔV。
(4)使用线性最小二乘优化方法解超定方程组,得。若,转(5),否则,令,利用更新过的重新计算,并对灵敏度矩阵S及电压变化量ΔV进行更新,转(4)。
(5)故障网各条支路电阻值为,所有可测支路均被诊断完成。
(6)把所有可测支路作为已知量,所有不可测支路为未知量,采用1.3节提出的增广线性模型式(12),重新应用类似于步骤(4)的迭代计算,得到不可测支路最符合腐蚀特性的参考解。
(7)综合整个接地网支路的腐蚀状态,仿真计算跨步电压、接触电势和地网电位分布,对接地网进行评估。
其中,步骤(4)迭代公式中的λ<1为步长因子,λ越大迭代速度越快,稳定性越差,容易使迭代发散,但是过小的λ使迭代速度慢,诊断时间长。本文采用文献[13]介绍的基于沃尔夫(Wolfe)准则的不精确线性搜索策略,计算每步迭代中的步长因子λ,同时兼顾稳定性和收敛速度。
2 接地网缺陷诊断关键技术
2.1 接地网结构的图形输入技术
在进行接地网腐蚀缺陷诊断之前,要先将网络拓扑结构输入到电脑中,有数值输入和图形输入两种方式。数值输入可以采用电路中的关联矩阵输入方式,也可以采用指定支路首末节点输入方式,这类方式便于进行诊断计算,但是很不直观。
2.2 测试方案优化选取
在诊断算法模型中,测量方案决定了方程组的表达形式,而且会影响灵敏度矩阵的性态,灵敏度矩阵的条件数越大,线性超定诊断方程组解的稳定性就越差;由1.2节的可测性分析方法可知,支路的可测性取决于测量方案是否完备,完备的测量方案,应该能够充分利用所有能够得到的信息,使得在理想状况下所有的可测支路都能够被正确诊断;为了现场测量方便,一般情况下我们希望电流源激励的端口尽可能少移动,因为换线是整个测量过程中最费时间、最麻烦的工作,而且在线很长的情况下,频繁换线容易使激励线和测量线缠绕在一起,给现场测量工作带来很大的麻烦。
所以测量方案的选择非常重要,要综合考虑灵敏度矩阵的条件数、测量方案的完备性和现场测量的工作量。对于小型变电站,由于接线距离不会太远,所以主要考虑灵敏度因素的影响;对于大型变电站,本文采用分区测量方法,一般将变电站按不同的电压等级进行分区,把每一个分区看作一个独立的小型变电站进行测量。
2.3 大型接地网的分区诊断算法
对于一个支路较多,节点较多的大型接地网,如果仍然采用全参数辨识的方法,则因为方程数多,可能导致运算时间达到无法接受的地步,诊断的时间随着接地网规模的增大呈现非线性增长,因此有必要采取有效措施降低诊断未知量的规模。
为了降低诊断模型的规模,引入网络撕裂的思想,将大型变电站按照电压等级区域进行划分,撕裂成几个较小的子网络,如图3所示。我们将一个较大规模的子网分成以下两类子网络和自由支路的集合。
(1) A类子网:保持原来网络结构、参数均不变。
(2) B类子网:将原网络等效为一个新的简单的网络,该子网络节点除与其他子网相连的外节点外,内部节点全部消去,将全部支路等效为外节点两两节点之间的支路。
(3)自由支路:两个端点全部是撕裂节点的支路。
将较大规模的子网划分成几个子网络和几条自由支路的集合,对新的网络进行全参数故障诊断,由于B类网络消去了内部所有的节点,支路也全部等效为外节点两两节点之间的支路,大大减少了节点数目和支路数目。
在子网络等效算法中,设需要等效的子网的节点导纳矩阵为Y,节点电压向量为V,节点电流注入向量为I,则该子网络节点电压方程为:YV=I。由于被等效子网内部不含电流源,所有电流注入均为通过外节点由其他子网络注入。在此情况下,我们对子网的节点编号重排,将n个外节点排在前面,它们的电流注入向量为I1,对应的电压向量为V1,则节点电压方程可以表示为:
从而有:
