异步电动机怎样减小故障发生率

聂义刚,牛永杰

(正和集团股份有限公司，山东 东营 257300)

电动机是工厂最主要并且应用最广泛的能量转换设备，随着各种工艺控制，环境安全等方面需求，大量的异步电动机被用在生产现场，生活服务等各个环节。就某炼化企业，八百万吨/年原油加工，催裂化以及其他配套装置，其中各种电动机总功率就是十几万千瓦。大大小小电机2000多台，每年的电动机维修费用就是近百万元。在企业生产成本中占用不小的比例。连续生产的装置，因电动机故障停机，直接影响装置平稳运行，影响正常的工艺调节。特别是单机运行的设备，譬如催化剂主风机，加热炉鼓风机等，因电动机故障原因停止运转，经济损失巨大，并且严重影响安全运行指标。因此研究电动机故障，减小电动机故障发生率意义重大。

电动机主要的故障有两个方面，一个是绕组故障，另一个轴承故障。绕组是能量转化的主要载体之一，电动机使用中因电流过大，绕组积温过高,绕组绝缘强度下降等因素影响，绕组短路或接地。轴承受到润滑，不均匀径向力等影响，致使轴承寿命大减，甚至出现“抱轴”情况发生。下面我们对这两种故障分别分析。

1 异步电动机绕组损坏

1.1 电动机腔内长期积水

异步电动机绕组长期积水，受潮，会直接发生绕组短路或接地，当通电时，发生放电。这种情况露天立式安装的电动机很容易发生因降水而导致进水受潮，或者卧式电动机安装位置地势低洼，密封条件差，受降雨进水或水浸泡等原因，造成定子绕组绝缘强度降低。在上电运行时，电动机绕组绝缘强度薄弱点被击穿，造成绕组短路或接地。

1.2 继电保护设备原因导致电动机烧毁

一般来讲，电动机继电保护定值过大，或者电动机运行超过设定值，继电保护设备在设定值时拒动，使电动机超额定值运行，电动机短时间积温过高，烧坏绕组。还有就是缺相运行，电动机的两相电流过高，继电保护拒动或未设置缺相保护，电动机绕组容易烧毁。继电保护设备取用参数不当，必要的保护参数未设置，或未设置保护跳闸，以及采样、控制线路故障，导致继电保护设备失去作用，这一些都可能导致电动机烧毁。

1.3 使用变频器的电动机也有可能烧毁电动机

使用变频器的电动机也有可能长期低速运转，电机积温过大，造成绕组烧毁。这种情况一般是变频器带动的电动机不是变频器专用的。特别是在低速运转，电动机自身带的风扇因转速低，冷却效果不好，转子内部的风扇也是因转速低冷却效果不好。电动机绕组长期温度过高，绝缘强度逐渐变差，直至造成绝缘物质彻底失去绝缘作用，电动机绕组从绝缘薄弱点开始放电，导致绕组短路或接地。

1.4 其他导致绕组烧坏的原因

电机因负载原因或本身转动部件卡住，而继电保护装置因质量原因或选型不当，定值不准确，电动机电流瞬间大幅度增长，如果这种情况持续几分钟，电动机绕组就会短路或接地。冷却设备故障导致电动机散热不良，如果持续运行电动机，绕组绝缘强度降低，电动机使用寿命大大降低。如散热风扇损坏，无吹风或无吹风量小，吹风无法浴吹机身，造成电动机积温过高，直至烧毁电动机绕组。电动机电源原因也可能造成电动机绕组烧毁。当电源电压过高，或过低，或者三相严重不平衡，电源缺相，继电保护器没有起到必要的作用，都会造成绕组发热严重，直至烧毁绕组。一般来说三相低压交流电源电压三相要求平衡，并且在电动机额定电压百分之一百一十至百分九十五之间。

2 电动机另一个容易发生故障的地方就是转动部分

电动机转动部分发生故障一般是轴承，和承载轴承的端盖内圈损坏。我们分析有以下几方面的情况。

2.1 电动机轴承润滑出现问题

一般来说以下几个方面原因，润滑油缺少或变质，或使用不合适润滑油脂。

2.1.1 润滑脂选型不正确

电动机轴承用润滑脂一定要用耐温高，有着良好的热稳定性，良好的润滑性，以及抗水性等。还有就是一旦受热变稀，冷却后能恢复正常。在工厂中用到比较多的是二硫化钼润滑脂和锂基脂润滑脂，能够满足电动机润滑使用。而一般润滑油脂在70度就起不到润滑作用。同时润滑油要有耐水性能。电机长期不用，或环境恶劣，轴承腔内积累水珠，这时当起动电动机，一般油脂很可能迅速变性，起不到润滑作用。如果不立即停止运转，电动机轴承处温度变得很高，直至损坏轴承。

