ICS29.160.01

CCSK20

團體標準

T/CMIFXXXX—20XX

電機遠程運維

第2部分：故障診斷模型要求

Remoteoperationandmaintenanceofmotorsystem—Part2:Requirementsforfault

diagnosismodel

（征求意見稿）

（本稿完成時間：2023年6月12日）

在提交反饋意見時，請將您知道的相關專利連同支持性文件一并附上。

20XX-XX-XX發布20XX-XX-XX實施

中國機械工業聯合會發布

T/CMIFXXXX—20XX

前言

本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的規定

起草。

請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發布機構不承擔識別這些專利的責任。

本文件由中國機械工業聯合會提出并歸口。

本文件起草單位：

本文件主要起草人：

本文件為首次發布。

I

T/CMIFXXXX—20XX

引言

截止去年，電機的總產量已高達到24865.9萬千瓦，這些電機設備主要使用在全國各個行業中，但

因其型號復雜，故障類型繁多，分析困難，工作人員的經驗不足，知識面有限等問題，故障的發現、診

斷和處理往往受到延誤，嚴重地影響了企業的工作進度和經濟效益，甚至可能造成重大的安全事故。

本文件將工業互聯網新型信息技術與傳統電機制造業相結合，集成規范機理模型知識與智能診斷

方法，給出了在電機工業互聯網平臺上實現該功能的指導，實現了在線監測采集和電機特征參數預處理。

本文件列出了常用的故障特征與故障模式，給出故障診斷模型建設的基本方法。電機終端用戶能獲取準

確的故障告警與有效的診斷信息，體現了遠程運維的核心價值。

本文件助力實現電機的遠程故障診斷，判斷異常狀態，定位故障部位，提供更加快速，準確，高效

的專業化診斷服務，延長電機服役期限和使用壽命，減低設備全生命周期的投資費用。切實發揮標準化

和質量工作對企業及裝備制造業的引領和支撐作用，推進電機產業數字化、智能化發展。

II

T/CMIFXXXX—20XX

電機遠程運維

第2部分：故障診斷模型要求

1范圍

本文件規定了電機行業工業互聯網平臺遠程運維故障診斷模型的一般要求、總體結構、故障特征、

故障模式和故障模式隸屬度等要求。

本文件適用于接入遠程運維系統并網運行的工業用電動機的故障診斷，其他類型電動機的遠程運

維系統參照執行。

2規范性引用文件

本文件沒有規范性引用文件。

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

故障特征faultfeature

處于某種故障模式時，能夠產生相應變化的的特征參數。

故障模式faultmode

對電機所發生的、能被觀察或測量到的故障現象的規范性描述。

故障診斷faultdiagnosis

通過故障特征判斷電機所發生的、能被觀察或測量到的故障現象的過程。

機理模型mechanismmodel

基于已知的物理、化學、生物學等原理，通過數學推導和實驗驗證，建立起來的精確數學模型。

4一般要求

故障診斷模型應以電機的電機輸入電壓、電流、軸承及電機振動信號、轉速、噪聲和電機主要部

件溫度以及環境溫度等數據作為輸入信號進行故障診斷。

故障診斷模型應滿足將電機的運行狀態分為正常，可疑、不良和危險四種狀態的需求。

采用閾值比較的故障診斷，閾值應提供智能預警閾值、普通預警閾值和緊急報警閾值，一般要求

見表1。

表1閾值的一般要求

限值范圍狀態保護決策值觸發動作

x＜智能預警閾值正常1無

智能預警閾值≤x＜普通預警閾值可疑1智能預警、1周內安排檢修。

普通預警閾值≤x＜緊急報警閾值不良1普通預警、1天內安排檢修、降電流運行。

x≥緊急報警閾值危險0保護、緊急報警

基于機理模型的方法

1

T/CMIFXXXX—20XX

4.4.1基于機理模型的方法需要被診斷系統精確的機理模型，利用機理模型計算得到輸出值，輸出值

與系統給定的閾值比較，得到故障診斷結論。

4.4.2基于機理模型的方法可根據可觀察的數據來辨識系統的動態參數，依據系統參數與模型參數的

差值來判斷系統是否出現故障。

4.4.3基于機理模型的方法可通過對系統狀態進行重構，通過長期觀察機理模型輸出值的序列，采用

統計的方法對輸出值序列分析，達到故障檢測的目的。

故障診斷模型可通過相關的經驗，基于神經網絡和模糊邏輯等方法，建立系統定性模型，來解決

復雜的故障診斷問題。

故障診斷模型可采用數據模型，通過采集系統的輸入數據，通過統計學方法，分析數據的統計特

征，建立過程數據特征模型，如小波分析和神經網絡主成分分析等

故障診斷模型的分析結果應滿足電機系統維護和維修對故障分析的細化程度。

故障診斷模型應覆蓋電機的運行環境故障、電機本體故障、電機安裝故障和檢測的參數超限四個

方面。

對電機本體故障分析模型的分析結果至少應能區分到電機定子、轉子、軸承和通風等部件。

5總體結構

電機工業互聯網平臺的故障診斷系統結構主要由設備側、邊緣側、云平臺和應用層等部分組成。

典型結構見下圖1。

圖1電機工業互聯網平臺故障診斷系統結構示意圖

平臺的故障診斷包括數據預處理、特征參數計算、故障特征確定和故障模式確定等功能模塊。

數據預處理是將可采集的數據通過機理模型計算得到故障特征需要的參數。

故障特征確定可系統根據特征參數的值，預先給定的故障閾值參數確定電機各個特征參數處于故

障特征的隸屬度，故障特征確定可以根據用戶需求用數據或圖表在平臺顯示。

故障模式確定可根據各個故障模式和各個故障特征的關系，綜合確定各個故障模式隸屬度，

2

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故障特征隸屬度和故障模式隸屬度的輸出，是云平臺根據用戶需求用數據或圖表顯示故障特征隸

