聶義剛,牛永杰

(正和集團(tuán)股份有限公司，山東 東營(yíng) 257300)

電動(dòng)機(jī)是工廠最主要并且應(yīng)用最廣泛的能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，隨著各種工藝控制，環(huán)境安全等方面需求，大量的異步電動(dòng)機(jī)被用在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，生活服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。就某煉化企業(yè)，八百萬噸/年原油加工，催裂化以及其他配套裝置，其中各種電動(dòng)機(jī)總功率就是十幾萬千瓦。大大小小電機(jī)2000多臺(tái)，每年的電動(dòng)機(jī)維修費(fèi)用就是近百萬元。在企業(yè)生產(chǎn)成本中占用不小的比例。連續(xù)生產(chǎn)的裝置，因電動(dòng)機(jī)故障停機(jī)，直接影響裝置平穩(wěn)運(yùn)行，影響正常的工藝調(diào)節(jié)。特別是單機(jī)運(yùn)行的設(shè)備，譬如催化劑主風(fēng)機(jī)，加熱爐鼓風(fēng)機(jī)等，因電動(dòng)機(jī)故障原因停止運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)濟(jì)損失巨大，并且嚴(yán)重影響安全運(yùn)行指標(biāo)。因此研究電動(dòng)機(jī)故障，減小電動(dòng)機(jī)故障發(fā)生率意義重大。

電動(dòng)機(jī)主要的故障有兩個(gè)方面，一個(gè)是繞組故障，另一個(gè)軸承故障。繞組是能量轉(zhuǎn)化的主要載體之一，電動(dòng)機(jī)使用中因電流過大，繞組積溫過高,繞組絕緣強(qiáng)度下降等因素影響，繞組短路或接地。軸承受到潤(rùn)滑，不均勻徑向力等影響，致使軸承壽命大減，甚至出現(xiàn)“抱軸”情況發(fā)生。下面我們對(duì)這兩種故障分別分析。

1 異步電動(dòng)機(jī)繞組損壞

1.1 電動(dòng)機(jī)腔內(nèi)長(zhǎng)期積水

異步電動(dòng)機(jī)繞組長(zhǎng)期積水，受潮，會(huì)直接發(fā)生繞組短路或接地，當(dāng)通電時(shí)，發(fā)生放電。這種情況露天立式安裝的電動(dòng)機(jī)很容易發(fā)生因降水而導(dǎo)致進(jìn)水受潮，或者臥式電動(dòng)機(jī)安裝位置地勢(shì)低洼，密封條件差，受降雨進(jìn)水或水浸泡等原因，造成定子繞組絕緣強(qiáng)度降低。在上電運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)繞組絕緣強(qiáng)度薄弱點(diǎn)被擊穿，造成繞組短路或接地。

1.2 繼電保護(hù)設(shè)備原因?qū)е码妱?dòng)機(jī)燒毀

一般來講，電動(dòng)機(jī)繼電保護(hù)定值過大，或者電動(dòng)機(jī)運(yùn)行超過設(shè)定值，繼電保護(hù)設(shè)備在設(shè)定值時(shí)拒動(dòng)，使電動(dòng)機(jī)超額定值運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)短時(shí)間積溫過高，燒壞繞組。還有就是缺相運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)的兩相電流過高，繼電保護(hù)拒動(dòng)或未設(shè)置缺相保護(hù)，電動(dòng)機(jī)繞組容易燒毀。繼電保護(hù)設(shè)備取用參數(shù)不當(dāng)，必要的保護(hù)參數(shù)未設(shè)置，或未設(shè)置保護(hù)跳閘，以及采樣、控制線路故障，導(dǎo)致繼電保護(hù)設(shè)備失去作用，這一些都可能導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒毀。

1.3 使用變頻器的電動(dòng)機(jī)也有可能燒毀電動(dòng)機(jī)

