交流高壓異步電動機故障實例分析與預(yù)防

孫晉志

（華電國際電力股份有限公司十里泉發(fā)電廠，山東棗莊277103）

0 引言

火電企業(yè)三大主機配套大量多種類型的輔機設(shè)備，無論是汽輪機輔機凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵還是鍋爐輔機磨煤機、一次風(fēng)機，亦或是發(fā)電機密封油泵、內(nèi)冷水泵等設(shè)備，都需要有電動機作為動力進行驅(qū)動，運行期間如發(fā)生電動機故障跳閘必然造成主機設(shè)備運行參數(shù)波動，極易導(dǎo)致降出力甚至機組非停等問題的出現(xiàn)。因此，如何對作為動力的電動機尤其是高壓電動機進行運行維護，在降低故障發(fā)生率的同時確保設(shè)備缺陷可控在控，對保障負載設(shè)備及主機安全運行都有著重要意義。

1 交流高壓異步電動機故障原因及預(yù)防

交流高壓異步電動機常見故障如軸承損壞、繞組積灰、受潮、老化、缺相/不平衡運行等最終會發(fā)展為絕緣損壞擊穿、電動機跳閘事件。不同的絕緣異常發(fā)生位置將使電動機最終以相間、匝間或?qū)Φ亟^緣擊穿等形式發(fā)生故障，而從故障原因進行分類，則電動機故障可簡單分為以下兩類：（1）因軸承損壞、負載過大、斷相/不平衡運行等使電動機出現(xiàn)長啟動、過負荷、堵轉(zhuǎn)過流等工況進而電流異常增加，或因啟停頻繁、冷卻裝置通風(fēng)散熱不良等使電動機在溫度過高的工況下長期運行，均會使電動機絕緣加速老化進而擊穿；（2）因槽楔松動脫落、落入金屬異物、絕緣磨損、積灰進水受潮、過電壓等使得電動機內(nèi)部在運行中尤其是啟動瞬間發(fā)生爬電閃絡(luò)、絕緣擊穿。機械類原因?qū)е碌碾妱訖C故障，通常會使電動機的運行工況呈現(xiàn)不斷惡化的情況，振動、溫度、聲音、電流等參數(shù)變化以及諧波、超聲波等監(jiān)測手段均能為判定故障原因進而處理提供很好的依據(jù)。而電氣類原因?qū)е碌碾妱訖C故障，因故障發(fā)生較快，不便于在日常巡檢維護過程中發(fā)現(xiàn)，主要依靠電動機保護裝置中各類定值的合理設(shè)定、裝置的可靠性和電氣預(yù)防性試驗等手段加以防范。但類似電動機內(nèi)部構(gòu)件如轉(zhuǎn)子風(fēng)扇平衡片脫落或定子繞組端部磨損松動造成的電動機燒損情況，因其潛伏性較強，運行中不易判斷，一旦發(fā)生電動機極易瞬間燒損，為此需要在檢修時加強檢查，必要時可對上述內(nèi)部構(gòu)件實施焊補、對繞組端部采取綁扎并涂刷環(huán)氧樹脂等緊固措施，確保在一個大修間隔內(nèi)不至發(fā)生松動。

2 交流高壓異步電動機故障實例分析

2.1 案例一：交流高壓異步電動機異常（振動、溫度、聲音）運行

事件經(jīng)過：2016年12月5日，某廠檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)#5爐甲吸風(fēng)機電機運行中負荷側(cè)軸承有異音并且振動值超標，測量其溫度在運行電流相近的工況下較該機組乙吸風(fēng)機電機負荷側(cè)軸承高出近30℃，水平方向振動值在16～23絲之間竄動（該電機為6極電機，標準值要求為10絲），并且軸承有明顯的“哽哽”聲，負荷側(cè)軸承端蓋下方有潤滑脂溢出，油脂中有黃色粉末，用手指捏試溢出的潤滑脂有明顯的發(fā)澀感覺，初步判斷軸承保持架已出現(xiàn)磨損。解體后檢查發(fā)現(xiàn)#5爐甲吸風(fēng)機電機負荷側(cè)滾柱軸承（型號NU1044）上的潤滑油脂發(fā)黑，并且油脂內(nèi)有保持架磨損后產(chǎn)生的銅粉末；進一步解體發(fā)現(xiàn)電機負荷側(cè)滾柱軸承（型號NU1044)保持架損壞，部分滾柱已經(jīng)脫落（圖1）。隨即更換備品軸承并復(fù)裝就位，經(jīng)品質(zhì)再鑒定和功能再鑒定合格后恢復(fù)正常運行。