因此,该子网的等效网络的节点不定导纳矩阵为:
在实际诊断中,工作人员只需指定撕裂节点,诊断软件系统将实现自动撕裂和子网络等效算法。
2.4 缺陷诊断系统的数据采集问题
为了提高测量效率,本系统采用单次直流大电流激励,同时自动采集8路电压信号作为测试信号。为了提高测试精度,本系统采用短时电压信号循环测试的方法,如果某电压信号多次测试数据的二范数比较小,而且电压信号有一定的幅值,则用其平均值作为该次激励下的一个电压测试数据,否则系统将报警,指出该次激励下的某电压信号可能存在粗大误差现象,便于进行线路检查。
当然,为了取得足够高的电压信号,可以使用两个以上的电源同时进行激励,称之为叠加激励,叠加激励的激励位置可以在提高测试信号强度的前提下任意设置。叠加激励会显著提高地网电压信号的强度,从而提高了接地网支路的诊断结果。
另外,为了减小测量的系统误差和观测误差,每次测量均采用不同电流的正、负电源交替激励,然后对测量电压进行线性拟合,可以大大提高测量精度。
3 现场检测诊断系统及实现
根据接地网腐蚀缺陷诊断评估的基本思想,实用的诊断系统由两部分构成:数据测量硬件装置和诊断评估软件,如图4所示。
3.1 硬件部分
硬件部分包括电源装置、滤波装置、自动采集装置、后台PC机,其中电源装置、滤波装置和自动采集装置统称为地网缺陷测试仪。
(1)电源装置:将220 V工频交流电源手动可转换为-100 A～+100 A的直流信号,电源功率为1 000 W。
(2)滤波装置:对电源装置出来的直流信号进行LC滤波。
(3)自动采集装置:在直流激励加载时,自动循环采集现场接地网的8路电压信号和激励电流信号,然后进行直线拟和后将拟和信号通过传口线传输给上位机软件系统。
(4)后台PC机:运行后台管理和分析软件
3.2 软件部分
软件部分包括采集装置的运行软件和上位机输入、分析、管理软件。
(1)自动数据采集装置运行软件:单片机汇编系统软件实时循环采集电压信号和大电流电流信号,保证了测试数据的精确性。当数据采集时,实时将采集得到的数据与上次采集数据进行比较、计算、拟和处理,待数据稳定后将拟和数据传送给上位机软件系统。
(2)上位机输入、分析、管理软件:上位机输入是指开发出专用CAD软件进行接地网的图形输入。上位机还通过MATLAB分析算法软件完成测试方案的生成、可测性分析,以及测试数据的输出、接地网支路诊断评估等任务。
4 结语
本文提出的接地网缺陷诊断评估系统,使用CAD输入方法进行初始接地网图形的录入,具有简单、快捷的特点。基于测试可测性,网络拓扑分析的接地网腐蚀故障诊断评估方法科学性强,适用于进行各种电压等级下的变电站接地网状态评估。
摘要：介绍一种自主研发的实用接地网腐蚀缺陷诊断评估系统,其硬件采集分析系统实现了自动采集、粗大误差报警及8路测试信号半双工传输等功能;软件诊断与评估系统的核心为诊断评估算法,实现了地网图形输入、可测性分析、测试方案优化选择、撕裂分块诊断和地网参数评估等功能。
腐蚀故障诊断 篇5
近年来，大型汽轮发电机由于部件发热引起结构件严重变形，危及机组安全运行的情况时有发生，其中，定子内冷水系统的堵水、断水及漏水事故最为突出。这些故障都会导致发电机局部过热，不仅造成定子绕组的损坏，有的还波及到定子铁芯，损失严重。因此，国家电网颁布实施的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》[1]中明确要求“防止定、转子水路堵塞、漏水”。
1 珠海金湾发电公司3号机线棒堵塞故障