使用變頻器的電動(dòng)機(jī)也有可能長(zhǎng)期低速運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)積溫過大，造成繞組燒毀。這種情況一般是變頻器帶動(dòng)的電動(dòng)機(jī)不是變頻器專用的。特別是在低速運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)自身帶的風(fēng)扇因轉(zhuǎn)速低，冷卻效果不好，轉(zhuǎn)子內(nèi)部的風(fēng)扇也是因轉(zhuǎn)速低冷卻效果不好。電動(dòng)機(jī)繞組長(zhǎng)期溫度過高，絕緣強(qiáng)度逐漸變差，直至造成絕緣物質(zhì)徹底失去絕緣作用，電動(dòng)機(jī)繞組從絕緣薄弱點(diǎn)開始放電，導(dǎo)致繞組短路或接地。

1.4 其他導(dǎo)致繞組燒壞的原因

電機(jī)因負(fù)載原因或本身轉(zhuǎn)動(dòng)部件卡住，而繼電保護(hù)裝置因質(zhì)量原因或選型不當(dāng)，定值不準(zhǔn)確，電動(dòng)機(jī)電流瞬間大幅度增長(zhǎng)，如果這種情況持續(xù)幾分鐘，電動(dòng)機(jī)繞組就會(huì)短路或接地。冷卻設(shè)備故障導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)散熱不良，如果持續(xù)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，繞組絕緣強(qiáng)度降低，電動(dòng)機(jī)使用壽命大大降低。如散熱風(fēng)扇損壞，無吹風(fēng)或無吹風(fēng)量小，吹風(fēng)無法浴吹機(jī)身，造成電動(dòng)機(jī)積溫過高，直至燒毀電動(dòng)機(jī)繞組。電動(dòng)機(jī)電源原因也可能造成電動(dòng)機(jī)繞組燒毀。當(dāng)電源電壓過高，或過低，或者三相嚴(yán)重不平衡，電源缺相，繼電保護(hù)器沒有起到必要的作用，都會(huì)造成繞組發(fā)熱嚴(yán)重，直至燒毀繞組。一般來說三相低壓交流電源電壓三相要求平衡，并且在電動(dòng)機(jī)額定電壓百分之一百一十至百分九十五之間。

2 電動(dòng)機(jī)另一個(gè)容易發(fā)生故障的地方就是轉(zhuǎn)動(dòng)部分

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分發(fā)生故障一般是軸承，和承載軸承的端蓋內(nèi)圈損壞。我們分析有以下幾方面的情況。

2.1 電動(dòng)機(jī)軸承潤(rùn)滑出現(xiàn)問題

一般來說以下幾個(gè)方面原因，潤(rùn)滑油缺少或變質(zhì)，或使用不合適潤(rùn)滑油脂。

2.1.1 潤(rùn)滑脂選型不正確

電動(dòng)機(jī)軸承用潤(rùn)滑脂一定要用耐溫高，有著良好的熱穩(wěn)定性，良好的潤(rùn)滑性，以及抗水性等。還有就是一旦受熱變稀，冷卻后能恢復(fù)正常。在工廠中用到比較多的是二硫化鉬潤(rùn)滑脂和鋰基脂潤(rùn)滑脂，能夠滿足電動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑使用。而一般潤(rùn)滑油脂在70度就起不到潤(rùn)滑作用。同時(shí)潤(rùn)滑油要有耐水性能。電機(jī)長(zhǎng)期不用，或環(huán)境惡劣，軸承腔內(nèi)積累水珠，這時(shí)當(dāng)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，一般油脂很可能迅速變性，起不到潤(rùn)滑作用。如果不立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)軸承處溫度變得很高，直至損壞軸承。

2.1.2 潤(rùn)滑油脂的使用量

軸承腔內(nèi)加注潤(rùn)滑脂量過多或過少都不合適，必須維持適量的潤(rùn)滑脂(一般為軸承室內(nèi)部容積的2/3～3/4)[1]。因?yàn)橐坏┘訚M，我們注意到當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來之后，會(huì)有很多油脂從軸承小蓋縫隙被擠出來?？梢韵胂笠韵?，高速運(yùn)轉(zhuǎn)的滾珠，產(chǎn)生的高溫?zé)崃?，不易散發(fā)。甚至，產(chǎn)生高溫會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油變質(zhì)，以液體形式流出來。如不及時(shí)停機(jī)，會(huì)導(dǎo)致軸承因高溫與端蓋抱死。當(dāng)然，軸承潤(rùn)滑油缺少，軸承得不到有效潤(rùn)滑，軸承很快因潤(rùn)滑不良，軸承損壞。

