交流高壓異步電動機故障實例分析與預防

孫晉志

（華電國際電力股份有限公司十里泉發電廠，山東棗莊277103）

0 引言

火電企業三大主機配套大量多種類型的輔機設備，無論是汽輪機輔機凝結水泵、循環水泵還是鍋爐輔機磨煤機、一次風機，亦或是發電機密封油泵、內冷水泵等設備，都需要有電動機作為動力進行驅動，運行期間如發生電動機故障跳閘必然造成主機設備運行參數波動，極易導致降出力甚至機組非停等問題的出現。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，在降低故障發生率的同時確保設備缺陷可控在控，對保障負載設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展為絕緣損壞擊穿、電動機跳閘事件。不同的絕緣異常發生位置將使電動機最終以相間、匝間或對地絕緣擊穿等形式發生故障，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長啟動、過負荷、堵轉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部在運行中尤其是啟動瞬間發生爬電閃絡、絕緣擊穿。機械類原因導致的電動機故障，通常會使電動機的運行工況呈現不斷惡化的情況，振動、溫度、聲音、電流等參數變化以及諧波、超聲波等監測手段均能為判定故障原因進而處理提供很好的依據。而電氣類原因導致的電動機故障，因故障發生較快，不便于在日常巡檢維護過程中發現，主要依靠電動機保護裝置中各類定值的合理設定、裝置的可靠性和電氣預防性試驗等手段加以防范。但類似電動機內部構件如轉子風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，必要時可對上述內部構件實施焊補、對繞組端部采取綁扎并涂刷環氧樹脂等緊固措施，確保在一個大修間隔內不至發生松動。

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

事件經過：2016年12月5日，某廠檢修人員檢查發現#5爐甲吸風機電機運行中負荷側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機電機負荷側軸承高出近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澀感覺，初步判斷軸承保持架已出現磨損。解體后檢查發現#5爐甲吸風機電機負荷側滾柱軸承（型號NU1044）上的潤滑油脂發黑，并且油脂內有保持架磨損后產生的銅粉末；進一步解體發現電機負荷側滾柱軸承（型號NU1044)保持架損壞，部分滾柱已經脫落（圖1）。隨即更換備品軸承并復裝就位，經品質再鑒定和功能再鑒定合格后恢復正常運行。

原因分析：該電機2016年3月因運行中負荷側軸承溫度偏高、振動大，結合小修更換了備品電機，備品電機軸承使用的是經驗收過的進口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，是近期負載側風機運行過程中振動值較大，風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。

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

圖1 負荷側滾柱軸承磨損情況

2.2 案例二：頻繁啟停導致的交流高壓異步電動機燒損

事件經過：2015-01-17T06：34，某廠#7爐A磨煤機A電機啟動后即跳閘，運行人員在就地發現電機接線盒處冒煙，檢查電動機綜合保護裝置“速斷保護”動作，聯系檢修人員現場檢查電機底部有明顯放電痕跡，立即更換備品電機，經試轉正常后恢復運行。故障電機解體檢查發現端部引線相間短路、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，與送風機、凝結水泵、循環水泵等不同，機組運行中磨煤機需要配合粉倉內粉位頻繁啟停；查閱設備臺賬，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生類似情況，而同期投運的送風機電機、凝結水泵電機等設備并無此問題）。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、開關跳閘。

圖2 電動機定子端部引線燒損情況

預防措施：加強設備壽命管理，針對此類頻繁啟停的重載電機建立壽命管理報警系統，根據設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磨煤機電機建議控制到十年以內，直吹式制粉系統磨煤機電機及送風機電機等設備可根據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生故障，除案例中提到的措施，及通過增加變頻器、永磁調速、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散熱等外部手段，還應做好以下幾點基礎工作的管控：（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備交接試驗標準和電力設備預防性試驗規程要求進行交接預試結果合格；（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）電動機安裝時基礎制作平整，電動機聯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備冷熱態啟停次數及運行電流，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行壽命管理，確保裝置可靠性。