屬度和故障模式隸屬度。

系統模型參數設定是云平臺根據機理模型和數據分析成果，給出預處理模型參數、特征參數的計

算模型參數、故障特征及其閾值參數、故障模式和故障特征的關系模型等。

云網關負責邊緣側和云平臺的通訊，把云平臺需要的邊緣側的特征參數和邊緣側計算結果上傳到

平臺，接收云平臺下發的閾值參數等相關參數。

平臺層包括系統模型參數設定、電機身份信息錄入，相關的故障分析和故障模型的計算等。

應用層包括預置信息錄入、故障特征隸屬度和故障模式隸屬度的輸出等功能。

6故障特征

電機的故障特征信號包含電壓、電流、振動、溫度、軸電壓、噪聲、轉速和環境等遠程運維系統

檢測的信號，和某個標準進行比較后，得到符合某個特征的信號。

電機故障特征信號包含遠程運維系統檢測的信號經過機理模型運算得到的數據和某個標準進行比

較后，得到符合某個特征的信號。

電機故障特征信號可包含遠程運維系統檢測的信號和機理模型運算得到的數據，經通過統計學方

法，分析數據的統計特征后得到的數據和某個標準進行比較后，得到符合某個特征的信號。

根據電機在線監測可采集的電機運行參數和常見機理模型計算參數，電機故障診斷常見的故障特

征見表2。

表2電機常見故障特征

序號故障特征序號故障特征

1各個電壓有效值過大19電流的諧波含量過大

2各個電壓有效值過小20電流頻譜中某個頻率的幅值過大

3各個電壓有效值為零21振動速度的有效值過大

4各個電壓的頻率過大22振動頻譜中某個頻率的幅值過大

5各個電壓的頻率過小23各點溫度/溫升過大

6電壓的不平衡度過大24絕緣系統熱壽命時間過大

7電壓的負序與正序之比過大25軸承運轉壽命時間過大

8電壓諧波含量過大26軸承潤滑油更新后運行時間過大

9電壓頻譜中某個頻率的幅值過大27累計運行時間過大

10電流有效值過大28給定周期的溫度變化率過大

11電流有效值過小29給定周期的振動變化率過大

121個電流有效值為零30轉速過大

13電流頻率過大31有功功率過大

14電流頻率過小32功率因數過小

15電流有效值與峰峰值之比過大33效率過小

16電流的不平衡度過大342個電流有效值為零

17電流的負序與正序之比過大353個電流有效值為零

18電流的零序與正序之比過大

電機故障特征信號可根據電機類型及參數以及建立電機運維系統的目標，適當的增加和減少。

7故障模式

電機的故障模式應包含運維系統監控參數異常故障，實現電機遠程巡檢功能

電機的故障模式按照其發生的部位宜分為不同的層級：第一層級是電機系統的主要環節；第二層

級是主要部件的組件；第三層級是具體的故障模式。

電機系統故障模式的第一層次宜分為：電機的運行環境、電機本體和電機安裝異常等

電機運行環境應按不同的運行環境類型宜分為：運行場所環境、周邊設備環境、運行的電氣環境

和運行的負載環境等方面。

電機本體應按電機的結構并結合維護保養的要求宜分為：定子、轉子、軸承和裝配等方面。

電機的安裝異常宜分為：電機安裝和負載安裝。

3

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電機系統故障模式分級樹狀結構見圖2。

圖2電機系統故障模式分級樹狀結構

電機系統常見故障模式分級結構見表3。

表3電機系統常見故障模式分級結構

一級故障二級故障三級故障四級故障

海拔過高

環境溫度高于電機允許值

運行場所環境異常

環境溫度低于電機允許值

環境濕度超出允許值

冷卻介質循環異常

潤滑油系統異常

風路堵塞

風葉碰擋板

周邊輔助設備運行異常

通風系統異常風罩損壞

風扇葉片松動

風扇葉片損壞

勵磁系統異常

電機運行環境異常電壓高于電機允許值

電壓低于電機允許值

供電頻率超出電機允許最大值

供電頻率低于電機允許最小值

電機供電電源異常

供電電壓諧波電壓因數（HVF）超標

供電電壓負序分量超標

供電電壓零序分量超標

運行電氣環境異常

供電電壓不平衡度超標

供電缺1相

供電缺2相

電機起動未完成

電氣控制裝置故障

電機接線松動

供電共模電壓超標

軟啟動部分異常

4

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一級故障二級故障三級故障四級故障

