大型机电设备安装调试过程中的问题分析及处理措施

落幕

1 概述
　　
# \* ^. X: r2 V% Q# F- l' k　　在工程机电设备安装施工完成之后，通常要对电动机及其所带的机械作单机起动调试。调试运行设备是在施工单位人员的操作下，按照正式生产或使用的条件和要求进行较长时间的工作运转，与项目设计的要求进行对比。目的是考验设备设计、制造和安装调试的质量，验证设备连续工作的可能性，对设备性能作一检测，并将检测的数据与设备制造出了记录的数据进行比较，对设备工程的质量作出评价。在实际工作中设备的试运行往往会碰到意想不到的异常现象，使电动机起动失败而跳闸，较大容量的电动机机会便多一些。为了便于事后分析，而电机起动之前，我们就应做好事前准备工作(尤其是大型电动机更需要重视)，并对检查的结果加以分析。
　　
　　2 电动机起动前的检查与试运行检查
　　
　　2．1　启动前的检查
8 W  i4 h/ a# L7 A　　2．1．1　新安装的或停用三个月以上的电动机，用兆欧表测量电动机各项绕组之间及每项绕组与地(机壳)之间的绝缘电阻，测试前应拆除电动机出线端子上的所有外部接线。通常对500V以下的电动机用500V兆 欧表测量，对500～3000V电动机用1000V兆欧表测量其绝缘电阻。按要求，电动机每1KV工作电压，绝缘电阻不得低于1MB·Ω，电压在1kV以下、容量为了1000kW及以下的电动机，其绝缘电阻应不低于0.5MB·Ω。如绝缘电阻较低，则应先将电动机进行烘干处理，然后再测绝缘电阻，合格后才通电使用。
9 N% ?, H1 j! t　　2．1．2　检查二次回路接线是否正确，二次回路接线检查可以在未接电动机情况下先模拟动作一次，确认各环节动作无误，包括信号灯显示正确与否。检查电动机引出线的连接是否正确，相序和旋转方向是否符合要求，接地或接零是否良好，导线截面积是否符合要求。
　　2．1．3　检查电动机内部有无杂物，用干燥、清洁的200-300kPa的压缩空气吹净内部(可使用电吹风机或手风箱等来吹)，但不能碰坏绕组。
- F( e2 y. Z; T. t0 Z　　2．1．4　检查电动机铭牌所示电压，频率与所接电源电压、频率是否相符，电源电压是否稳定(通常允许电源电压波动范围为±5％)，接法是否与铭牌所示相同。如果是降压起动，还要检查起动设备的接线是否正确。
　　2．1．5　检查电动机紧固螺栓是否松动，轴承是否缺油，定子与转子的间隙是否合理，间隙处是否清洁和有无杂物。检查机组周围有无妨碍运行的杂物，电动机和所传动机械的基础是否牢固。
　　2．1．6　检查保护电器(断路器、熔断器、交流接触器、热继电器等)整定值是否合适。动、静触头接触是否良好。检查控制装置的容量是否合适，熔体是否完好，规格、容量是否符合要求和装接是否牢固。
3 S5 F2 p8 Y3 o5 l* y6 u　　2．1．7　电刷与换向器或滑环接触是否良好，电刷压力是否符合制造厂的规定。
; k6 s4 D% s1 n' I8 c' G: F　　2．1．8　检查启动设备是否完好，接线是否正确，规格是否符合电动机要求。用手扳动电动机转子和所传动机械的转轴(如水泵、风机等)，检查转动是否灵活，有无卡涩、摩擦和扫膛现象。确认安装良好，转动无碍。
* j( \- U1 }. n$ J2 Y　　2．1．9　检查传动装置是否符合要求。传动带松紧是否适度，联轴器连接是否完好。
9 G( D4 u3 J$ E6 Q　　2．1．10　检查电动机的通风系统、冷却系统和润滑系统是否正常。观察是否有泄漏印痕，转动电动机转轴，看转动是否灵活，有无摩擦声或其它异声。
, e4 `# L8 y" O5 _' V- c　　2．1．11　检查电动机外壳的接地或接零保护是否可靠和符合要求。
　　
. f2 _5 |! y# B# X+ l! G) D0 R, P　　2．2　电动机试运行过程中检查
　　2．2．1　启动时检查
4 h: ?) [, f  g/ {　　2．2．1．1　电动机在通电试运行时必须提醒在场人员注意，传动部分附近不应有其它人员站立，也不应站在电动机及被拖动设备的两侧，以免旋转物切向飞出造成伤害事故。
