對輥破碎機主電機缺相故障的現場分析

劉昶

（寶武集團鄂城鋼鐵有限公司，湖北 鄂州 436000）

低壓三相異步電動機的一次主回路中，由于斷路器故障、接觸器故障、接線端子虛接等，造成其中一相斷電，稱為缺相。電動機缺相后，停止的電動機無法正常啟動，正在運轉的電動機會產生異響、減速甚至堵轉。通常，缺相運行會造成電動機繞組溫度急速上升而燒毀，影響生產。最近，本單位出現了一起“特殊”的電動機缺相故障。

1 故障情形及其原因

本人在對運行中的鋼渣破碎生產線點檢的過程中，隱約聽到對輥破碎機的一臺主電機有異響聲，讓操作人員暫停了破碎線的生產。然后，單獨運行對輥破碎機，發現兩臺主電機啟動時不同步，由于是無負荷試車，其中一臺電動機的嗡嗡聲，聽得很明顯，初步判斷該電動機存在缺相故障。試車完，我讓操作人員停機并關掉對輥破碎機的電源開關，觸摸兩臺主電機，均未有發燙冒煙的狀況。排查故障電動機一次主回路，發現異響電動機的接線盒內一根接線柱斷了，如圖1所示。

接著，檢查電動機，結果顯示正常，沒有燒壞。恢復接線后，試車運行，電動機運行正常，沒有再出現嗡嗡聲。

當有塊度大、含鐵量高、硬度硬的渣鋼通過對輥破碎機時，為保障機器不被損壞，對輥破碎機的彈簧壓緊調整裝置會自動產生較大壓縮彈性形變讓渣鋼落下，但是，形變回彈恢復會讓破碎機機體包括底座劇烈振動，再加上電動機使用時間已久，就出現了電動機繞組出線接線柱被震斷的情況。

令人感到奇怪的是，這起因接線柱斷而造成的缺相故障并不是我在點檢過程中碰巧才發生的，而是電動機“帶病”作業了一段時間才被發現。通常電動機缺相運行會產生嚴重后果，為什么這臺電動機“帶病”作業，并未出現這樣的后果呢？下面將對這一疑問做合理分析。

2 電動機缺相的嚴重后果

對輥式破碎機主電機額定功率30kW，一次主回路如圖2所示，采用Y-△降壓啟動，我們按定子繞組不同接法的兩個階段進行討論。

圖1

圖2 主電機一次回路圖

2.1 定子繞組Y接法的降壓啟動階段

接觸器KM、KMY吸合，定子繞組如圖3所示。接線柱未斷前，各繞組電流為：

式中，IY為每相繞組的啟動電流，IΔ為電機直接啟動時的相電流。

忽略電動機自身損耗，電動機輸出功率PN=3UANIANcosφ=UABIANcosφ，UAB為電源線A、B兩端電壓，cosφ為電機功率因數。

接線柱斷后，將形成缺少一相繞組、另二相繞組串聯的狀態，如圖4所示。

圖3 繞組Y接法

圖4

串聯二相繞組兩端電壓仍為UAB，每相繞組上的電壓為0.5UAB，假設故障前后轉速不變、負載不變，功率因數無變化，電動機輸出功率也不變。則

IBN后、ICN后分別是故障后BN、CN繞組的故障電流。

通過上述分析得知：缺相故障發生后，每相繞組的啟動電流是無故障時啟動電流的倍，與電動機直接啟動時的相電流相等，在短時間的啟動階段（KMY吸合時間僅3秒），電動機繞組不易燒毀。處于啟動階段的對輥破碎機是嚴禁帶負荷的，這跟Y接法啟動時電動機啟動轉矩偏小有關，實際運行發現，缺相后電動機啟動轉矩更小，無法帶動擠壓輥筒運轉。