原因分析：該電機2016年3月因運行中負荷側(cè)軸承溫度偏高、振動大，結(jié)合小修更換了備品電機，備品電機軸承使用的是經(jīng)驗收過的進口SKF軸承，測量軸承間隙符合標準，投運后共運行不到9個月。分析電機軸承保持架磨損的原因，是近期負載側(cè)風(fēng)機運行過程中振動值較大，風(fēng)機振動大加速了軸承的磨損，造成軸承間隙超標、保持架磨損損壞。

預(yù)防措施：對機械部分長期處在異常運行狀態(tài)（如振動超標、竄軸等）的設(shè)備，加強巡檢、維護的同時，適當縮短檢修周期，以便及時發(fā)現(xiàn)和消除設(shè)備隱患，避免缺陷擴大導(dǎo)致電機燒損；同時，在電機大修和更換軸承時測量軸承間隙，確保各參數(shù)符合檢修規(guī)程標準要求。

圖1 負荷側(cè)滾柱軸承磨損情況

2.2 案例二：頻繁啟停導(dǎo)致的交流高壓異步電動機燒損

事件經(jīng)過：2015-01-17T06：34，某廠#7爐A磨煤機A電機啟動后即跳閘，運行人員在就地發(fā)現(xiàn)電機接線盒處冒煙，檢查電動機綜合保護裝置“速斷保護”動作，聯(lián)系檢修人員現(xiàn)場檢查電機底部有明顯放電痕跡，立即更換備品電機，經(jīng)試轉(zhuǎn)正常后恢復(fù)運行。故障電機解體檢查發(fā)現(xiàn)端部引線相間短路、引線燒斷（圖2）。

原因分析：該機組采用的是鋼球磨煤機中儲式制粉系統(tǒng)，與送風(fēng)機、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等不同，機組運行中磨煤機需要配合粉倉內(nèi)粉位頻繁啟停；查閱設(shè)備臺賬，該電機1994年出廠，2003年9月更換F級絕緣定子線圈，2013年10月跟隨機組大修，更換F級絕緣后運行不足12年（該廠同期投運磨煤機電機亦曾有多臺在運行約十年后發(fā)生類似情況，而同期投運的送風(fēng)機電機、凝結(jié)水泵電機等設(shè)備并無此問題）。分析#7爐A磨煤機A電機燒損是因端部引線在頻繁啟停的運行工況下受振動產(chǎn)生了金屬疲勞、絕緣磨損，同時故障前最近一次啟動過程中絕緣薄弱處在大電流沖擊下發(fā)生擊穿，B、C相間短路、端部引線燒斷，故障電流達到速斷保護高值動作、開關(guān)跳閘。

圖2 電動機定子端部引線燒損情況

預(yù)防措施：加強設(shè)備壽命管理，針對此類頻繁啟停的重載電機建立壽命管理報警系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)備投運年限逐漸縮短電機大修間隔，通過電氣交、直流耐壓試驗及解體檢查等方式判斷電機老化情況，將其定子線圈更換時間縮短（上述類型中儲式制粉系統(tǒng)磨煤機電機建議控制到十年以內(nèi)，直吹式制粉系統(tǒng)磨煤機電機及送風(fēng)機電機等設(shè)備可根據(jù)絕緣材料的等級及長期運行的溫度、電流等工況適當延長，但不建議超過絕緣材料正常使用壽命）。

3 結(jié)語

高壓電動機運行過程中可能因機械、電氣等各方面原因發(fā)生故障，除案例中提到的措施，及通過增加變頻器、永磁調(diào)速、軟啟動等裝置的方式降低電動機啟動電流、減小振動或加強通風(fēng)散熱等外部手段，還應(yīng)做好以下幾點基礎(chǔ)工作的管控：（1）新到貨及大修后的電動機按照電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準和電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程要求進行交接預(yù)試結(jié)果合格；（2）做好軸承及潤滑脂備品的選購、驗收、安裝等過程管控，解體檢查電動機軸承、潤滑脂及線圈絕緣等情況良好；（3）電動機安裝時基礎(chǔ)制作平整，電動機聯(lián)軸器同心度校正合格，各部件檢查緊固；（4）運行期間嚴格控制設(shè)備冷熱態(tài)啟停次數(shù)及運行電流，減輕絕緣因啟動沖擊磨損和過熱老化的程度；（5）建立滾動軸承電動機潤滑脂添加及排出工作臺賬記錄，執(zhí)行好潤滑脂定期更換工作；（6）嚴格按照周期對保護裝置進行校驗，認真核算保護定值并執(zhí)行壽命管理，確保裝置可靠性。