交流高压异步电动机故障实例分析与预防

孙晋志

（华电国际电力股份有限公司十里泉发电厂，山东枣庄277103）

0 引言

火电企业三大主机配套大量多种类型的辅机设备，无论是汽轮机辅机凝结水泵、循环水泵还是锅炉辅机磨煤机、一次风机，亦或是发电机密封油泵、内冷水泵等设备，都需要有电动机作为动力进行驱动，运行期间如发生电动机故障跳闸必然造成主机设备运行参数波动，极易导致降出力甚至机组非停等问题的出现。因此，如何对作为动力的电动机尤其是高压电动机进行运行维护，在降低故障发生率的同时确保设备缺陷可控在控，对保障负载设备及主机安全运行都有着重要意义。

1 交流高压异步电动机故障原因及预防

交流高压异步电动机常见故障如轴承损坏、绕组积灰、受潮、老化、缺相/不平衡运行等最终会发展为绝缘损坏击穿、电动机跳闸事件。不同的绝缘异常发生位置将使电动机最终以相间、匝间或对地绝缘击穿等形式发生故障，而从故障原因进行分类，则电动机故障可简单分为以下两类：（1）因轴承损坏、负载过大、断相/不平衡运行等使电动机出现长启动、过负荷、堵转过流等工况进而电流异常增加，或因启停频繁、冷却装置通风散热不良等使电动机在温度过高的工况下长期运行，均会使电动机绝缘加速老化进而击穿；（2）因槽楔松动脱落、落入金属异物、绝缘磨损、积灰进水受潮、过电压等使得电动机内部在运行中尤其是启动瞬间发生爬电闪络、绝缘击穿。机械类原因导致的电动机故障，通常会使电动机的运行工况呈现不断恶化的情况，振动、温度、声音、电流等参数变化以及谐波、超声波等监测手段均能为判定故障原因进而处理提供很好的依据。而电气类原因导致的电动机故障，因故障发生较快，不便于在日常巡检维护过程中发现，主要依靠电动机保护装置中各类定值的合理设定、装置的可靠性和电气预防性试验等手段加以防范。但类似电动机内部构件如转子风扇平衡片脱落或定子绕组端部磨损松动造成的电动机烧损情况，因其潜伏性较强，运行中不易判断，一旦发生电动机极易瞬间烧损，为此需要在检修时加强检查，必要时可对上述内部构件实施焊补、对绕组端部采取绑扎并涂刷环氧树脂等紧固措施，确保在一个大修间隔内不至发生松动。

2 交流高压异步电动机故障实例分析

2.1 案例一：交流高压异步电动机异常（振动、温度、声音）运行

事件经过：2016年12月5日，某厂检修人员检查发现#5炉甲吸风机电机运行中负荷侧轴承有异音并且振动值超标，测量其温度在运行电流相近的工况下较该机组乙吸风机电机负荷侧轴承高出近30℃，水平方向振动值在16～23丝之间窜动（该电机为6极电机，标准值要求为10丝），并且轴承有明显的“哽哽”声，负荷侧轴承端盖下方有润滑脂溢出，油脂中有黄色粉末，用手指捏试溢出的润滑脂有明显的发涩感觉，初步判断轴承保持架已出现磨损。解体后检查发现#5炉甲吸风机电机负荷侧滚柱轴承（型号NU1044）上的润滑油脂发黑，并且油脂内有保持架磨损后产生的铜粉末；进一步解体发现电机负荷侧滚柱轴承（型号NU1044)保持架损坏，部分滚柱已经脱落（图1）。随即更换备品轴承并复装就位，经品质再鉴定和功能再鉴定合格后恢复正常运行。

原因分析：该电机2016年3月因运行中负荷侧轴承温度偏高、振动大，结合小修更换了备品电机，备品电机轴承使用的是经验收过的进口SKF轴承，测量轴承间隙符合标准，投运后共运行不到9个月。分析电机轴承保持架磨损的原因，是近期负载侧风机运行过程中振动值较大，风机振动大加速了轴承的磨损，造成轴承间隙超标、保持架磨损损坏。

预防措施：对机械部分长期处在异常运行状态（如振动超标、窜轴等）的设备，加强巡检、维护的同时，适当缩短检修周期，以便及时发现和消除设备隐患，避免缺陷扩大导致电机烧损；同时，在电机大修和更换轴承时测量轴承间隙，确保各参数符合检修规程标准要求。

图1 负荷侧滚柱轴承磨损情况

2.2 案例二：频繁启停导致的交流高压异步电动机烧损

事件经过：2015-01-17T06：34，某厂#7炉A磨煤机A电机启动后即跳闸，运行人员在就地发现电机接线盒处冒烟，检查电动机综合保护装置“速断保护”动作，联系检修人员现场检查电机底部有明显放电痕迹，立即更换备品电机，经试转正常后恢复运行。故障电机解体检查发现端部引线相间短路、引线烧断（图2）。

原因分析：该机组采用的是钢球磨煤机中储式制粉系统，与送风机、凝结水泵、循环水泵等不同，机组运行中磨煤机需要配合粉仓内粉位频繁启停；查阅设备台账，该电机1994年出厂，2003年9月更换F级绝缘定子线圈，2013年10月跟随机组大修，更换F级绝缘后运行不足12年（该厂同期投运磨煤机电机亦曾有多台在运行约十年后发生类似情况，而同期投运的送风机电机、凝结水泵电机等设备并无此问题）。分析#7炉A磨煤机A电机烧损是因端部引线在频繁启停的运行工况下受振动产生了金属疲劳、绝缘磨损，同时故障前最近一次启动过程中绝缘薄弱处在大电流冲击下发生击穿，B、C相间短路、端部引线烧断，故障电流达到速断保护高值动作、开关跳闸。

图2 电动机定子端部引线烧损情况

预防措施：加强设备寿命管理，针对此类频繁启停的重载电机建立寿命管理报警系统，根据设备投运年限逐渐缩短电机大修间隔，通过电气交、直流耐压试验及解体检查等方式判断电机老化情况，将其定子线圈更换时间缩短（上述类型中储式制粉系统磨煤机电机建议控制到十年以内，直吹式制粉系统磨煤机电机及送风机电机等设备可根据绝缘材料的等级及长期运行的温度、电流等工况适当延长，但不建议超过绝缘材料正常使用寿命）。

3 结语

高压电动机运行过程中可能因机械、电气等各方面原因发生故障，除案例中提到的措施，及通过增加变频器、永磁调速、软启动等装置的方式降低电动机启动电流、减小振动或加强通风散热等外部手段，还应做好以下几点基础工作的管控：（1）新到货及大修后的电动机按照电气装置安装工程电气设备交接试验标准和电力设备预防性试验规程要求进行交接预试结果合格；（2）做好轴承及润滑脂备品的选购、验收、安装等过程管控，解体检查电动机轴承、润滑脂及线圈绝缘等情况良好；（3）电动机安装时基础制作平整，电动机联轴器同心度校正合格，各部件检查紧固；（4）运行期间严格控制设备冷热态启停次数及运行电流，减轻绝缘因启动冲击磨损和过热老化的程度；（5）建立滚动轴承电动机润滑脂添加及排出工作台账记录，执行好润滑脂定期更换工作；（6）严格按照周期对保护装置进行校验，认真核算保护定值并执行寿命管理，确保装置可靠性。