供電頻率使電機整機產生共振

電機過載運行

電機負載轉矩超過允許值

電機運行轉速超過允許值

運行負載異常

聯軸器不對中

電機負載轉矩波動過大

電機啟動過程負載過大

電機接地故障

定子繞組斷路

匝間短路故障

定子繞組異常

相間短路故障

繞組對地絕緣老化

定子異常繞組絕緣局放超標

定子片間絕緣破壞

電機接地不正常

定子鐵芯異常定子鐵芯過熱故障

定子鐵芯多點接地

定子鐵芯壓裝故障

鼠籠條斷裂

鼠籠繞組故障

端環斷裂

轉子繞組三相不平衡

轉子繞組匝間短路

轉子電阻未切除

繞線繞組故障

電刷和集電環接觸不良

轉子繞組多點接地

起動電阻不平衡

轉子異常

轉子軸彎曲

轉子不平衡

轉子軸裂紋

鐵芯壓裝故障（壓裝不緊）

電機本體異常轉子機械故障

定轉子氣隙靜態偏心

定轉子氣隙動態偏心

轉軸溫度過高（造成油脂液化）

轉子鐵芯與軸松動

軸承磨損

疲勞剝落

軸承摩擦面損傷

燒傷

電蝕

保持架故障

滾動體旋轉故障

軸承裝配不良

外環故障

軸承部分異常內環故障

軸承與轉軸配合過松（軸承走內圓）

軸承與軸承室配合過松（軸承走外圓）

軸承室異常電機軸承缺油

電機軸承油脂過多

電機軸承油脂失效（需更換油脂）

軸電流過大

軸承老化

靜態氣隙不均勻

動態氣隙不均勻

電機裝配及零部件異常裝配異常

軸向竄動（定轉子鐵心未對齊）

電機掃膛

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一級故障二級故障三級故障四級故障

電機運行電流超過允許值

運行的電參數異常

三相電流不平衡

機殼溫度過高

鐵芯溫度過高

溫度參數異常繞組溫度過高

軸承溫度超標（油脂液態流

監控參數異常失）

振動位移值超標

振動參數異常振動速度值超標

振動加速度值超標

運轉壽命過長

電機及部件壽命熱壽命

接近設計壽命

機座變形

地腳松動

電機安裝異常電機安裝異常緊固件松動

連軸器不同軸

接線松動

電機系統故障模式可根據電機類型及參數以及建立電機運維系統的目標，適當的增加和減少，但

故障模式至少分三級。

8故障模式隸屬度

一般要求

8.1.1對電機故障模式的描述可采用故障模式隸屬度表示電機處于該故障模式的程度。

8.1.2故障模式隸屬度，其值為0—1，0表示電機不處于該故障模式，1表示電機處于該故障模式。

8.1.3電機故障模式隸屬度應按電機維護和保養要求應提供智能預警閾值、普通預警閾值和緊急報警

閾值。

8.1.4故障模式隸屬度應根據閾值將電機的運行狀態分為正常，可疑、不良和危險四種狀態。

8.1.5故障模式隸屬度應由故障特征隸屬度、故障模式和故障特征的關系融合計算得到。

故障特征隸屬度

8.2.1對于在線監測得到其特征參數以及通過機理模型計算或統計分析得到的故障特征，均需要計算

故障特征的隸屬度。

8.2.2故障特征隸屬度的取值范圍為0—1，0表示不符合，1表示符合，0-1之間為有符合到不符合的

過渡區。

8.2.3故障特征隸屬度應根據故障特征的參數含義及實際情況，采用公式（1）-（6）進行計算。

8.2.4隸屬度函數中的閾值參數、模糊程度大小或過渡區域大小應根據需要進行設定。

8.2.5特征值過大的隸屬度指數變化的隸屬度函數見式（1）。

0，

()=()·········································(1)

1

2，

1?????????1????≤>????

??????????????1

式中：?????????????1

T——故障特征值；

——閾值參數（正常范圍的上限）；

——設定的隸屬度函數上限處模糊程度的大小。

1

8.2.6????特征值過大的隸屬度線性變化的隸屬度函數見式（2）。

1

????

6

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0，

()=，<+(2)

????≤????1······················································

??????????1

????????????11????，1>????≤????+1????1

?

