生料立磨高压主电机故障分析及解决措施

张秀全

唐山曹妃甸冀东装备机械热加工有限公司，河北 唐山 063020

邹六省

天津市博业自控技术有限公司，天津 300384

生料立磨高压主电机故障分析及解决措施

张秀全

唐山曹妃甸冀东装备机械热加工有限公司，河北 唐山 063020

生料立磨大型高压电机出现电流异常波动，进线高压柜数字式综合保护装置报“本线路接地”电机保护跳停、电机轴承座密封内漏油等现象。对这些故障的处理获得的经验是：大型高压电机进厂时，一定要检查电机定子绕组引线电缆是否固定牢靠，对在线服役电机也不容忽视；电机滑动轴承采用稀油润滑，优先选用强度较高、弹性好的、带有钢丝的透明胶管；日常巡检维护工作要全面、到位不留死角。

高压电机 电流异常波动 保护跳停 漏油

0 引言

某公司5 000 t/d熟料生产线配置两台JLMS46.4生料立磨，综合台时315 t/h，内置笼形转子选粉机，四个锥形辊子与磨盘配合破碎、研磨工作，主传动电机为2 600 kW绕线型高压进线10 kV电机，生产运行过程中曾经出现过电机电流异常波动或进线高压柜数字式综合保护装置报“本线路接地”电机保护跳停机以及出现电机轴承座密封内漏油等现象。本文就各故障现象的研究排查分析以及解决措施进行介绍。

1 立磨配套设备主要技术参数

（1）生料立磨型号JLMS46.4，磨盘直径4 600 mm ，转速27.1 r/min。

（2）减速机型号JLP250G，输入功率2 600 kW，速比i=36.585:1。

（3）主电机型号YRKK800_6 ，额定功率2 600 kW ，转速992 r/min 。

定子电压10 kV，电流 182 A；转子电压2 450 V，电流 651 A。

绝缘等级F， 防护等级IP54/IP23，冷却方式IC611。

配套液体电阻启动器型号WYQ6-3CRX。

2 电机故障分析及解决措施

2.1 立磨电机运行电流异常波动

生料A磨机生产运行中突然出现电机电流异常波动。工况表现：磨机加载，研磨压力加不起来，台时降低，排渣量增大。通常，引起电流异常波动的可能因素是工艺操作风温、风量、喂料量增大，料层厚度或物料粒度增大等变化以及辊套磨损严重或卡住不转等机电设备故障。而且波动范围在125～210 A，而正常情况电流波动范围在135～165 A，波动宽度范围操作控制在±15 A左右。停止向磨机内供料，分别采取从工艺操作、机械设备及液压控制系统、电机电气线路控制系统等三个方面查找原因。检查没有发现入磨风温、风量、研磨压力、挡料圈高度、料层粒度和厚度等工艺操作异常变化；进一步检查也没有发现磨内进入金属异物、机械设备零部件损坏和各磨辊液压系统异常情况。操作磨辊抬起，电机带动减速机空载运行电流在40～100 A左右，波动范围很大，正常空载运行电流应该稳定在额定电流的1/3即(60±1)A左右。停机检查后再次启动时电机发出沉闷声，但没有转动。总降变电站消弧线圈柜报“母线接地”故障。逐步详细检查电气线路控制系统和电机，发现电机定子引出线绝缘层损坏，露出内部铜线，其中有一根铜线崩断导致三项U、V、W中只有U、V接通，其他项不通，电机启动不起来。

原因分析：电机引出线没有与定子绑扎固定牢靠，电机运行过程中，内部冷却循环风吹动引出线与定子金属摩擦，导致定子线圈引出线绝缘层损坏，绝缘性能降低，露出内部破损部分铜线与定子有时瞬间搭接，导致瞬间对地泄漏，电流增大，三项电流不平衡而引起电流异常波动，属于电机出厂时没有把电机引线固定牢靠的质量原因所致。