2.2 與負(fù)載硬連接

負(fù)載端傳來振動(dòng)，引起軸承滾珠徑向受力不均勻，最終導(dǎo)致滾珠與軌道不規(guī)則擠壓，造成軌道或滾珠破損。這種情況電動(dòng)機(jī)通過靠背輪或者聯(lián)軸器與機(jī)泵連接，一種情況是，機(jī)泵本身震動(dòng)過大，通過連接設(shè)備傳遞震動(dòng)到電動(dòng)機(jī)，從而使軸承受到影響。還有一種情況就是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與連接設(shè)備以及機(jī)泵軸不同心，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，這種不同心的設(shè)備組合就表現(xiàn)為震動(dòng)，噪音，速度越高，震動(dòng)與劇烈，電動(dòng)機(jī)軸承受到影響，使用壽命大大降低。

2.3 軸電流

電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生軸電流也是造成軸承損壞的原因之一。特別是較大功率的電動(dòng)機(jī)，容易產(chǎn)生軸電流，造成軸承損壞[2]。電動(dòng)機(jī)因制作工藝，維修損傷以及其他原因造成轉(zhuǎn)子端部扇葉缺損，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條碰壞，轉(zhuǎn)子失園，或者定子鐵心碰傷等情況，在通電運(yùn)轉(zhuǎn)，就電動(dòng)機(jī)內(nèi)部會(huì)表現(xiàn)出軸電壓。轉(zhuǎn)軸與機(jī)殼硬接觸的地方就是軸承與端蓋。正常情況下潤(rùn)滑脂在滾珠與軸承軌道內(nèi)形成一層油膜，盡管電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生軸電壓，這個(gè)電壓一般在2伏左右?？墒遣粫?huì)有軸電流，更不會(huì)放電破壞軸承。但是當(dāng)潤(rùn)滑脂質(zhì)量不合格，或者電動(dòng)機(jī)形成的軸電壓過高，潤(rùn)滑脂不足以起到絕緣作用，就會(huì)造成滾珠與軸承軌道內(nèi)表面的放電，損傷軌道金屬表面。某化工廠催化裝置主風(fēng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)6kV，2985轉(zhuǎn)/分，800kW，是國(guó)內(nèi)一家老廠家電機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備，是化工廠連續(xù)生產(chǎn)的核心設(shè)備。軸承型號(hào)6327SKF，一個(gè)月內(nèi)在同一個(gè)非軸伸端位置換了6個(gè)軸承，軸承用時(shí)最短的時(shí)間是4個(gè)小時(shí)，潤(rùn)滑油就因高溫流出來了，后來就不敢再開機(jī)了。使用紅外線測(cè)溫槍測(cè)量電機(jī)溫度40℃，測(cè)量電機(jī)端蓋軸承處溫度60℃。觀察軸承損壞情況，滾珠軌道表面有淺淺的放電狀傷痕，這就是典型的軸電流放電結(jié)果。

2.4 影響電動(dòng)機(jī)軸承損壞的其他方面原因

裝配工藝影響，當(dāng)裝配軸承時(shí)，不正確的敲擊方法，損壞滾珠。軸承安裝到位后，軸承外圈與端蓋間不牢固，短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)可能看不出問題，長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，很容易造成軸承"跑圈"，軸承在軸承腔內(nèi)磨出軸承軌道，造成軸承因產(chǎn)生的高溫卡死。這種問題解決就是對(duì)端蓋內(nèi)圈焊補(bǔ)后鏜圓，使軸承與端蓋緊密結(jié)合。還有一種方法就是加潤(rùn)滑脂，一定檢查軸承和軸承腔潔凈，潤(rùn)滑脂不能有雜質(zhì)。軸承內(nèi)有雜質(zhì)，也是導(dǎo)致軸承損壞的原因之一。

