摘要：380V交流异步电动机在工业生产中有着十分广泛的应用，其故障原因和表现方式多种多样，本文记录了广东省某大型火力发电厂一起160KW低压电机烧毁事故的详细原因分析。
关键词：空压机；电动机故障；轴承故障
1故障简况
2017年10月02日 15:56，广东某燃煤发电厂运行值班记录如下：脱硫2号空压机故障跳闸，就地检查空压机面板没有显示，空压机房有少量烟冒出来。把2号空压机电源开关拉到检修位置，启动1号空压机，运行正常。打开2号空压机房门检查，发现排气风扇叶片上缠着一红色塑料袋（5cmX3cm），其他外观没有异常，测量2号空压机电机三相绝缘为0。
2空压机概况（电气部分）
脱硫2号空压机系统电气部分包括：
1、主电机一台，160KW，270A，400V。此电机为英国进口电机，因为国外变压器低压侧是415V，到现场后大约400V左右，所以国外电机的额定值为400V；而我们国内变压器低压侧是400V左右，到现场后约为380V，所以我国国内电机的额定值一般为380V。实际上，由于脱硫取自主机6KV段，而由于脱硫距离主机较远，脱硫380V母线实际电压只有375左右，到达脱硫空压机现场只有370V左右，也就是说，脱硫空压机电机长期偏离额定值400V，而在370V左右运行，这就导致空压机运行电流长期在285A左右运行，是额定270A的1.06倍，长期过载运行。
2、排气风扇一台，9KW，17.6A，400V。排风扇电机额定值同样为400V，也存在长期过载运行的情况。
3、控制回路一套：采用Y-△转换，降压启动。ABB A260-30型接触器2个，ABB A185-30型接触器1个。
开关保护的过载启动电流值是拨轮式，只能整定为280A、320A、360A等，因为空压机电机的额定为270A，还要加上排气风扇的电流17.5A，所以过载保护设成320A是合适的（主电机和排气风扇总的额定电流1.11倍）。
3检查情况
在更换电机、拆卸齿轮箱时，发现有两处异常。一处是从动齿轮与箱壁出现碰磨现象，另一处是电机驱动端轴承室密封弹簧圈损坏。
故障电机拆下以后进行解体，发现驱动端轴承部分滚柱变形，滚柱保持架断裂卡死，轴承外圈抱死无法转动，轴承室内堆积有高温过热导致发黑碳化的变质润滑脂。定子绕组与机座间无绝缘，定子绕组端部发黑，部分铜线有过热凹陷痕迹。驱动端端盖下沿可见明显磨损。
4故障原因分析
（1）轴承润滑脂排查
厂家给定主电机润滑周期为2000运行小时，折算2000/24=83天，考虑到两台空压机一用一备，润滑周期为83X2=166天，约5个月为一个加油周期。查阅2号空压机电机最近的加油记录，平均2-3个月加一次润滑脂，型号为7008，最近一次加油时间为7月2日。从故障电机解体情况来分析，前端轴承室内堆积有过热发黑的变质油脂（上图四），后端轴承滚柱间隙有良好的润滑脂填充。因此，可以排除由于润滑脂添加不及时导致轴承缺油最后造成电机烧坏的情况。
（2）热继电器设定值排查
主电机就地控制回路配置热过载继电器型号为ABB TA450DU，整定标准为1.05倍~1.20倍额定电流。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2017年5月，厂家通过计算，建议设定值为199A。电机额定线电压、线电流分别为400V、270A，额定相电流为156A。厂家建议的定值按照1.20倍整定）。为保险起见，实际按照3档188A设定，约1.13倍。该热继电器为新备品，更换时间为2017年5月16日。
（3）排气风扇检查
风扇电机绝缘电阻和直流电阻正常，可以自由盘动，未发现卡涩现象。后续机组试运行时，风扇运转正常。排气风扇风叶处出现的5cmX3cm大小红色塑料袋应为风扇抽风时偶然吸入，对柜内冷却没有影响，与主电机故障没有直接联系。
（4）故障原因分析
根据故障现象以及后续的检查情况，推断2号空压机电机故障原因如下。
故障初期：齿轮箱内由于某种原因出现了碰磨现象，电机负载开始增大，电流增加。故障萌芽阶段，此时电流累积的热效应未能触发热偶跳闸，电机继续运行。
故障发展期：齿轮碰磨情况继续发展，电机转子水平轴系开始出现径向摆动，以非驱动端轴承为支点，轴系做凸轮运动。由于轴承的工作游隙非常小，通常只有几个丝。此时出现三个现象，一是转子驱动端轴伸与端盖出现摩擦，图五印证。二是前端轴承的滚柱和滚柱保持架开始受到很大的径向挤压力。三是前端轴承室密封圈开始挤压变形，油脂开始从前端轴封处甩出。从前端盖外侧可以明显看到液态油脂流过的油路。
故障恶化期：经过上述的过程以后，主电机的振动、声音、温升开始恶化。前端轴承滚柱保持架由于机械强度最差，因此保持架最先断裂。这是故障深度发展的重要标志。保持架断裂以后形成的金属碎片迅速被搅进滚柱之间，前端轴承的转动系统急剧恶化。伴随而来的是轴承温度快速上升，而7008型润滑脂只能在120度以下稳定工作，超过以后会失效。润滑脂的流失、失效加速了轴承的损坏。轴承的温升开始传导到转子的转轴。从后续检查发现前端轴伸处有发热发黄现象可以印证。
电机烧坏与保护动作：为了最大限度地利用电机的过载能力，热继电器设计为反时限保护特性，需要累积热量推动双金属片动作来保护电机，动作时间可达20分钟至2个小时。当电机过载跳闸时，定子绕组的温升已远超其耐受极限，绝缘材料受到极大的破坏。对于这种外部原因导致轴承损坏、进而导致定子异常的故障，过载保护是保护不了的，因为过载保护动作是需要一定时间的，这次故障中，过载保护最后动作了，但是因为电机故障已经发生。
5预防措施
（1）加装电流显示。将空压机电机电流通过变送器送至热控DCS，可以监控运行情况，也可为故障分析提供依据。
（2）监控电机温度或者振动。空压机设计有一个密闭护罩，运行中点检需要拆卸门板，存在较多的不安全因素；而且门板拆开后，由于空压机护罩内空气为负压，打开护罩有可能会导致异物吸入。可以考虑将电机现有的温度测点引至DCS，可以实时监控温度。电机设计有RTD测点，目前处于悬空未接状态。或者在轴承处加装外置测温测振探头，将信号引至护罩外面。同时可以考虑在电动机本体上加装智能探头，将温度、振动、转速、轴承健康状况等信息通过无线蓝牙发射传输到手机APP，可以实时查看电动机的运行数据，也可以方便地查询历史变化趋势。
（3）结合油脂统一计划，将空压机电机的7008润滑脂替换成耐高温油脂，提高安全系数。
厂家通过计算，建议设定值为199A。为保险起见，实际按照3档188A设定，约1.13倍。根据继电保护整定标准，电机过载保护启动值为1.05倍~1.20倍额定电流（In）。由于空压机电机长期在额定值左右运行，而且空压机频繁加、减载造成电流波动频率很高，建议将热偶启动值由188A（1.13In）调整为177A（1.07In），可以更好的保护电机。
作者简介：
曹庭燎（1983-08），男，汉族，籍贯：湖北省咸宁市，当前职务：珠海发电厂设备部电气主管，当前职称：电力工程电气工程师，学历：大学本科，研究方向：发电厂电气一次设备
论文作者:曹庭燎
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/9/10
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