用于甲乙酮裝置上的變頻電機(jī)故障分析及處理

何奮彪

（蘭州石化公司助劑廠）

用于甲乙酮裝置上的變頻電機(jī)故障分析及處理

何奮彪*

（蘭州石化公司助劑廠）

用于甲乙酮裝置上的變頻電機(jī)因前軸承溫度高而造成停車故障。應(yīng)用PeakVue技術(shù)對(duì)變頻電機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行了分析，提出了排除故障的措施。

變頻電機(jī) 軸電流 軸承故障 溫度 PeakVue技術(shù)

蘭州石化公司助劑廠二套甲乙酮裝置上變頻電機(jī)選用南陽(yáng)防爆集團(tuán)公司生產(chǎn)的電機(jī)，其型號(hào)為YBP355L2-2WG，在使用過(guò)程中，由于變頻電機(jī)前軸承溫度高造成聯(lián)鎖停車故障。為了查清停車的原因，我們對(duì)該變頻電機(jī)進(jìn)行了深入的分析。

1 變頻電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)

YBP355L2-2WG變頻電機(jī)具有電流大、功率大的特點(diǎn)，其電壓為380 V，電流551.3 A，額定功率315 kW，變頻范圍25～50 Hz，轉(zhuǎn)速2 980 r/min。

1.1 工作原理

變頻電機(jī)是利用變頻器電力半導(dǎo)體的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，我們現(xiàn)在使用的變頻器采用交-直-交方式，先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。

1.2 結(jié)構(gòu)

（1）定子繞組采用聚酯漆包銅線，定子鐵芯繞組經(jīng)VPI浸漆處理成為一體，繞組和絕緣具有良好的電氣、機(jī)械、防潮性能及熱穩(wěn)定性。轉(zhuǎn)子為鼠籠轉(zhuǎn)子，采用熱套工藝將鑄鋁轉(zhuǎn)子固定在軸上。

（2）電機(jī)的冷卻方式采用循環(huán)水冷卻，由于蘭州高原地區(qū)相對(duì)較為干燥，所以無(wú)需對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻。電機(jī)后軸承部位有一強(qiáng)迫風(fēng)機(jī)對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻，防止軸承過(guò)熱損壞電機(jī)。

（3）電機(jī)轉(zhuǎn)子具有一圓柱形軸伸，采用聯(lián)軸器傳動(dòng)。根據(jù)該電機(jī)的要求，315 kW電機(jī)還有定子繞組測(cè)溫元件及測(cè)溫儀表，電機(jī)運(yùn)行時(shí)能監(jiān)測(cè)定子繞組溫度、前后軸承溫度以及機(jī)泵潤(rùn)滑油溫度，電機(jī)軸承采用滾動(dòng)軸承。電機(jī)上的6個(gè)測(cè)溫元件都進(jìn)入聯(lián)鎖系統(tǒng) （設(shè)備部分的電機(jī)采用各自的SIS聯(lián)鎖報(bào)警系統(tǒng)，各自互不干擾），當(dāng)其中一個(gè)測(cè)溫元件超溫時(shí)，DCS將會(huì)鳴叫報(bào)警并使電機(jī)聯(lián)鎖停車。

2 變頻電機(jī)軸承溫度高聯(lián)鎖停車的原因

電機(jī)軸承發(fā)熱看起來(lái)很簡(jiǎn)單，但原因卻不少，要確定某一電機(jī)軸承發(fā)熱系何種原因所致，有時(shí)也夠麻煩的。根據(jù)筆者在檢修電機(jī)工作中所積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該電機(jī)的故障原因作如下分析。

（1）電機(jī)解體檢查。電機(jī)解體后，對(duì)電機(jī)內(nèi)部的散熱環(huán)流通道進(jìn)行檢查，查看是否有堵塞現(xiàn)象，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一切正常，證明不是散熱環(huán)流通道堵塞所引起的。

（2）電機(jī)空載運(yùn)行檢測(cè)。檢查是否有電機(jī)自身的原因，也就是是否有軸承損壞或線圈接地現(xiàn)象。電機(jī)與機(jī)泵脫除后，我們對(duì)電機(jī)進(jìn)行空載運(yùn)行并采用頻譜檢測(cè)儀測(cè)試，結(jié)果一切正常。

（3）對(duì)電機(jī)進(jìn)行峰值檢測(cè)。從2010年9月初開(kāi)始，我們對(duì)變頻電機(jī)進(jìn)行了為期6個(gè)月的監(jiān)測(cè)，利用CSI2130的PeakVue（峰值檢測(cè)）技術(shù)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)前后軸承逐漸出現(xiàn)劣化趨勢(shì) （見(jiàn)圖1、圖2），但是在普通的速度趨勢(shì)中，通頻值沒(méi)有顯著的變化（見(jiàn)圖 3、 圖 4）。

圖1 電機(jī)外側(cè)軸承PeakVue波形峰值變化趨勢(shì)