现场解决措施：（1）现场拆除电机上盖，检查破损引出线，对于二根绝缘层损坏但铜线没有断裂问题的电缆采用绝缘套管做绝缘耐压处理；（2）对于铜线崩断电缆，由于当时没有合适电缆，现场采取清理铜线崩断部位，切掉铜线氧化部位，用银焊条施工焊接崩断铜线电缆，清理焊接毛刺，做好绝缘层保护，更换定子线圈引出线铜鼻子等附件；（3）做好电缆绝缘保护措施并固定绑扎引出线，并做定子实验，三项直流阻值0.42 Ω相同，符合技术要求。开启电机后空载和工作带负荷运行电流平稳正常，没有异常声音和过热情况。通过采取上述措施快速恢复了电机稳定运行，效果较好，保证了生产运行。

2.2 立磨运行中主电机突然跳停

原料B磨主电机运行过程中突然跳停，发现B磨进线高压柜综合保护测控装置报“本线路接地”故障跳停；主电机综保报“非电量1动作”故障。利用10 kV高压摇表检测发现主电机定子绕组在升压到7 000 V时出现对地放电现象。遂决定将主电机开盖检查，发现负荷端转子冷却风扇轮与装配支撑固定两个顶丝松动、配合键松动并轻微滚键、风轮叶片铆钉脱落、有一匝线圈崩断“放炮”等现象。

原因分析：从生料B磨停机前运行趋势曲线图（图1）看，主电机没有异常超负荷运行，电流没有超出额定182 A运行，研磨加载压力控制在5～5.8 MPa，减速机水平和垂直振动值分别在4 mm/s和3 mm/s以下，电机轴瓦温度在55～57 ℃，电机绕组温度小于55 ℃，说明设备各项运行数据均正常，生产运行工艺操作正常，没有违反设备操作规程超载运行导致设备异常损坏。

图1 生料B磨运行趋势曲线

从电机定子绕组线圈（图2）和转子风扇叶轮（图3）损坏分析，主要是由于运转中负荷端转子风扇叶轮叶片铆钉松动和叶片从折弯处断裂后脱落，甩掉下叶片冲击切割线圈破损“放炮”崩断，导致进线高压柜综合保护测控装置报“本线路接地”故障跳停。另外，检查发现非负荷端转子风扇叶轮叶片折弯处也有开裂，虽然未完全断裂脱落，但也存在严重的制造质量安全隐患。

图2 定子线圈崩断

图3 转子风扇叶轮脱落

解决措施：（1）解体检查并采取用高压清洗机清洗定子铁心油污等，更换同规格新线圈及测温电阻（见图4），按照工艺技术要求浸漆“F级”、烘干；（2）制作转子负荷端风扇叶轮并安

图4 更换绕组线圈

装在轴支撑座上，叶轮和轴支撑座除采取键连接固定外，另外采取增加两个位置用M12顶丝使叶轮轮毂与支撑座固定牢靠，防止松动；（3）高压清洗转子除灰和污垢、浸漆“F级”、烘干；（4）检查转子非负荷端风扇叶轮叶片折弯处有开裂的（见图5），全部采取焊接叶片折弯拐角方式，防止再发生断裂脱落；（5）转子组做动平衡达到G1.0级；（6）组装转子与定子，检查轴与滑动轴承配合间隙和接触面积达到技术要求，修复滑环表面光洁度与碳刷接触良好；（7）按照技术要求做好高压电机各种绝缘、耐压、泄露等实验。

图5 风扇叶片开裂

2.3 电机轴承座密封内部漏油

目前，大型高压轴瓦电机端盖式轴承座普遍存在内部漏油情况，因而电机线圈受油污腐蚀烧损的情况时有发生，这类事故大多数发生的部位基本集中在电机定子槽口、绕组端部和绕组引线的位置。分析认为，漏入油污粘附在线圈上，对线圈主绝缘溶解浸蚀，使主绝缘与导线分层，线圈整体绝缘强度降低；绕组引出线受油污浸泡，绝缘皮鼓胀老化，长时间运行会导致电机定子绕组相间短路、接地短路等故障。

现场打开电机轴承座前后端盖，发现电机底部和线圈上有油污，主要原因是：（1）原始电机轴承座迷宫密封回油管安装时，胶管与铁管丝头连接金属卡箍没有紧固牢靠，由于振动和胶管热胀冷缩时松动掉下（见图6）漏油并随循环冷却风飞溅到绕组线圈上；（2）密封回油胶管老化，出现裂纹导致渗油至电机内部；（3）电机轴承座密封回油孔（管）进入油泥或杂物堵塞，导致多余润滑油从轴头密封处漏出；（4）轴瓦浮动式迷宫密封油封破裂漏油（见图7）。

