螺杆空压机电机频繁烧毁事故分析及对策

闵海斌，李小凤

（陕西钢铁集团汉中钢铁公司，陕西汉中 724200）

引言

空压站作为生产系统能源供应保障的重要公辅设施，其稳定性、可靠性至关重要。某钢铁公司采用英格索兰螺杆空压机，自2011 年投入使用，系统运行稳定，产气量和能耗保持在正常状态。

2015 年7 月以来，发生了数起空压站电机烧毁事故，因其故障原因难于定性，给生产带来较大影响，通过对可能导致事故的因素进行分析，总结此类事故产生的原因，通过实施一系列整改措施，为空压机长周期稳定运行提供了保障。

1 空压机现状及故障现象

空压站内有英格索兰螺杆空压机7 台，其型号M250-HV、M300-HV 两种，采用月度切换制度，4 开3 备，各空压机有独立的控制系统，站内未设置集中监控系统。

2015年7月，在空压电机正常启动过程中，引发了上一级10 kV 开关跳闸事故，经现场检查，该空压机电机A相绝缘击穿导致电机烧毁。

后经过电控回路的改造和整改，系统稳定运行一年后，又发生了5起空压机电机烧毁事故，对电机解体分析后，均发现有不同程度的一相或两相绕组烧损痕迹。

2 原因分析及整改措施

对2015 年7 月发生的电机烧毁故障调取空压机控制面板故障记录，所有参数正常，故障记录显示“主电机过载”。在10 kV 高压后台监控系统有“过流动作”的4次记录显示[1]，说明空压站电机有频繁连续启动现象。初步分析，认为高压开关动作后，该信号与空压机控制停机信号联锁保护失效，高压开关没有及时分闸起到保护作用[2]，引起电机持续过载并烧毁。

高压电机启停是由高压开关柜控制[3]，通过对该空压机10 kV 高压系统过流保护故障和接触器运行状态进行检查分析[2]，确认控制电缆无故障且信号均能正常接通、开断。但对其进行模拟高压故障时，该空压机无响应故障停机信号。

对其它6 台空压机停机检查，发现了同样的问题。经与厂家沟通，在定购英格索兰空压机设备时，未购入高压控制柜，而是利用该厂原有的高压电气柜。在使用过程中，存在空压机的低压控制与给空压机供电的高压柜之间的联锁信号功能未衔接，导致空压机电气联锁信号失效，影响空压机的安全稳定运行。

分析认为，空压机电气联锁信号供电电源来自于空压机控制单元24 V电源，受24 V供电容量及电缆敷设环境、长度等影响，可能存在电缆桥架上动力电缆所产生的磁场对24 V 反馈信号的强干扰，产生假信号所致，使信号无法可靠传输，为了确保空压机信号正常传输，对空压机电控回路进行改造[5]，消除信号存在缺陷，具体措施见图1。

图1 控制回路和改造原理图

（1）严格按照电缆传输的性质进行分类，将高压动力、低压动力、控制信号分层敷设，避免不同信号的电缆相互干扰，减少干扰源。为此，采用双绞屏蔽控制电缆，与动力电缆分开[6]，单独进行敷设。

（2）将高压信号传输电源电压采用DC24 V电源供电，10 kV 高压对信号电缆有一定的感应电压，易发生信号异常，考虑到现场工况，为了提高信号抗干扰能力，将高压信号传输电源电压由DC24 V提高到AC220 V。

（3）在空压机现场控制柜里，增设两个中间继电器[4]，提高信号可靠性，提高信号传输的准确性。以上控制回路改造实施后，投入运行前，在10 kV 高压柜内做模拟信号测试，空压机电控柜控制单元均有信号显示信息。在实际运行过程中，空压机高压电气柜信号与空压机控制柜信号之间未发生信号丢失现象，也没有出现电机有频繁连续启动及信号联锁保护失效的现象，提高了信号反馈功能的准确性及可靠性，对电机起到了一定的保护作用[2]，解决了由此引发的电机烧毁问题。

在排除了由电控方面引起的电机烧毁因素后，随后又出现了几起电机烧毁事故，针对可能导致事故的各种因素进行了全面的分析研究，力求找到事故的其它原因，从根本上解决空压站电机烧毁事故。