广东珠海金湾发电公司3号发电机系上海电气电站设备公司上海发电机厂2006年制造的QFSN-600-2型600 MW水氢氢型汽轮发电机，定子冷却水系统由2台100%容量、最大出力130 m3/h定冷水泵，2台冷却器，2台过滤器，1个2.7 m3水箱，1台离子交换器与发电机定子线圈等组成。
2007年2月18日机组正式投入运行，经过3年的运行，定冷水入口压力呈缓慢上升趋势，且发电机定子槽内10号上下层线圈层间温度逐渐偏高，与其他层间41个温度测点的温差慢慢增大至3.22℃报警(报警值为2.68℃，跳闸值为3.48℃)。在1次临时停机检修时，对发电机层间测温元件进行校验，确认测温元件正常后，通过定冷水系统的正反冲洗及过滤器的滤芯更换，试图消除缺陷，但均未获得成效。因此，断定为定子线棒堵塞。
2 原因分析
2.1 定子线棒的结构
定子线圈是由实心股线和空心导线交叉组成，空心导线的孔截面积约为1.2 mm×4 mm，空实心铜线之比为1∶2，均包有玻璃丝绝缘层。上层线棒的导电截面积比下层的要大:上层由4排、每排5组空实股线组成，下层为4排4组(见图1)。槽内股线间进行了540°罗贝尔空换位。线棒的空实心股线均用中频加热钎焊在两端的接头水盒内，而钎焊在水盒上的水盒盖则焊有反磁不锈钢水接头，用作冷却水进出线棒内水支路的接口。
2.2 滤网中的沉积物
2010年10月1日对3号发电机的临检中发现定冷水系统中的锥形滤网上有少量的深色沉积物填塞在滤网的孔中(见图2)。因为锥形滤网的孔眼较大(约为2 mm)，因此，沉积物部分已进入定子线棒中。从锥形滤网中取出的沉积物呈泥絮状，有较强黏性，若进入定子线棒内部，极易附着在空心导线的内壁中。再将定冷水泵出口过滤器的滤芯取出，发现滤芯上也有深色附着物(见图3)。将沉积物送至广东电力科学研究院通过X—荧光能谱分析化验后，发现其主要成分是CuO(约80%)和Fe2O3(约18%)及微量的有机物。
2.3 Cu O的来源
a)由于定冷水系统的正常补水由除盐水系统或凝补水系统供给，除盐水作为冷却水源的优点是水质纯净、含盐量低、内冷水系统电导率小。不足之处是除盐水系统及凝结水系统式开放式运行，除盐水箱及凝补水箱中的水与大气直接接触，空气中的02,CO2等进入内冷水中，使内冷水成为含02的微酸性水，pH值长期小于7.4，对空心铜导线有强烈的侵蚀性;
b)发电机停机检修期间，定子水停运放空后定子线棒存在积水未充分吹干，金属表面潮湿，与空气中的CO2及02充分接触起氧化反应，该状态若持续时间过长，将对定子线棒总成严重地停备腐蚀。因此，每次停机检修完后进行反冲洗时，在第一次冲洗完后总会在定冷水箱回水侧加装的临时滤网中发现1层深色沉积物;
c)发电机空心铜导线为T2纯铜，其化学稳定性较好，在一般情况下腐蚀速度较低，且均匀腐蚀，在线棒表面形成1层保护膜。由于发电机正常运行中，H2会从连接汇水管和线棒水接头绝缘引水管的管壁渗透至定冷水中。而H2有较强的还原性，会将线棒表面的CuO还原成单质Cu，破坏保护膜，加剧线棒的腐蚀。
2.4 定子线棒堵塞的原因
a)氧化物有较强的附着性，若空心线棒中出现了不均匀腐蚀产生的坑道，腐蚀氧化物则易于在此附着沉积;
b)因为3号机的定冷水p H长期小于7.4，在该工况下CuO的溶解度随温度的升高而降低，加速CuO沉积结垢，因此，在线棒温度偏高的部位腐蚀产物更容易沉积，且温度也会随之升高，如此一来便会形成恶性循环;
c)定冷水中H2还原出来的单质Cu是亚微米级的，而定冷水过滤器的滤芯的孔径为6μm，故无法被全部滤掉，离子交换器的混床亦无法吸附去除单质Cu，因此，单质Cu在系统内的管道、滤网及线棒中不断沉积;
d)CuO为顺磁物质，在发电机端部磁场力不均匀的地方，即线棒端部，受强磁场力的作用，氧化物易聚集成团，沉积下来。