　　
　　2．2．1．2　接通电源之前就应作好切断电源的准备，以防万一接通电源后电动机出现不正常的情况时(如电动机不能启动、启动缓慢、出现异常声音等)能立即切断电源。使用直接启动方式的电动机应空载启动。由于启动电流大，拉合闸动作应迅速果断。
　　2．2．1．3　一台电动机的连续启动次数不宜超过3～5次，以防止启动设备和电动机过热。尤其是电动机功率较大时要随时注意电动机的温升情况。
　　2．2．1．4　电动机启动后不转或转动不正常或有异常声音时，应迅速停机检查。
　　2．2．1．5　使用三角启动器和自耦减压器时，软启动器或变频启动时必须遵守操作程序。
　　2．2．2　试运行时检查
　　2．2．2．1　检查电动机转动是否灵活或有杂音。注意电动机的旋转方向与要求的旋转方向是否相符。
　　2．2．2．2　检查电源电压是否正常。对于380V异步电动机，电源电压不宜高于400V，也不能低于360V。
　　2．2．2．3　记录起动时母线电压、起动时间和电动机空载电流。注意电流不能超过额定电流。
- a1 e3 W4 p0 b% A　　2．2．2．4　检查电动机所带动的设备是否正常，电动机与设备之间的传动是否正常。
　　2．2．2．5　检查电动机运行时的声音是否正常，有无冒烟和焦味。
2 s7 Z* B5 v6 S5 k　　2．2．2．6　用验电笔检查电动机外壳是否有漏电和接地不良。
3 f9 b9 r6 K8 S# ?0 B& i" l　　2．2．2．7　检查电动机外壳有无过热现象并注意电动机的温升是否正常，轴承温度是否符合制造厂的规定(对绝缘的轴承，还应测量其轴电压)。三相异步电动机的最高容许温度和最大容许温升见表1。
( I7 V' G. N6 y' g　　2．2．2．8　检查换向器、滑环和电刷的工作是否正常，观察其火花情况(允许电刷下面有轻微的火花)。
　　2．2．2．9　检查电动机的轴向窜动(指滑动轴承)是否超过表2的规定。测量电动机的振动是否超过表3的数值(对容量为40kw及以下的不重要的电动机，可不测量振动值)。
　　 　
　　3 电动机发生故障的原因分析
　　
& j+ @1 y: ~- |' F: J; `　　电动机发生故障的原因可分为内因和外因两类：
* `& f7 `0 E8 L& T% \  _1 f　　3．1　故障外因
　　3．1．1　电源电压过高或过低
　　3．1．2　起动和控制设备出现缺陷
　　3．1．3　电动机过载。
6 d2 _) R& G9 x. u) Y　　3．1．4　馈电导线断线，包括三相中的一相断线或全部馈电导线断线。
+ }5 m- F& t4 g2 N! G+ q　　3．1．5　周围环境温度过高，有粉尘、潮气及对电机有害的蒸气和其它腐蚀性气体。
" d8 Z/ i# }, n3．2　故障内因
/ v# B0 \+ W+ Y) ?) v5 x9 X　　3．2．1　机械部分损坏，如轴承和轴颈磨损，转轴弯曲或断裂，支架和端盖出现裂缝。所传动的机械发生故障(有摩擦或卡涩现象)，引起电动机过电流发热，甚至造成电动机卡住不转，使电动机温度急剧上升，绕组烧毁。
! ]9 ~9 v/ \7 n' T- y　　3．2．2　旋转部分不平衡或联轴器中心线不一致。
. i3 z9 F( Z+ ^0 }　　3．2．3　绕组损坏，如绕组对外壳和绕组之间的绝缘击穿，匝间或绕组间短路，绕组各部分之间以及换向器之间的接线发生差错，焊接不良，绕组断线等。
　　3．2．4　铁芯损坏，如铁芯松散和叠片间短路。或绑线损坏，如绑线松散、滑脱、断开等。
　　3．2．5　集流装置损坏，如电刷、换向器和滑环损坏，绝缘击穿。震摆和刷握损坏等。
　　4 电动机起动失败的原因分析与对策
　　
5 T% A! y$ D3 W; J2 a  b* s　　以典型电路，即其一次回路的短路保护是使用断路器QF(或熔断器)，控制电器接触器K，热继电器FT作过载保护(有时FT接在电流互感器二次侧回路中)为例，来介绍电动机起动失败的异常现象，并分析其起动失败的原因及采取的对策。
　　
　　4．1　电动机的控制与保护
　　4．1．1　电动机一起动立即跳闸，即瞬时跳闸