2.2 定子繞組△接法

啟動完成，接觸器KMY釋放，KM、KM△吸合，定子繞組為△接法，如圖5所示。

三相繞組電流為：

忽略電動機自身損耗，電動機輸出功率PN=3UACIACcosφ。

式（1）中，IAB為AB繞組電流，IBC為BC繞組電流，IAC為AC繞組電流，IN為額定線電流。

接線柱震斷后，正常△接法的定子一相繞組斷路，另兩相繞組構成V形接法，如圖6所示。

圖5

圖6

假設故障前后轉速不變、負載不變，功率因數無變化，電動機輸出功率也不變。因此

式（2）中，UAC為電源線A、C兩端電壓，IAC為缺相故障前AC繞組的運行電流，IAC后為缺相故障后AC繞組的故障電流。通過上式可以推出：

各繞組的電流為：

IAB后、IBC后分別為缺相故障后AB、BC繞組的故障電流。

通過上述分析得知：發生缺相故障后，電動機斷路繞組的電流為0，另外，兩組繞組電流增大到正常運行時的1.5倍，電動機處于過載狀態。實際在發生突然缺相時，轉速會稍微下降，軸負載功率由兩相繞組承擔，繞組運行電流甚至會超過1.5倍的額定運行電流，足以導致電動機繞組由于過電流發熱而燒毀。

3 未出現嚴重后果的原因

對輥破碎機的工作原理如圖7所示，輥筒1及其可動軸承可水平左右移動，兩輥筒分別與兩臺主電機通過三角皮帶傳動，相向旋轉工作。兩輥筒之間縫隙一般在2mm左右(見圖8），輥筒在生產一段間后，輥縫會由于輥筒表面磨損嚴重而變大，如圖9所示。這可以通過對輥面的堆焊進行修復，我們檢查發現，輥筒1的兩端由于局部堆焊過厚導致旋轉起來會剮蹭到輥筒2，如圖10所示。而缺相故障的就是輥筒2的主電機。

圖7

圖8 進料口俯視圖

圖9

圖10

在Y接法的啟動階段，要使輥筒2轉速增加的條件是：動轉矩矢量和ΔT=T1+T2-TL1＞0，其中，TL1為輥筒2的負載轉矩，T2為剮蹭產生的驅動力矩，T1為輥筒2的電機拖動轉矩。當輥筒1剮蹭到輥筒2時，由于無負荷啟動，T2＞TL1,即使T1=0，即故障電機無輸出轉矩也能讓輥筒2加速轉起來。既然故障電機基本無須輸出轉矩，那么，故障電機的繞組不會過流，電機不過載。

在△接法的生產作業階段，輥筒2運行轉速不變。在主電機無故障、輥筒間無剮蹭時，圖11所示，輥筒2動轉矩矢量和ΔT=T前-TL=0，得出T前=TL，T前為此時輥筒2的電機拖動轉矩，TL為輥筒2的負載轉矩；在輥筒間有剮蹭、主電機故障時，圖12所示，輥筒2動轉矩矢量和ΔT=T+T2-TL=0，得出T=TL-T2，T為此時輥筒2的電機拖動轉矩。該階段輥筒穩定轉速快，T2較大，TL不變，所以T遠小于T前，即故障時電機輸出電磁轉矩遠小于正常運行時的輸出轉矩，那么，缺相故障時電機繞組電流不會超過額定運行電流，電機不會因過電流燒毀。

圖11

圖12

4 結語

對輥破碎機主電機由于接線柱震斷造成的缺相故障是發生在電動機繞組△接法的帶負荷生產階段，缺相后的電動機繞組電流是正常運行時的1.5倍，電動機會因繞組過流而燒毀；在Y接法的啟動階段，故障電機繞組電流是正常啟動時的倍，并且無法讓輥筒轉起來。由于擠壓輥筒間的剮蹭作用及輥筒工作方式的影響，兩階段故障電機均不會過流過載，因此，出現了缺相電動機仍在“帶病”作業的特殊情況發生。

主電機接線柱震斷在生產過程中不易及時發現，需增加電氣專檢頻率、力度，及時發現隱患及時整改；產線上增加除鐵裝置，控制對輥破碎機的入口鋼渣流量，減少對輥破碎機的機體震動。