3 怎樣避免故障的發(fā)生

3.1 避免繞組燒壞或絕緣受損

3.1.2 檢查長(zhǎng)期不用的電動(dòng)機(jī)絕緣強(qiáng)度

長(zhǎng)期不使用的電動(dòng)機(jī)，需要起動(dòng)時(shí)，一定要用兆歐表測(cè)量一下絕緣強(qiáng)度。低壓電動(dòng)機(jī)一定要確保絕緣強(qiáng)度在零點(diǎn)五兆歐以上的阻值，才可使用。特別是在雨季，潮濕環(huán)境，即使停機(jī)時(shí)間不長(zhǎng)，需要重新起動(dòng)，特別注意先測(cè)量繞組絕緣強(qiáng)度。當(dāng)然，一旦絕緣強(qiáng)度阻值很低，甚至降為零。不一定繞組就燒壞，或許是進(jìn)水，拆卸大蓋，做烘干或通風(fēng)處理。再次檢測(cè)達(dá)到零點(diǎn)五兆歐以上的絕緣強(qiáng)度，仍然可以滿足使用，否則，就要對(duì)電動(dòng)機(jī)拆卸大修。

3.1.2 對(duì)進(jìn)水的電動(dòng)機(jī)，拆卸后進(jìn)行通風(fēng)、烘干

在室外安裝的電動(dòng)機(jī)，立式安裝的電動(dòng)機(jī)，沒有使用防雨罩，因降水原因，或凈水沖刷，在電動(dòng)機(jī)通過轉(zhuǎn)子與小蓋間隙，進(jìn)水，在腔內(nèi)積水，電動(dòng)機(jī)繞組收水浸泡，可能造成繞組燒壞。這種情況，立式安裝的電動(dòng)機(jī)一定要安裝防水罩，凈水沖刷，一定要做好防護(hù)。避免腔內(nèi)進(jìn)水。

3.1.3 選用變頻器專用電動(dòng)機(jī)

使用變頻器的電動(dòng)機(jī)，一般要選用變頻器專用電動(dòng)機(jī)，否則，使用一般電動(dòng)機(jī)，聯(lián)系工藝，了解到電動(dòng)機(jī)會(huì)長(zhǎng)期使用在低速段，要考慮使用其他方式通風(fēng)，如在非軸伸端安裝軸流風(fēng)機(jī)；在電機(jī)近距離放置排氣風(fēng)扇向電動(dòng)機(jī)強(qiáng)制吹風(fēng)。

3.1.4 采用安全可靠的繼電保護(hù)設(shè)備，并正確設(shè)定保護(hù)定值

滿足缺相，電壓過高或過低，長(zhǎng)期超負(fù)荷，單相接地，電機(jī)堵轉(zhuǎn)等等情況下，繼電保護(hù)設(shè)備能夠啟動(dòng)保護(hù)，使電動(dòng)機(jī)失電而退出運(yùn)行，從而保護(hù)電動(dòng)機(jī)不被燒壞。現(xiàn)在的低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器都是用數(shù)字是保護(hù)器，并且可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)能夠上傳至監(jiān)控后臺(tái)。繼電保護(hù)設(shè)備要定期檢驗(yàn)可靠性，特別是低壓電動(dòng)機(jī)綜合保護(hù)器裝置，一般成本低，使用方便，很少有校驗(yàn)。這樣很難保證繼電保護(hù)設(shè)備在運(yùn)行中起到保護(hù)作用，在使用者有很多的電動(dòng)機(jī)燒毀的例子，就是繼電保護(hù)設(shè)備應(yīng)該保護(hù)動(dòng)作，但是沒有啟動(dòng)保護(hù)出口，很明顯及繼電保護(hù)設(shè)備質(zhì)量不過關(guān)，沒有起到保護(hù)作用。

3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)裝置的保護(hù)

