壓縮機驅動電機繞組溫度升高原因分析及處理

甘 捷

(國家管網集團川氣東送天然氣管道有限公司，湖北 武漢 430000)

1 引言

目前，天然氣長輸管道上使用的壓縮機最常見的驅動裝置是高壓電動機，但隨著高壓電機使用年限和運行工況的影響，在運行中會出現電動機繞組溫度較高的現象，電機如果長期在繞組溫度較高的狀態下運行，會影響到電機絕緣性能和使用壽命，嚴重時還會發生電氣火災安全事故。對于電機運行時的繞組溫度變化往往是用溫升來進行衡量，電機的允許溫升跟電機絕緣材料的絕緣等級相關，當溫升突然增大或超過最高工作溫度時，說明電機可能已出現故障，需要停機檢修；當環境溫度和運行負載發生改變，溫升也會隨之發生變化，雖然此時電機繞組溫度較高，但可以通過外部條件因素進行控制。在某天然氣長輸管道上曾出現過壓縮機的驅動電機繞組溫度較高的現象，通過對電機繞組溫度高的原因進行查找分析，采取了清理電機換熱器、增大冷卻水流量和降低電機轉速來減少電機運行電流的措施進行處理，確保電機繞組溫度不高于安全工作溫度。

2 壓縮機驅動電機繞組溫度高的影響

壓縮機驅動電機正常運行時，根據電機的絕緣等級不同，對繞組溫度的要求也不同，壓縮機的驅動電機絕緣等級往往是F級，電機繞組極限工作溫度要求不高于155 ℃。對此，為了確保電機的安全運行，往往對電機繞組溫度設置連鎖停機邏輯，連鎖停機一般設置在145 ℃，這是因為當電機的運行溫度長期超過極限工作溫度時，電機的絕緣性能老化將加劇，嚴重影響使用壽命，特別是電機使用年限已達到10年以后，這種影響將會更加明顯。因此，時刻關注電機繞組溫度的變化，有助于判斷電動機運行狀態是否異常[1]。

3 壓縮機驅動電機繞組溫度高的原因分析

造成電機繞組溫度偏高的影響因素主要有電機運行工況的變化、電機通風散熱問題和電機自身故障等方面。針對電機繞組溫度偏高的問題，也是建議先從這些影響因素進行排查確定。

3.1 電機運行工況的影響

電機運行工況的影響主要體現在電網頻率異常、電機三相電壓不平衡和電機過載運行等方面[2]。電機一般是由變頻裝置進行供電驅動，電機轉速和功率會跟隨變頻裝置的頻率變化，當頻率增大時，電機轉速就會增大，對應的電機做功就更多，運行電流也會增大，導致電機繞組溫度升高。當電機的三相電壓不平衡時，電機內就會有逆序電流和逆序磁場存在，產生較大的逆序扭矩，造成電機三相電流分配不平衡，使某相繞組電流增大，從而使電機繞組溫度升高。當壓縮機的進口流量較大，電機高轉速下運行時，電機驅動壓縮機的機械負荷很容易超過正常值，電機雖然可以勉強帶動，但電機已處于過載運行狀態，這樣會使電機電流增大，嚴重的時候會超過額定電流值，這些都會使電機繞組溫度升高。

3.2 通風散熱方面的影響

當電機通風散熱效果不好時，也是會造成電機內部溫度升高，而影響電機通風散熱的因素主要有電機冷卻器堵塞、電機轉子兩端的風扇卡滯、電機繞組表面存在較多污垢灰塵等。電動機在運行過程中，當電機的發熱量大于散熱量時，電機的內部溫度會不斷升高，導致電機燒壞，因此，為了確保電機的散熱量大于發熱量，都會采取一些技術措施對電機進行散熱降溫。電機散熱有風冷、油冷和水冷等方式，壓縮機的高壓電動機最常見的散熱方式就是外置水冷和內置風冷，外置水冷是在電機上方安裝一臺管束冷卻器，采用外循環水換熱降溫的方法對電機內部溫度進行降低，如果冷卻器的管束存在堵塞，就會造成通過電機的外循環水流量低，換熱面積小從而影響電機的內部換熱，造成電機內部溫度升高。內置風冷是電機轉子兩端安裝有冷卻風扇，風扇出現卡滯問題也會影響到電機的正常散熱[3]，電機內的繞組表面附著較多污垢灰塵也是會直接影響到電機繞組的熱交換。

3.3 電機自身內部故障

電機內部出現繞組測溫元件故障，電機絕緣性能降低或電機軸承故障等也會導致電機繞組溫度升高。當電機繞組測溫元件出現故障時，測量的溫度值變大，在后臺監控主機上就會出現繞組溫度升高的情況。電動機的溫升與絕緣等級直接相關，當電機絕緣性能降低時，熱傳導能力將會下降，電動機的溫升相應的會增加。電機軸承出現故障時，電機在運行過程中很容易出現過載現象，導致電機運行電流增加，從而是電機繞組溫度升高。