　　断路器QF瞬动跳闸，会使人怀疑是否发生了短路故障，一般而言，设备安装完毕，在有关的开关柜内先将导电物等清除干净，再作绝缘耐压试验，各部位都符合要求后方可带电试车。所以短路故障可能较少，而且凡发生短路故障均有迹象可查，或有火花，或有焦烟气味，同时兼有异常声音，事后再作绝缘试验，能发现绝缘已损坏。最迷惑不解的是一切都好，但断路器仍然发生瞬动跳闸，此时应确认断路器选择的脱扣电流值是否合理。如40KW的电动机，其额定电流约80A。在选择用断路器时，选用脱扣电流100A似乎可以了，而且瞬时电流倍数为10，可达1000A，足以躲开电动61N的起动电流，似乎不应该有问题。但如果考虑下列因素之后，原因便清楚了。
　　
/ A9 Q( G9 X  j5 {( [2 m+ D7 D　　4．1．2　降压起动失败跳闸
  T$ v+ M5 w0 o! R, l, K- V' I　　降压起动失败跳闸有两种情况，两种情况成因是不同的。
/ w% p& q# o4 s! O, ^　　4．1．2．1　在未切至全电压时即跳闸这种情况往往是电动机端电压不足造成的，此时从监测到电压情况便可判断。造成端电压过低的原因是：一方面可能是变电所至配电室供电线路过长，另一方面可能是降压电抗(或电阻)值偏大，致使电动机端电压过低，起动转矩不足以克服负荷转矩，电动机如堵转一般，电流始终不衰减，热保护到时动作跳闸，起动失败。
　　如果是供电线路过长可设法用电容补偿方法，提高配电室母线电压。当然电容器应是可调节的，以免电动机停机时母线电压过高。
. S0 l: N+ D7 Y　　如果是电抗过大，则设法减小电抗值，使得母线电压与电动机端电压均有妥当的数值，各方面工作都正常。
- n8 K' h/ _& l: ]+ E8 F　　4．1．2．2　降压过程是成功的，在投切至全电压运行时跳闸在电动机从降压阶段至全电压工作的切换过程中，有一供电间隙(如y-△起动)，此时因电动机内有乘磁，它的电磁场的情况与停机是不同的，有自己的极性方向，类似发电机。当合至电网时由于相位不一致，有时会造成大的冲击，其电流甚至会超过会电压起动的情况，出现意料不到的断路器过流动作，或接触器失压跳闸。这种状况往往是有时起动能成功，有时起动要失败，有很大的偶然性。成功的原因是两个相位接近或完全相同，相位差就很小，二次起运冲击电流很小，起动便能成功。
9 r2 {0 ^# B" L0 l2 ~5 s' X4 D) X$ J　　这种情况，100kw以上的电动机发生的较多，因为其乘磁能量大。遇到这种情况应使用电抗器降压，用短路电抗来达到全电压起动目的。其过程中间没有供电间隙，就不会产生上述情况。
2 l! u, W2 `) k　　4．1．3　短延时跳闸
　　电动机起动过程中，跳闸时间不足1s的为短延时跳闸。其异常现象不多见，上述熔断器不良是其中之一。另外，带有接地保护的断路器，其漏电动作整定值偏小，因电动机的馈赠电线路在敷设中绝缘受伤，漏电流值偏大，有时会导致接地保护动作。为防止误动作，接地保护通常有0.2～0.5s的短延时，此时，便反映为短延时动作跳闸。这种情况在新线路上不易发生，在旧的线路上此类故障比较多，一般而言，通过绝缘检查是能发现此故障的。
　　此外，短延时跳闸原因是上一级保护错误动作。如图1所示，QFl的整定值是正确的，而QF整定值比QFl大，但有Mn等电动机负荷的存在，当M1起动时，有6IN起动电流存在，QF保护越级动作，此往表现为短延时，同时Mn等电动机也从运行中跳闸，表象很清楚，很容易识别。对策是提高QF的整定值。
　　
8 U. ?* z" G1 \/ F　　4．2　电动机常见故障及排除方法
　　异步电动机的故障可分为机械故障和电气故障两类。机械故障如轴承、铁心、风叶、机座、转轴等故障，一般比较容易观察与发现：电气故障主要是定子绕组、电刷等导电部分出现的故障。由于电动机的结构型式、制造质量、使用和维护情况的不同，往往可能出现同一故障有不同外观现象，或同一外观现象引起不同的故障。因此要正确判断故障，必须先进行认真细致的观察、研究和分析。然后进行检查与测量，找出故障所在，并采取相应的措施予以排除。
　　4．2．1　调查