2.1.2 润滑油脂的使用量

轴承腔内加注润滑脂量过多或过少都不合适，必须维持适量的润滑脂(一般为轴承室内部容积的2/3～3/4)[1]。因为一旦加满，我们注意到当电机转动起来之后，会有很多油脂从轴承小盖缝隙被挤出来。可以想象以下，高速运转的滚珠，产生的高温热量，不易散发。甚至，产生高温会导致润滑油变质，以液体形式流出来。如不及时停机，会导致轴承因高温与端盖抱死。当然，轴承润滑油缺少，轴承得不到有效润滑，轴承很快因润滑不良，轴承损坏。

2.2 与负载硬连接

负载端传来振动，引起轴承滚珠径向受力不均匀，最终导致滚珠与轨道不规则挤压，造成轨道或滚珠破损。这种情况电动机通过靠背轮或者联轴器与机泵连接，一种情况是，机泵本身震动过大，通过连接设备传递震动到电动机，从而使轴承受到影响。还有一种情况就是电动机转子与连接设备以及机泵轴不同心，当运转的时候，这种不同心的设备组合就表现为震动，噪音，速度越高，震动与剧烈，电动机轴承受到影响，使用寿命大大降低。

2.3 轴电流

电动机产生轴电流也是造成轴承损坏的原因之一。特别是较大功率的电动机，容易产生轴电流，造成轴承损坏[2]。电动机因制作工艺，维修损伤以及其他原因造成转子端部扇叶缺损，转子导条碰坏，转子失园，或者定子铁心碰伤等情况，在通电运转，就电动机内部会表现出轴电压。转轴与机壳硬接触的地方就是轴承与端盖。正常情况下润滑脂在滚珠与轴承轨道内形成一层油膜，尽管电动机产生轴电压，这个电压一般在2伏左右。可是不会有轴电流，更不会放电破坏轴承。但是当润滑脂质量不合格，或者电动机形成的轴电压过高，润滑脂不足以起到绝缘作用，就会造成滚珠与轴承轨道内表面的放电，损伤轨道金属表面。某化工厂催化装置主风机，电动机6kV，2985转/分，800kW，是国内一家老厂家电机企业生产的设备，是化工厂连续生产的核心设备。轴承型号6327SKF，一个月内在同一个非轴伸端位置换了6个轴承，轴承用时最短的时间是4个小时，润滑油就因高温流出来了，后来就不敢再开机了。使用红外线测温枪测量电机温度40℃，测量电机端盖轴承处温度60℃。观察轴承损坏情况，滚珠轨道表面有浅浅的放电状伤痕，这就是典型的轴电流放电结果。

2.4 影响电动机轴承损坏的其他方面原因

装配工艺影响，当装配轴承时，不正确的敲击方法，损坏滚珠。轴承安装到位后，轴承外圈与端盖间不牢固，短时间运转可能看不出问题，长周期运转，很容易造成轴承"跑圈"，轴承在轴承腔内磨出轴承轨道，造成轴承因产生的高温卡死。这种问题解决就是对端盖内圈焊补后镗圆，使轴承与端盖紧密结合。还有一种方法就是加润滑脂，一定检查轴承和轴承腔洁净，润滑脂不能有杂质。轴承内有杂质，也是导致轴承损坏的原因之一。

3 怎样避免故障的发生

3.1 避免绕组烧坏或绝缘受损

3.1.2 检查长期不用的电动机绝缘强度

长期不使用的电动机，需要起动时，一定要用兆欧表测量一下绝缘强度。低压电动机一定要确保绝缘强度在零点五兆欧以上的阻值，才可使用。特别是在雨季，潮湿环境，即使停机时间不长，需要重新起动，特别注意先测量绕组绝缘强度。当然，一旦绝缘强度阻值很低，甚至降为零。不一定绕组就烧坏，或许是进水，拆卸大盖，做烘干或通风处理。再次检测达到零点五兆欧以上的绝缘强度，仍然可以满足使用，否则，就要对电动机拆卸大修。