3 故障消除
3.1 对定冷水系统进行化学清洗
停机后先对定冷水回路进行常规正、反冲洗，去除定冷水系统中的部分沉积物和异物;再对定冷水回路进行碱洗，去除系统中油性杂质、有机物;然后进行酸洗，去除系统中Cu的腐蚀沉积物;最后漂洗钝化，清除系统中的酸残存液，并在定子线棒表面形成钝化膜[2]。
3.2 清洗效果
对发电机的定冷水系统管路进行清洗后，定冷水在额定流量(105 t/h)下的进水压力由0.41 MPa降至0.34MPa，进出水压差由0.32 MPa降至0.27 MPa。
3.3 效果验证
为避免出现重复启停机的情况，因此，利用短路试验进一步验证定冷水系统化学清洗的效果。当发电机定子电流升至额定(19 148 A)时，各线棒层间温度的最大温差为2.03℃，比清洗前已有明显改善。说明该次3号发电机定冷水系统清洗已达到预期效果，故障已消除。
4 结语
通过线棒堵塞故障的分析处理了解到，在机组运行中应密切关注定冷水系统的工况，设法控制p H值在7.5～9.0范围内(25℃)，并降低水中的含氧量以降低对定子线棒的腐蚀。在停机检修时应尽量将线棒中的水分吹干并减少空心导线暴露在潮湿空气中的时间，检修工作结束后严格执行定子线棒的反冲洗制度，对定子线棒进行流量试验，必要时用内窥镜检查线棒内部腐蚀产物沉积情况，提前发现沉积堵塞问题，及时安排定冷水系统的化学清洗，有效地防治因定子线棒堵塞导致的发电机绝缘事故。
摘要：大型汽轮发电机定子线棒的堵塞是水内冷汽轮发电机定子常见的故障之一。叙述了600 MW水氢氢汽轮发电机定子线棒堵塞的故障原因,提出,消除故障的措施。
关键词：汽轮发电机,定子线棒,温度,堵塞
参考文献
[1]国家电力公司.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求[EB/OL].[2010-08-02].http://ishare.iask.sina.com.cn/f/9037434.html.
矿灯故障诊断仪原理及故障诊断 篇6
电路板检测:电路板是矿灯检测故障诊断仪的核心部件, 采用集成电路、模块化调计、高速运算数据, 比对数据结果提示, 部分常见故障都能根据提示, 快速便捷的判断出问题和症结所在。
电池充电检测:电池乃是矿灯的动力之源, 电池出了问题, 将影响到整台仪器的使用时间及检测性能;该设备可诊断仪器能否正常充电, 并能准确显示充电电压和充电电流;自动调节充电电流, 为了适应不同型号的矿灯接口使用, 专门设计了万能充电座, 可适用于大部分矿灯的检测。
智能放电检测:通过电脑软件, 精确的判断出电池的精确放电时间, 给矿灯的动力之源——电池开出准确的诊断单, 当充电时间符合规定或充电电压达到额定值, 将自动发出指令, 停止充电, 当过充时会自动释放电压, 不损坏电池、发达到延长电池使用寿命的目的。
工作时间检测:利用光敏原理, 对点亮的矿灯的工作时间进行计时, 以判断矿灯是否超工作时间使用, 是否欠电压和电流, 是否符合充电要求。
光照度检测:结合标准装置、标准照度对矿灯的照度进行量化, 从充电时间、使用时间以及亮度上来检测是否符合要求。
2 主要功能与工作原理
2.1 主要功能
1) 能向各种被检测矿灯提供安全充电电流, 在矿灯充电状态下测量矿灯的充电电压、电流、充电截止电压、以确定仪器的充电是否正常;
2) 能精确显示矿灯所使用电池的充电时间、放电时间、放电电流、充电电流、截止电压、放电曲线等;
3) 配有照度计及标准暗箱, 可精确检测矿灯的标准照度, 测试标准照度、理论照度、实际照度的差值并形成坐标图;
