电机故障在线诊断与预防性保护浅谈

    李辉

    (西部矿业锡铁山分公司，青海西宁810001)

摘要：分析了电动机故障的成因，并以电动机轴承故障诊断与预防为例，给出了电动机故障诊断与预防的在线测量、数据分析方法以及实现过程。从而改善电动机运行工况，达到判断和预测电动机的故障，避免造成意外停工，为实现****化工厂维护打下基础

1  引言

    电动机是各种生产工艺装备中必不可少的动力装置，但在电动机的各种应用场合，由于使用环境和使用条件(如：有化学烟雾、轴过载或轴偏心、起动频繁、皮带使用尺寸不正确等等)的不同会造成电动机出现各种各样的故障。如：轴断裂、风扇断裂、轴承故障，过载、对地、相间短路或匝间短路等故障。特别是轴承损坏，轴弯曲等原因致使定、转子磨擦(俗称扫膛)引起的铁心温度急剧上升，而烧毁槽绝缘、匝间绝缘，从而造成绕组匝间短路或对地“放炮”。严重时更会造成定子铁心倒槽、错位、转轴磨损、端盖报废等重大的设备事故。而上述大部分故障可通过在线检测电机的电压电流、电机定子和轴承温度以及电机轴承振动的频率来进行事故诊断和预防，从而避免事故的发生和不必要的设备损失。

    为了保持设备安全运行，合理安排电机检修，避免电机意外故障造成生产停工等重大事故，延长设备使用寿命。通过现场总线系统，根据电机的位置，对一台或多台电动机配备相应现场总线从站，对电动机的电压、电流、温度和机械振动进行在线实时监控。通过现场总线对设备使用状态的连续检测、记录、分析与故障诊断，从而实现电动机的故障预防。

2电动机电压、电流、温度的测量和微机保护

通过3相电力测量模块，连接电力网络中的l1、l2、l3和n相，测量电动机的相电压和线电压；再通过电流互感器测量电动机的三相电流i1、i2，i3和in。接线如图1所示。

    由于该模块对非正弦的电压和电流曲线以精度1％到5％来渎取，计算的极限频率为2 khz，其测量的数值时间间隔可以调整，这样可以通过该模块对电动机的电压、电流进行在线采样测量并进行数据优化，从而实现电动机的保护。采样的电压、电流波形如图2示。

    通过检测可得到电动机三相电流(均方值)、电压(均方值)、有效功率、电度、****电压、最小电压、****电流、最小电流、****有功功率、最小有功功率，根据对上述数据的分析处理可实现电机保护功能，如短路保护、起动加速超时保护、过载保护、堵转保护、过压和欠压保护等，进而确定电动机运行和停机，从电动机运行的电气参数数据来保护设备免于损坏和故障。

    电动机温度测量，可事先埋设检测电机定子线圈温度和轴承温度传感元件，其后通过选配温度检测模块来对电机温度进行在线检测和保护设定。

    因此．通过现场总线元件可为电动机提供了一个全面的在线运行设备运行状态分析。总线控制器根据电压、电流、有效和视在耗电量或负载条件等数值，来确定电动机的运行和停机，从电动机运行的电气参数数据来保护设备免于损坏和减少故障的发生。

3电动机轴承振动在线测量和数据分析

    将电机轴承的状态用好(good)、受限制(1imited)和差(poor)三种状态来标注，这三种状态下的电机轴承振动强度有很大的差别。振动强度指的是在重要功能位置上振动速度达到****有效值，颂率范围是2或lo到1000hz。振动强度值是指所在的振动区间组件中的高能值，是在一个宽频和低频的范围内。振动强度是与机械振动的能级相关的。根据《so 10816-3》振动强度值的分析标准，其分类取决于电机设备的容量和安装，被记录的频率范同将根据机器的rpm(10hz到1000hz用在>600 rpm，2hz到1000 hz用在>120 rpm)进行选择和分组。①组1：大型设备，功率从300kw到50mw；②组2：中型设备，功率从15kw到300kw；③组3：泵，间接驱动；④组成4：泵，直接驱动。振动强度值的分析标准如图3所示。

    其中：a为新投入使用；b为允许无限制长期运行；c为允许短期运行；d为振动导致损坏。

    设备运行状态可以用测量值参考图3中右栏对应的振动速率在图表格中读出的相应设备等级。测量数据值若在a、b区间，这边可在规定的时间间隔内连续运行；若在c区间，则需要确定振动原因和仔细观测设备，并计划停用；若在d区间则需要立即停用