3 电机烧毁故障引发的主要原因及措施

经过对烧毁的7 台电机解体维修，共性问题是烧毁部位为绕组中的某一相出现局部烧毁现象。针对此问题，认为主要原因集中在电机频繁启动和外界环境因素影响这两方面，造成电机频繁烧毁。

3.1 电机频繁启动

因设备管理要求，备用设备要求定期轮换使用，确保设备完好，在主机故障时能可靠投入使用。现场实际规定，对备用设备每隔7日进行试机，运行正常后，作为主机投入使用，同时相应停用另一台主机，周而复始，进行循环投切。作为空压机10 kV高压电机，采用的是直接启动方式，实际启动电流达到额定电流7倍以上[1]，会对电机引发以下后果：

（1）由于电机长时间过载或过热运行，存在着一定的定子绕组线圈绝缘老化现象，绝缘最薄弱点容易碳化引发局部接地、线间短路或匝间短路等故障，造成绕组线圈局部烧毁。

（2）电机定子线圈在运行中由于受到电动力（如启动时大电流冲击，所拖动设备振动等）的作用，导致绕组线圈出现匝间松动磨损现象，长期高电位也会使定子线圈发生腐蚀，如绝缘脆化、绝缘发生龟裂等现象，导致最先碳化的绝缘破坏直至烧毁绕组线圈。

3.2 外界环境因素

空压机厂房靠近炼铁厂，厂房封闭不严，铁屑、铁粉进入厂房内。操作人员用水管清洗地面来代替日常清扫工作，加之室内通风效果较差，潮气太大，水汽无法排除。由于电机本身密封不良，潮气、粉尘或其它带有腐蚀性气体，渗透到电机内部的绝缘中，使定子线圈局部受潮或受到浸蚀，降低绕组绝缘强度，从而导致电机绕组局部烧坏。尤其对停机状态的空压机而言，潮气和粉尘进入电机后降低电机绝缘，在启动时更容易发生电机烧毁事故。

4 处理措施

针对空压站设备，制定以下相应的措施：

（1）修订空压机备用设备投运管理制度，尽量减少高压电机的开机次数。倒换操作每半年对备用设备进行送电试机，日常只对备用设备定期盘车、检查等日常保养工作，特别是减少在热状态下短间隔的启动次数，启动间隔时间为30 min以上。

（2）在电机大、小修中加强对绝缘、笼条等状况的检查，对发现的定子绕组龟裂、老化部位进行更换或浸环氧树脂漆处理；对松动、疲劳的转子笼条进行加固和更换。

（3）空压站内禁止用水清洗地面，避免水汽进入电机绕组内部同时对室内百叶窗加装无纺棉过滤布，防止铁屑、粉尘进入。

（4）做好电机自身及周围环境的通风散热，确保电机运行环境良好。

（5）做好电机每个部位的密封，如在各法兰涂少量密封胶，防止油污进入电机绕组内。

5 实施效果

针对性措施的实施，解决了空压机电机烧毁事故，确保了电机长周期安全运行，提高了空压机运行系统的稳定安全性。除此之外，还有一些其他原因会造成电机烧毁，做好以下几点防范措施，保证空压机正常运行至关重要。

（1）由控制柜继电器、高压柜开关、综保（包括欠电压、速断、过电流等基本保护。）失灵故障[3]，造成电机烧毁的问题。

对策：应定期进行继电器、开关柜测试，有问题及时修复或更换。

（2）由于轴承磨损等原因致使定、转子磨擦，出现扫膛现象，引起铁心温度急剧上升，烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从而造成绕组匝间短路或对地“放炮”的现象。

对策：对使用寿命已达5年的轴承进行更换；定期加油，禁止多种润滑油脂混用；对轴承温度进行监测。

（3）由电源电压缺相引发的电机烧毁故障要引起重视。因为正在运行中的电动机缺相后是仍能运转的，只是磁场发生了畸变，但转速下降，滑差变大，在负荷不变的情况下会导致某相电流过大，当长时间运行后，该相绕组可能因过热而烧毁。

对策：对电机进行日常维护和检修的同时，对电机进行相应的真空接触器触头检查和试验，包括动力线路可靠性，杜绝缺相运行。

6 结束语

对于空压机电机在运行中出现的故障，应当引起足够的重视，维护人员应能快速准确地分析问题并及时解决。要做好日常机组运行状态监控，及时做好对关键部位维护保养，延长电机绝缘老化周期和空压机使用寿命，真正做到事前预防，保持设备长期稳定高效运行。