解决措施：（1）定期（6个月）检查紧固油管卡箍牢靠；（2）定期（6个月）检查更换老化开裂油管；（3）清理回油管油污及杂物等，保证回油管路畅通干净；（4）更换磨损或破裂的轴瓦浮动迷宫密封油封件。

图6 电机轴承座油管掉下

图7 轴瓦密封油封破裂

3 结束语

大型高压电机是水泥生产线重要电气设备，体积、重量较大，价格昂贵，拆装维修困难，一旦发生故障停机时间较长，如在市场销售旺季会影响水泥生产和企业经济效益，同时，产生较高维修费用等经济损失。以上电机故障的分析和处理，说明再好的装备也可能存在制造、安装等这样或那样的不应该发生的问题，也应吸取教训引以为诫，避免发生类似故障。以上电机故障的分析和处理，笔者获得的经验是：

（1）大型高压电机进厂时，一定要检查电机定子绕组引线电缆是否固定牢靠，同时，对在线服役电机，应利用检修保养时机检查引线电缆是否松动，一定要固定牢靠安全。

（2）大型高压电机转子风扇叶轮应优先选取叶片与前后盘焊接固定形式，这种形式比较安全可靠。叶片铆接方式容易出现铆钉与孔配合松动脱落，同时2～3厚度较薄钢板叶片折弯后存在应力集中现象，容易出现开裂。对已经安装使用电机转子风扇叶轮叶片铆接方式的，要利用停机定期检查铆钉与孔配合是否松动脱落和叶片开裂，发现问题及时解决处理，避免发生设备故障或事故。

（3）电机滑动轴承采用稀油润滑时，轴承座迷宫密封回油胶管设计安装时，要优先选用强度较高、弹性好的带有钢丝的透明胶管，强度高且检查回油比较直观；黑橡胶管受油浸泡后容易老化出现龟裂渗油，不透明，检查不方便，但是一定要定期检查固定回油胶管卡箍的牢靠性。

（4）加强大型高压电机管理，除加强日常巡检维护外，检查油位不要高于油镜刻度上限，供油压力不要高于0.15 MPa，关键要保证润滑供油量。检修消除轴瓦和油管路振动，清理呼吸帽，防止漏油，同时，检查轴承座排污孔，观察漏油量，及时判断更换轴瓦磨损的密封件。建立定期（6个月）检查保养制度，对电流、电压、温度、振动、绝缘阻值、声音等运行实际记录与历史数据趋势比较分析，总结原因，及时解决故障隐患，以保证大型高压电机安全稳定运行。

几例PLC现场干扰问题的浅析及处理

邹六省

天津市博业自控技术有限公司，天津 300384

摘 要 水泥生产线经过长时间的运行，现场很多元器件逐渐老化，再加上粉尘环境的影响，现场许多成套PLC系统受到变频器干扰失控，给现场控制带来诸多问题，比如：水泥磨稀油站油泵启停信号干扰、原料矿渣上料皮带机旁按钮盒干扰、篦冷机弧形阀接近开关信号的干扰、生料排风机给定信号干扰等。这些问题的处理充分说明：变频器高次谐波干扰的消除须从设计到施工都要采取抑制措施。

关键词 变频器 高次谐波 干扰 抑制措施

0 引言

近年来，随着变频器技术的广泛应用，对于变频器高次谐波干扰的抑制措施已经取得了很大的成果，例如在变频器输入输出端加入电抗器、变频器动力电缆和控制电缆选择屏蔽电缆、保护接地和工作接地分开、电缆施工时动力电缆和控制电缆及模拟信号电缆要分开敷设等。本文以天津某公司1996年建设的一条生产线为例，当时受资金成本的限制，现场大多数风机风量采用阀门进行控制。随着资金成本的稳步回笼，变频器逐步被应用。由于是改造项目并且尽可能地节省成本，在设计上没有使用电抗器，施工上继续使用原阀门模拟信号电缆和电气柜开关量信号电缆，给变频器干扰埋下了隐患。经过大约10年的运行，现场很多元器件逐渐老化，再加上粉尘环境的影响，现场许多成套PLC系统受到变频器干扰失控，给现场控制带来诸多问题。本文选择几项干扰案例进行浅析，并介绍处理措施。