3.1.2 对进水的电动机，拆卸后进行通风、烘干

在室外安装的电动机，立式安装的电动机，没有使用防雨罩，因降水原因，或净水冲刷，在电动机通过转子与小盖间隙，进水，在腔内积水，电动机绕组收水浸泡，可能造成绕组烧坏。这种情况，立式安装的电动机一定要安装防水罩，净水冲刷，一定要做好防护。避免腔内进水。

3.1.3 选用变频器专用电动机

使用变频器的电动机，一般要选用变频器专用电动机，否则，使用一般电动机，联系工艺，了解到电动机会长期使用在低速段，要考虑使用其他方式通风，如在非轴伸端安装轴流风机；在电机近距离放置排气风扇向电动机强制吹风。

3.1.4 采用安全可靠的继电保护设备，并正确设定保护定值

满足缺相，电压过高或过低，长期超负荷，单相接地，电机堵转等等情况下，继电保护设备能够启动保护，使电动机失电而退出运行，从而保护电动机不被烧坏。现在的低压电动机保护器都是用数字是保护器，并且可以实现数据能够上传至监控后台。继电保护设备要定期检验可靠性，特别是低压电动机综合保护器装置，一般成本低，使用方便，很少有校验。这样很难保证继电保护设备在运行中起到保护作用，在使用者有很多的电动机烧毁的例子，就是继电保护设备应该保护动作，但是没有启动保护出口，很明显及继电保护设备质量不过关，没有起到保护作用。

3.2 转动装置的保护

3.2.1 润滑油正确选型

异步电动机大多转速在接近1500转/分或3000转/分，特别对于连续性运转的电动机，而且环境恶劣，受雨水、高温等影响，润滑油选择一定要满足耐温要高，耐水渍。一般来水二硫化钼润滑脂或锂基脂润滑脂，能够满足要求。当然选择信誉度高的品牌产品有保障。二硫化钼润滑脂和锂基脂能够满足使用，这两类润滑脂一般耐高温120℃以上，同时具有良好的耐水性能，在使用环境中，因降水、净水冲刷原因，轴承可能有进水的可能，良好品质的润滑脂确保电动机安全运转。

3.2.2 加注润滑油脂的量

较高转速，如接近3000转/秒，油脂加注一半容积的轴承腔，较低转速可适当加到轴承腔的三分之二，不要加满。长期运转的电动机，补充润滑油一定做好记录，运行周期二至三个月可一次补充相同润滑脂30g左右，根据轴承大小，克酌减或增加使用量。电动机大修，轴承清洗，润滑脂全换。

3.2.3 电动机轴心确保与之硬连接的负载设备同心

泵类，风机与电动机硬连接，装配时一定确保同心，最大程度减小电动机受到的径向力。借助水平仪等器具使之机泵同心。同时，联轴器连接可靠，紧固件齐全紧固到位，金属垫完好无损，机泵固定螺栓拧紧。

3.2.4 采用特殊轴承克服轴电流影响

我们克服轴电流的影响，一般来说，就是防止它在轴承轨道面放电，或者是对转子检查处理，防止出现风扇缺页，转子表面损伤等情况。对于轴承腔表面防止放电，有的专家说可以再轴承外圈和电动机端盖内圆加一层青稞纸起到绝缘作用。这种方法从理论上可行，但是实际操作很难操作。两个紧密结合的金属之间加一层青稞纸，一方面很难保证青稞纸的完整，另一方面也大大减弱轴承与端盖之间紧密程度，很可能造成轴承"跑圈"。我认为可用一种绝缘轴承，这种轴承就是普通轴承外圈表面加了一层绝缘涂层，专门对付轴电流。这是一种经特殊工艺喷涂在轴承外圈或内圈一层绝缘物质，粘附力加强，分布均匀，可耐压1000V。这种绝缘轴承足以克服轴电流影响。

4 结论

异步电动机发生故障最多的地方就是定子绕组和轴承，了解这两种故障产生的原因，然后采取对应的方法，来消除或减少故障的发生。根据使用环境选取适合国家或行业标准的类型，根据负载功率、工艺运行方式选用满足使用要求的电动机。在继电保护设备使用方面，采用数字综合保护器，要定值准确，监控全面。在检查、保养方面积累经验，关注异常，追踪觅迹，消除电动机的不正常运行状态。