聚合釜搅拌电机损坏原因分析

孙全成，李晓宁，孟金甫，唐文豪

（河南神马氯碱发展有限责任公司，河南平顶山 467242）

河南神马氯碱发展公司30万t/a PVC 工程中有10台聚合釜电机，其中，5台为低压电机，功率为160 kW，自2006年投运以来，未出现过电机损坏现象。5台为高压双速电动机，高搅拌电机功率为240 kW，低搅拌电机功率为60 kW，自2009年投运以来频繁损坏，多次造成公司10 kV 系统单相接地，对供电带来较大安全隐患。10 kV 系统分支较多，尤其聚合釜电机分支达十处之多，单相接地故障发生的概率较大，一旦出现单相接地故障，系统的相电压将升高为线电压，单相接地故障发生后，可能发生间歇性弧光接地，造成谐振过电压，产生几倍于正常电压的过电压，过电压将进一步使线路上的绝缘薄弱部分绝缘击穿，造成严重的短路事故，还可能烧毁部分配电变压器，使线路上的避雷器、熔断器绝缘击穿、烧毁，也可能发生电气火灾。发生单相接地故障时，由于配电线路接地相直接或间接对大地放电，将造成较大的电能损耗，如果按规程规定运行一段时间（不超过2 h），将造成更大的电能损耗。所以，发生单相接地故障后，必须尽快查找并消除故障，但有些高压电机即使查找到单相接地，也不能及时停运，如聚合釜搅拌电机等。

1 高压电机的相关规定

1.1 高压异步电动机的启动

如果直接全电压启动，启动电流将达到额定电流的6～7倍，而启动转矩只有额定转矩的0.4～0.6倍。过大的启动电流、过小的启动转矩和过长的启动时间，都给电机和电网造成了极大的危害。当电机启动电流达到额定电流的6～7倍时，线圈发热量是电机在正常运行时的36～49倍（平方关系），产生的电磁力同样达到36～49倍。过高的温度、过快的加热速度、过大的温度梯度和电磁力，产生了极大的破坏力，缩短了定子线圈和转子铜条的使用寿命。

1.2 电动机的冷态和热态

电动机停止运行后，环境温度在25 ℃以上时，3 h以内为热状态，3 h 以外为冷状态；环境温度在25 ℃以下时，时间减半1.5 h 以内为热状态，1.5 h 以外为冷状态。

1.3 高压电动机启动次数和时间间隔

正常情况下，高压电动机在冷态下，允许启动2次，每次间隔时间不小于5 min；在热态下，只准启动1次。只有在事故处理以及启动时间不超过两三秒的电动机才允许多启动1次。

高压电动机需要频繁启动时（如做动平衡试验时），启动的时间间隔为：200 kW 以下的电动机，不小于0.5 h；200～500 kW 的电动机，不小于1 h；500 kW 以上的电动机，不小于2 h。

2 10 kV 系统及聚合釜电机的运行现状

2.1 10 kV 系统

该公司有2条10 kV 系统，1套应急柴油发电机系统，为保安电源。每条10 kV 系统上有2套PT消弧及过电压保护器，当10 kV 系统发生单相间歇性孤光接地时，一套为只报警；一套为报警和动作都投运。2010年12月某日8点许，10 kV I 段多台高压柜报警，零序过电压，经值班人员到现场确认发现，10 kV I 段B 相相电压为零，1#PT 消弧及过电压保护器报警动作，B 相弧光接地。经到现场检查，无断路器跳闸及明显的故障现象，初步分析为是保护误动作，对1#PT 消弧及过电压保护器进行复位操作，刚一复位，保护器又动作。遂断定有故障点。随后，采用“拉路法”进行排查，11时许，1#聚合釜高低搅拌切换时，10 kV 系统B 相相电压突然恢复正常，紧接着又为零，判断故障点为1#聚合釜供电回路故障。由于1#聚合釜正在运行，不能立即停运。当日16时许，1#聚合釜出料完毕，搅拌电机停运后，系统立即恢复正常，现场检查发现，搅拌电机B 相接地，A、C 相正常。此后，公司规定，当启动大型电气设备或高压电动机时，必须通知调度。通过此次经验教训，10 kV 系统再次发生单相时，查找故障点就容易多了。

2.2 聚合釜电机的运行现状

该公司20万t/a PVC 装置中聚合釜为5台70 m3聚合釜，配套的搅拌电机为双速高压电动机，高搅电机功率为240 kW，额定电流为17.4 A；低搅电机功率为60 kW，额定电流为11.7 A。高压电动机综合综保器的报警设定值为：过负荷报警值为1.1 IN，延时时间为8 s；过负荷跳闸设定值为1.5 IN，延时为零秒。

每一釜料反应过程为，高搅涂釜30 min，低搅进料10 min，高搅反应5 h，低搅出料1 h。清釜后开车前试验一次低、高搅切换情况。

自2009年投运以来，多台聚合釜搅拌电机的低搅运行时电流保持在13 A 左右，超负荷11%，甚至，有的搅拌电机至聚合釜反应后期电流16.8 A，严重超负荷，高达44%。这些搅拌电机长期超负荷运行，从而引起电机绕组过热、绝缘老化，最终造成电机绕组绝缘击穿，发生单相间歇性孤光接地，引起PT 消弧及过电压保护器报警动作，造成公司10 kV 系统单相孤光接地，给供电系统带来较大的安全隐患。据不完全统计，自2009年聚合釜投运以来，聚合釜配套搅拌高压电机损坏情况见表1。

表1 70 m3聚合釜配套搅拌高压电机损坏统计表

3 聚合釜电机频繁损坏的原因

70 m3聚合釜配套搅拌高压电机损坏的原因是，电动机频繁启动，即高低搅拌频繁切换，配套的高压电动机的低搅功率偏小，引起电机低搅时过负荷运行，从而造成电机绕组过热、绝缘老化。

4 改造措施

（1）将聚合釜反应结束后的低搅出料运行改为高搅出料运行，尽量减少高低搅拌切换次数。

（2）当电气人员发现聚合釜电机过负荷报警时，及时通知调度及聚合厂，待聚合釜停车后，查明原因后方可再次投运，禁止搅拌电机长期严重过负荷运行，防止搅拌电机运行中绝缘老化，造成单相接地，冲击供电系统。

（3）增大聚合釜的配套高压电动机的功率，即新购时选用高低搅功率为280 kW/70 kW。