1 水泥磨稀油站油泵启停信号干扰

水泥粉磨前轴承稀油站使用三星SPC 100电源，CPU型号为10R，开关量输入、输出均为8点220 VAC。油站接收中控DCS系统的开关量信号有两个：一个是中控DCS对稀油站的驱动信号作为稀油站PLC系统的输入来实现对油站的驱动；另一个是中控收到水泥粉磨主电机的应答信号后，由中控发出一个磨机运行信号作为油站高压油泵的停转信号。2003年年初，当选粉机循环风机ACS600变频器投入正常运转后，我们发现稀油站的两台低压油泵总是无规则地瞬间启停，当中控正常驱动油站后，2台低压油泵能够正常工作，但高压油泵在磨机运行前又总是无规则停转。

显然，油站受到变频器信号干扰。通过观察，我们发现在油站未受到驱动的情况下，变频器对油站的干扰不是来源于DCS对PLC的驱动继电器K的线圈，换句话说，就是油站受干扰运行时，DCS对PLC的驱动继电器K没有吸合。但通过用万用表测量作为油站PLC驱动输入的继电器K的常开点，发现常开触点在PLC的DI那一侧有80 V的压降。正是这80 V的电压信号使得油站受控DI被激活。由于我们很早以前就试验过欧姆龙HH52P中间继电器线圈吸合的临界值是130 VAC，所以加入中间继电器K1，使80 V的压降信号作用于K1，再通过K1的常开触点作为PLC的DI输入信号。

2 原料矿渣上料皮带机旁按钮盒干扰

原料系统为集中优先控制方式。机旁启动点进入DCS，只有当控制室进行解锁操作后现场才能进行启停操作。而某些个别设备如矿渣上料皮带机旁启动点虽然进入PLC，但无需控制室控制，岗位人员直接按下机旁启动按钮，通过PLC程序使设备驱动运行。

2005年，矿渣上料皮带在无人操作下会经常突然自动驱动，电工检查程序和元器件都没有发现问题，测试各点压降也正常，现场启停也正常。我们怀疑有干扰，但找不到干扰源，所以无法对症下药。

经过蹲守，我们发现症结所在。原来矿渣上料皮带和机修车间相距约10 m左右，每次机修车间一进行电焊作业，皮带便可能突然启动。于是，我们让机修人员保持作业状态以方便我们排查故障。经过排查，我们发现原来在电焊时，启动按钮常开点上有150 V的电压，在程序上，可以清楚地看到启动DI输入信号干扰时隐时现，出现时间时短时长，出现间隔呈随机性。要解决这个干扰，显然加中继的方法是不行的。于是我们考虑给机旁按钮做接地处理来消除干扰。

若直接将启动按钮的常开点接地，虽然可以消除干扰，但正常启动时就会发生L和PE的短路，所以还要在按下按钮时使接地回路断开，由于每个按钮都有常开和常闭各一对触点，所以我们就利用那对常闭触点来实现消除干扰的功能。方法如图1所示，图1中，A点为干扰源。

图1 利用机旁启动按钮常闭点消除干扰

3 篦冷机弧形阀接近开关信号的干扰

窑头篦冷机弧形阀，控制柜PLC为三星CPL 9216 plus型，输入输出均为交直流两用，电压等级220 V、24 V均可，现场弧形阀PLC输入、输出均采用220 AC。弧形阀电机连接拐臂，阀门受接近开关控制。常态下，阀门都是关闭的，即接近开关为“1”态。当阀门受控动作时，拐臂上焊接的限位撞块离开接近开关，拐臂带动阀门挡板打开，开始下料，拐臂转动360°，限位撞块回到接近开关处，阀门关闭，然后等待下一次的开启放料。经检测，拐臂转动一周需要13 s，于是，在PLC程序中设定如果弧形阀在驱动后3 s还能采集到该弧形阀的限位信号或者拐臂离开接近开关16 s仍无法采集到该弧形阀的限位信号，则认为弧形阀没有动作或者在驱动过程中电机停转，PLC输出故障信号告知中控。