式中：

?????????1????1

T——故障特征值；

——閾值參數（正常范圍的上限）；

——設定的隸屬度函數值從0—1的過渡區域大小。

1

8.2.7????特征值過小的隸屬度指數變化的隸屬度函數見式（3）。

1

????()

12，

()=?????????2···················································(3)

?????2

0，>2

??????????????????≤????

式中：

????????2

T——故障特征值；

——閾值參數（正常范圍的下限）；

——設定的隸屬度函數下限處模糊程度的大小。

2

8.2.8????特征值過小的隸屬度線性變化的隸屬度函數見式（4）。

2

????

1，+

()=，<22(4)

????≤????????··················································

?????2?????

????????????02????2?，????2>????≤????2

?

式中：

?????????2

T——故障特征值；

——閾值參數（正常范圍的下限）；

——設定的隸屬度函數值從0—1的過渡區域大小。

2

8.2.9????特征值為0的隸屬度指數變化的隸屬度函數見式（5）。

????2

0，0

()=·····························································(5)

????2，????≤>0

??????????????

式中：1

????????

T——故障特征值；

——設定的隸屬度函數模糊程度的大小。

8.2.10特征值為0的隸屬度線性變化的隸屬度函數見式（6）。

1

????

1，0

()，0<(6)

=????≤·······················································

?????1?????

????????????01，>????≤????1

?

式中：

?????????1

T——故障特征值；

——設定的隸屬度函數值從0—1的過渡區域大小。

????1故障模式與故障特征

8.3.1故障模式與故障特征之間存在充分條件關系和必要條件關系，在隸屬度計算時應分別進行處理。

7

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8.3.2故障特征和某故障模式之間存在充分條件關系的條件，出現該故障特征則電機處于該故障模式。

該種故障特征的出現將指向單一的故障模式。

8.3.3故障特征和故障模式之間存在必要條件關系的條件是：電機處于該故障模式則必然出現該故障

特征或者電機處于該故障模式則必然不出現該故障特征。

故障特征是故障模式的充分條件的隸屬度

8.4.1根據故障模式和故障特征的充分條件關系，可以建立故障模式與故障特征的充分條件關系表（格

式見表4）。

表4故障特征是故障模式充分條件關系表

故障特征1故障特征2…故障特征j…故障特征n

故障模式1X11X12…X1j…X1n

故障模式2X21X22…X2j…X2n

…

故障模式iXi1Xi2…Xij…Xin

…

故障模式MXM1XM2…XMj…XMn

8.4.2故障模式i和故障特征j之間存在充分條件關系時填寫計算得到的故障特征j的隸屬度值；

8.4.3故障模式i和故障特征j之間不存在充分條件關系時Xij賦值0。

8.4.4對于沒有監測的故障特征j，故障特征j對應的所有故障模式全部賦值0。

8.4.5故障特征是故障模式的充分條件的隸屬度按式（7）進行計算。

=1（1X）····························································(7)

注：對于故障模式沒有任何充分條件關系的故障特征時，n賦值0

?????????????????∏j=1?ij

式中：????????????????

——故障模式i融合了所有充分條件關系后的隸屬度；

——故障特征是故障模式充分條件關系表中故障模式相對應于故障特征的數值。

X????????????????i