4) 特配有高精度万用表, 以用于矿灯电路板电流、电压、阻值、容量、可控硅问题的简易检测;
5) 通过各功能模块的单独或组合使用, 可实现不同型号矿灯的不同功能的检测。
2.2 基本原理
该诊断仪采用单片机控制, 数字表头显示, 精确显示矿灯的充电电压、电流、充电时间;精确显示工作时间;放电电压、电流、放电曲线等各项参数。同时充电供电具有稳压、安全的特点、以保证被检测矿灯的安全。该设备基本原理图如下:
仪器主面板示意图如下:
首先将诊断仪专用电源线连接至仪器后部电源接口, 将电源线另一端插入220V电源插座, 打开总电源开关, 整个仪器即进入工作状态。
充电检测:待诊断仪进入工作状态后, 可将矿灯插入充电座1或充电座2, 稍等片刻, 矿灯即进入充电状态, 此时充电座下方的电压电流表会显示初始读数, 待充电结束后, 读数会显示出到仪表上, 结合充电时间指示, 即可判断矿灯充电是否正常, (充电时间标准为2小时快充或6小时慢充, 无论是快充和慢充时间都不能低于2小时, 否则检测出的数据会有偏差)
电池放电检测:本模块可同时进行2路电池的放电检测。首先要将诊断仪通过电脑通讯连线, 将数据线连接至电脑, 打开附带的电池容量测试软件, 才能进行此功能。然后将放电电池组的正极引线与放电检测模块引出线的红色鳄鱼夹连接, 负极引线与模块引出线的黑色鳄鱼夹连接。
使用过程中, 如果只用其中一路进行放电检测, 则另一路接口最好不要插带鳄鱼夹的连接线, 如果非要接的话, 也要把闲置不用的一路的2个鳄鱼夹夹在一起进行短接, 以防对另一路的放电检测产生干扰。
检测时, 电脑显示屏会显示放电检测过程, 电池充电电压、电流数值会逐渐下降, 直至为零, 期间偶尔会有波动, 属正常现象, 同时会产生3条放电曲线, 横坐标为时间, 纵坐标分别为电流、电压、电池容量值的下降趋势曲线图。
工作时间检测:
此功能是光感应原理, 利用光敏元件, 结合单机片, 对矿灯的工作时间进行智能监控。
1) 打开此模块的开关, 将矿灯拧亮后卡进检测孔, 此时计时装置即开始计时, 矿灯持续点亮, 监测模块的光敏元件开始采集光信号, 并同步将光信号转换为电压, 照度越强, 电压输出越高, 反之, 照度越弱, 电压越小。而标准的光照度输出电压则持续不变, 通过收集高低不同的电压值, 再与标准的电压值相比就会形成差压, 电脑通过分析差压的波动曲线以得出矿灯的工作时间;
2) 待矿灯亮度低于国家要求的标准后, 计时灯珠仍然发光, 计时装置也会停止计时, 电脑屏幕提示检测完毕, 显示出可用工作时间, 同时液晶屏幕持续闪烁, 以提醒工作人员记录此工作时间。
电路检测:电路检测一方面是通过内置的集成模块内部计算实现快速自诊断功能, 主要包含开机自诊、短路自诊、过负荷自诊、过电流自诊、电源容量自诊等, 当出现上述故障外, 电脑屏幕上会发出相应的提示图例和明显的声音。另一方面通过诊断仪上配置的高性能万用表, 可以对矿灯的电路板常见故障进行检测, 如电阻、接地、导通等进行手工检测, 以排除简易故障。
光照度检测:将检测光照度的圆孔彼此进行连接, 按照指示, 一端卡入矿灯灯头, 一端放进标准照度计, 将矿灯拧至强光档, 此时照度计显示的数值即是按照标准上计量的距离1米处的光照度, 这个光照度值会由数据采集器进行收集, 并将光信号转化为电信号进行储存, 然后实时监测的光照度也转化为电信号, 两个电信号比较后形成微弱的电压差值, 此电压差值通过计算机处理显示在电脑屏幕上, 结合说明书或相关标准进行判断, 矿灯的光照度是否符合要求。
参考文献
[1]艾学忠, 金炳涛.具有安全监管的锂电池矿灯智能充电技术的研究[J].化工自动化及仪表, 2010 (2) .