4 處理措施

在某壓縮機站場有3臺高壓電動機，絕緣等級都是F級，1#壓縮機在夏季運行時，驅動電機的繞組溫度一直處于較高狀態，當時環境溫度是28 ℃，電動機繞組溫度最高達到133 ℃，接近高報值135 ℃。于是，對該臺機組進行停機，啟動運行2#壓縮機，但是2#壓縮機在運行過程中，也出現電機繞組溫度較高的現象，接近報警值，又對3#壓縮機進行啟動運行，電機繞組溫度同樣接近報警值。由于這3臺機組都出現電機繞組溫度較高的現象，先從電機自身故障進行排查，查看近期電機的絕緣性能測試記錄，未發現異常；電機的測溫元件和軸承都進行了檢查，也無異常，可以排除電機自身故障引起的。對此，接下來從電機的運行工況和通風散熱效果進行考慮分析。

4.1 電機運行工況分析

為了查找3臺機組都出現電機繞組較高的問題原因，查看電網頻率、電機三相電壓都正常。從機組的運行工況變化來進行對比分析，以1#機組為例，通過1#機組的電機轉速、進口流量、電機電流和繞組溫度之間的變化情況來看，如表1，在進出口壓力接近，電機轉速不變的情況下，電機電流隨著壓縮機進口流量成正向關系，進口流量越大，對應的電機電流也就越大，這是因為壓縮機進口流量增加以后，電機需要更多的能量驅動壓縮機對氣體做功，以致電機電流隨之增加，對應的電機繞組溫度也升高。考慮到大氣環境溫度的影響，表1中收集的數據是在夏季同期一段時間內進行記錄的，同期環境溫度影響范圍會在1～2 ℃，在電機轉速、進口流量變化不大的情況下可以不做比較。

表1 1#機組相關運行參數

電機的通風散熱效果直接會影響到電機的繞組正常情況下，電機轉速越大、電機電流應該越大，但從表1中也可以看出，電機轉速分別在1360 r/min、1430 r/min的條件下運行時，進口流量對電機電流的大小起到了主導作用，即使電機轉速很高，但進口流量不大，電機電流也不會很高，對應的電機繞組溫度也不會高。進一步說明了進口流量對電機電流和繞組溫度的影響是非常大的，也可以判斷電機繞組溫度異常升高的主要原因是壓縮機進口流量大大增加，使得電機運行負荷增加，從而導致電機電流增大，繞組溫度升高。因此，在不影響管道生產的情況下，可以通過降低電機轉速來減小電機運行電流，對降低電機繞組溫度也能起到一定的作用。

4.2 電機通風散熱情況排查

溫度變化，也是需要對電機通風散熱情況進行檢查。打開電機換熱器的管束接口，對各個管束進行檢查，用毛刷子對各個管束通道進行清理，未發現堵塞現象，對電機的繞組進行檢查，定子線圈繞組表面未發現較多的灰塵和油污，對電機轉子兩端的風扇進行了檢查，風扇葉片完好，也未發現異常情況。當電機換熱器外循環水的進水流量較低或進水溫度較高時，這對電機就起不到很好的換熱降溫效果。通過對電機外循環水的冷卻塔由原先的3臺運行調整為4臺運行，觀察發現電機的繞組溫度可以下降2～3 ℃。當外循環水的冷卻塔由原先的3臺運行調整為2臺運行時，觀察發現電機的繞組溫度會上升5 ℃左右，這說明了冷卻塔對外循環水的換熱冷卻效果也是影響電機繞組溫度的因素之一。這是因為只有當電機換熱器外循環水進水溫度較低、流量較大時，才能更好地與電機進行換熱來降低電機內部溫度，但隨著冷卻塔運行年限長，它的冷卻換熱效果也必然會變差，如果冷卻塔的換熱能力達不到要求，對外循環水冷卻降溫的作用有限，電機無法正常熱交換，也是會導致電機繞組溫度升高。

5 結論

本文對可能影響壓縮機驅動電機繞組溫度升高的因素進行分析，得出電機在非自身內部故障的情況下，電機繞組溫度升高與電機運行電流大和電機換熱器外循環水進水溫度高及流量小有關。當電機繞組溫度較高時，可以通過適當降低電機轉速來減小電機運行電流，從而降低電機繞組溫度。在電機通風換熱方面，要保證電機換熱器外循環水的進水溫度和流量滿足工作要求，這樣電機換熱器才能起到很好地換熱冷卻作用。