3.2.1 潤(rùn)滑油正確選型

異步電動(dòng)機(jī)大多轉(zhuǎn)速在接近1500轉(zhuǎn)/分或3000轉(zhuǎn)/分，特別對(duì)于連續(xù)性運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，而且環(huán)境惡劣，受雨水、高溫等影響，潤(rùn)滑油選擇一定要滿足耐溫要高，耐水漬。一般來水二硫化鉬潤(rùn)滑脂或鋰基脂潤(rùn)滑脂，能夠滿足要求。當(dāng)然選擇信譽(yù)度高的品牌產(chǎn)品有保障。二硫化鉬潤(rùn)滑脂和鋰基脂能夠滿足使用，這兩類潤(rùn)滑脂一般耐高溫120℃以上，同時(shí)具有良好的耐水性能，在使用環(huán)境中，因降水、凈水沖刷原因，軸承可能有進(jìn)水的可能，良好品質(zhì)的潤(rùn)滑脂確保電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.2.2 加注潤(rùn)滑油脂的量

較高轉(zhuǎn)速，如接近3000轉(zhuǎn)/秒，油脂加注一半容積的軸承腔，較低轉(zhuǎn)速可適當(dāng)加到軸承腔的三分之二，不要加滿。長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)，補(bǔ)充潤(rùn)滑油一定做好記錄，運(yùn)行周期二至三個(gè)月可一次補(bǔ)充相同潤(rùn)滑脂30g左右，根據(jù)軸承大小，克酌減或增加使用量。電動(dòng)機(jī)大修，軸承清洗，潤(rùn)滑脂全換。

3.2.3 電動(dòng)機(jī)軸心確保與之硬連接的負(fù)載設(shè)備同心

泵類，風(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)硬連接，裝配時(shí)一定確保同心，最大程度減小電動(dòng)機(jī)受到的徑向力。借助水平儀等器具使之機(jī)泵同心。同時(shí)，聯(lián)軸器連接可靠，緊固件齊全緊固到位，金屬墊完好無損，機(jī)泵固定螺栓擰緊。

3.2.4 采用特殊軸承克服軸電流影響

我們克服軸電流的影響，一般來說，就是防止它在軸承軌道面放電，或者是對(duì)轉(zhuǎn)子檢查處理，防止出現(xiàn)風(fēng)扇缺頁，轉(zhuǎn)子表面損傷等情況。對(duì)于軸承腔表面防止放電，有的專家說可以再軸承外圈和電動(dòng)機(jī)端蓋內(nèi)圓加一層青稞紙起到絕緣作用。這種方法從理論上可行，但是實(shí)際操作很難操作。兩個(gè)緊密結(jié)合的金屬之間加一層青稞紙，一方面很難保證青稞紙的完整，另一方面也大大減弱軸承與端蓋之間緊密程度，很可能造成軸承"跑圈"。我認(rèn)為可用一種絕緣軸承，這種軸承就是普通軸承外圈表面加了一層絕緣涂層，專門對(duì)付軸電流。這是一種經(jīng)特殊工藝噴涂在軸承外圈或內(nèi)圈一層絕緣物質(zhì)，粘附力加強(qiáng)，分布均勻，可耐壓1000V。這種絕緣軸承足以克服軸電流影響。

4 結(jié)論

異步電動(dòng)機(jī)發(fā)生故障最多的地方就是定子繞組和軸承，了解這兩種故障產(chǎn)生的原因，然后采取對(duì)應(yīng)的方法，來消除或減少故障的發(fā)生。根據(jù)使用環(huán)境選取適合國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的類型，根據(jù)負(fù)載功率、工藝運(yùn)行方式選用滿足使用要求的電動(dòng)機(jī)。在繼電保護(hù)設(shè)備使用方面，采用數(shù)字綜合保護(hù)器，要定值準(zhǔn)確，監(jiān)控全面。在檢查、保養(yǎng)方面積累經(jīng)驗(yàn)，關(guān)注異常，追蹤覓跡，消除電動(dòng)機(jī)的不正常運(yùn)行狀態(tài)。