圖2 電機(jī)內(nèi)側(cè)軸承PeakVue波形峰值變化趨勢(shì)

圖3 電機(jī)外側(cè)軸承速度通頻值變化趨勢(shì)

圖4 電機(jī)內(nèi)側(cè)軸承速度通頻值變化趨勢(shì)

對(duì)2011年1月19日采集的PeakVue 頻譜進(jìn)行分析，如圖5和圖6所示。圖中明顯存在軸承的外圈故障頻率及其諧波，虛線P代表了軸承外圈故障頻率BPFO。我們還將6個(gè)月內(nèi)的PeakVue頻譜圖進(jìn)行了對(duì)比，如圖7和圖8所示。

圖5 電機(jī)外側(cè)軸承PeakVue頻譜

（4）問(wèn)題分析。通過(guò)對(duì)該電機(jī)兩側(cè)軸承整個(gè)故障產(chǎn)生過(guò)程的監(jiān)測(cè)，采用趨勢(shì)跟蹤和頻譜分析，判斷電機(jī)內(nèi)外側(cè)軸承均出現(xiàn)了外圈故障，且電機(jī)外側(cè)軸承故障嚴(yán)重程度大于內(nèi)側(cè)軸承，這可能是外圈出現(xiàn)了金屬剝落。造成外圈金屬剝落的原因?qū)嵸|(zhì)上是軸電流過(guò)大。軸電流過(guò)大造成的軸承內(nèi)外圈燒傷如圖9、圖10所示。

圖6 電機(jī)內(nèi)側(cè)軸承PeakVue頻譜

圖7 電機(jī)外側(cè)軸承PeakVue頻譜對(duì)比圖

圖8 電機(jī)內(nèi)側(cè)軸承PeakVue頻譜對(duì)比圖

圖9 軸電流在軸承外圈產(chǎn)生的燒傷條紋

圖10 軸電流在軸承內(nèi)圈產(chǎn)生的燒傷條紋

3 檢測(cè)結(jié)果

將變頻電機(jī)解體后發(fā)現(xiàn)，前軸承有 “搓板”狀痕跡。測(cè)得前后大蓋尺寸，與設(shè)計(jì)尺寸一致，軸與軸承無(wú)跑套現(xiàn)象。于是，更換原型號(hào)軸承組裝試車。空試時(shí)電機(jī)電流78 A，前軸承溫度47.8℃，后軸承溫度56.4℃，機(jī)身54.6℃，運(yùn)行正常。電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行后，電流為480 A，運(yùn)行2 h后，前軸承溫度開(kāi)始緩慢上升至86℃，并持續(xù)升溫。停機(jī)后再次將電機(jī)解體時(shí)發(fā)現(xiàn)，電機(jī)前大蓋與軸承上有外跑套痕跡，大蓋尺寸比設(shè)計(jì)尺寸大0.01～ 0.02 mm。最后采取了如下措施：對(duì)軸承和大蓋進(jìn)行了相應(yīng)的處理，即將前軸承換為NU系列的長(zhǎng)軸承（NU長(zhǎng)軸承一般適應(yīng)于重載高負(fù)荷電機(jī)），換上了新的大蓋，同時(shí)在電機(jī)底角加裝了絕緣墊。再次將電機(jī)組裝試車，結(jié)果正常運(yùn)行，無(wú)發(fā)熱現(xiàn)象。

從檢修到電機(jī)運(yùn)行，我們對(duì)該變頻電機(jī)繼續(xù)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，如圖1、圖2所示，2011年2月份的PeakVue數(shù)值已經(jīng)回落到正常值范圍。圖3、圖4顯示，檢修前后速度通頻值沒(méi)有較大變化。圖7、圖8顯示，在檢修后2月12日的測(cè)量數(shù)據(jù)中已經(jīng)不存在軸承的故障頻率。

4 結(jié)論

（1）為了使電機(jī)能長(zhǎng)期平穩(wěn)地運(yùn)行，應(yīng)使電機(jī)工作在95%負(fù)荷下，變頻電機(jī)電流在510 A以下，這樣電機(jī)負(fù)荷有明顯下降，電機(jī)才能平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）更換軸承為NU系列的軸承，增大油隙，加強(qiáng)抗負(fù)荷能力。

（3）涂抹密封膠，加裝絕緣墊，以增強(qiáng)電機(jī)的絕緣性。減少電機(jī)啟動(dòng)次數(shù)，降低變頻器產(chǎn)生的高頻諧波，從而減小或消除軸電流。

Failure Analysis and Treatment of Variable Frequency Motor for Methyl Ethyl Ketone Plant

He Fenbiao

The shutdown was caused by front axle’s high temperature of the variable frequency motor for methyl ethyl ketone plant.Using the PeakVue technology,this paper analyzed the running condition of the variable frequency motor and put forward the trouble shooting measures.

Variable frequency motor； Shaft current； Bearing failure； Temperature； PeakVue technique

TM 34

*何奮彪，男，1981年10月生，助理工程師。蘭州市，730060。

2011-07-12）