2003年5月开始，弧形阀频繁报故障，造成现场漏风，扬尘严重。经检查，原来弧形阀故障和窑头排风机变频器投入有关。造成接近开关输入的DI点压降达到160 V，从而干扰到信号的正常采集。

接近开关为220 V有源二线制元器件，显然，上述方法皆不可取。但是我们可以利用PLC本身的优势，将PLC的输入控制使用24 VDC来代替220 VAC，这样，通过交直流的转换就可以消除干扰。而接近开关为220 VAC，所以要加入中继过渡转换或者更换为24 VDC接近开关。由于加入中继的同时也可能增加新的故障点，而公司库房尚有足量24 VDC接近开关，所以我们更换了接近开关。经改造后，弧形阀动作恢复正常。

4 生料排风机给定信号干扰

2004年4月，生料车间在一次大检修后，生料操作员按顺序依次启动各组设备，在生料排风机变频器启动后，当给定转速并驱动后，上位画面显示转速反馈为0 HZ，于是找来电工查找故障。

首先打开下位梯形图控制软件，上位给定转速值已经传送至实际配置的寄存器，说明信号已经传送到现场。在变频器上，液晶显示屏上显示给定值正常，反馈值为0。查看变频器的参数设置：包括最大和最小频率设置（0～50）、输出信号类型设置（转速）、输出信号范围设置（4～20 mA）等，没有发现参数被篡改。摘掉一根输出信号端子上的电线，让中控室给定不同的转速值，使用万用表测量输出信号，发现屏显输入跟随中控的给定相应变化，但屏显输出都是0，万用表也皆是4 mA。经过我们分析给出两种可能：一是变频器IO板损坏，二是变频器本身信号干扰。如果IO板损坏，势必需要重新采购，这需要时间；如果是干扰问题，则属于公司内部问题，需要我们自己解决。而这也是目前我们能够试验的。

首先我们检查所有屏蔽接地，发现电气保护接地并没有和屏蔽接地完全分开，这一问题解决后，发现问题依然存在。虽然重新敷设电缆是一种较好的方法，但费时费力。最后，按照我们以往处理模拟量信号干扰的方法，在DCS的给定和反馈端都加上WS1562型无源隔离器，送电后发现问题得以解决。

5 结束语

本文从现场维护的角度列举了4例排除变频器干扰的方法，对于消除变频器高次谐波干扰从设计到施工都要采取抑制措施，主要包括：

（1）在工程施工时，尽量将干扰源电缆和信号电缆分开敷设，当干扰源电缆和信号电缆不可避免地需敷设在同一电缆桥架或电缆沟内时，电缆桥架里要加装隔板，电缆沟里要分层敷设，并且弱电信号电缆置于强电动力电缆的下方。

（2）信号电缆采用屏蔽电缆并将屏蔽一端可靠接地，屏蔽接地和保护接地分开。

（3）PLC选型要选择抗干扰能力强的产品，PLC接地端子要接保护地。

（4）模拟量输入信号和模拟量输出信号要加装隔离器。

（5）工程设计时，现在大多已经在变频器的输入端或输出端安装了电抗器来抑制电源上高次谐波电压，但对于企业自行的改造项目，往往为节省成本或专业知识水平限制不安装电抗器，从而为变频器干扰埋下隐患，要特别注意。

（6）文中列举了几例简单处理干扰的方法，还可以针对具体情况加装滤波器来消除变频器谐波干扰或者对PLC驱动的DI故障信号做延时处理以过滤脉冲震荡信号干扰。

（7）在变频器的选型上也要尽量选择谐波泄漏少的产品。

（收稿日期：2015-05-21）

2015-03-28）

TQ172.632.5

B 文章编号：1008-0473(2015)05-0046-04

10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.05.015

Q172.8;TM571.6 文献标识码：B

1008-0473(2015)05-0050-03 DOI编码：10.16008/j.cnki.1008-0473.2015.05.016