7 ^  D' I- `' b　　首先了解电机的型号、规格、使用条件及使用年限，以及电机在发生故障前的运行情况，如所带负荷的大小、温升的高低、有无不正常的声音、操作情况等等，并认真听取操作人员的反映。
4 }$ B; @  X( k" j/ J; `　　4．2．2　察看故障现象 察看的的要按电机故障情况灵活掌握，有时可以把电动机上电源进行短时运转，直接观察故障情况，再进行分析研究。有时电机不能上电源，通过仪表商量或观察来进行分析判断，然后再把电机拆开，测量并仔细观察其内部情况，找出其故障所在。
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　　4．3　电动机运行中的监视与维护
　　电动机在运行时，要通过听、看、闻等及时监视电动机，以期当电动机出现不正常现象时能及时切断电源，排除故障。具体项目如下：
　　4．3．1　听电动机在运行时发出的声音是否正常。电动机正常运行时，发出的声音应该是平稳、轻快、平均、有节奏的。如果出现尖叫、沉闷、摩擦、撞击、振动等异声时，应立即停机检查。观察电动机有无振动、噪声和异常气味电动机若出现振动，会引起与之相连的负载部分不同心度增高，形成电动机负载增大，出现超负荷运行，就会烧毁电动机。因此，电动机在运行中，尤其是大功率电动机更要经常检查地脚螺栓、电动机端盖、轴承压盖等是否松动，接地装置是否可靠，发现问题及时解决。噪声和异味是电动机运转异常、随即出现严重故障的前兆，必须随时发现开查明原因而排除。
; ~# b1 U0 `0 O9 k0 f' }+ z　　4．3．2　通过多种渠道经常检查。检查电动机的温度及电动机的轴承、定子、外壳等部位的温度有无异常变化，尤其对无电压、电流指示及没有过载保护的电动机，对温升的监视更为重要。电动机轴承是否过热，缺油，若发现轴承附近的温升过高，就应立即停机检查。轴承的滚动体、滚道表面有无裂纹、划伤或损缺，轴承间隙是否过大晃动，内环在轴上有无转动等。出现上述任何一种现象，都必须更新轴承后方可再行作业。注意电动机在运行中是否发出焦臭味，如有，说明电动机温度过高，应立即停机检查原因。
　　4．3．3　保持电动机的清洁，特别是接线端和绕组表面的清洁。不允许水滴、油污及杂物落到电动机上，更不能让杂物和水滴进入电动机内部。要定期检修电动机，清洁内部，更换润滑油等。电动机在运行中，进风口周围至少3m内不允许有尘土、水渍和其他杂物，以防止吸入电机内部，形成短路介质，或损坏导线绝缘层，造成匣间短路，电流增大，温度升高而烧毁电动机。所以，要保证电动机有足够的绝缘电阻，以及良好的通风冷却环境，才能使电动机在长时间运行中保持安全稳定的工作状态。
7 {) H3 k5 e  N  x" w, Z9 m　　4．3．4　要定期测量电动机的绝缘电阻，特别是电动机受潮时，如发现绝缘电阻过低，要及时进行干燥处理。
　　4．3．5　对绕线式电动机，要经常注意电刷与滑环间的火花是否过大，如火花过大。要及时做好清洁工作，并进行检修。
6 k9 w( }8 n9 f4 u0 q5 N6 B　　4．3．6　保持电动机在额定电流下工作电动机过载运行，主要原因是由于拖动的负荷过大，电压过低，或被带动的机械卡滞等造成的。若过载时间过长，电压过低，或被带动的机械卡滞等造成的。若过载时间过长，电动机将从电网中吸收大量的有功功率，电流便急剧增大，温度也随之上升，在高温下电动机的绝缘便老化失效而烧毁。因此，电动机在运行中，要注意检查传动装置运转是否灵活、可靠：连轴器的同心度是否标准；齿轮传动的灵活性等，若发现有滞卡现象，应立即停机查明原因排除故障后再运行。
　　4．3．7　检查电动机三相电流是否平衡，其三相电流任何一相电流与其他两相电流平均值之差不允许超过10％，这样才能保证电动机安全运行。如果超过则表明电动机有故障，必须查明原因及时排除。
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　　5 结束语
) V6 P2 ?! d. L　　
* R3 J9 R/ q7 H2 l, r　　随着科学技术不断发展，电动机及控制设备的技术性能也日益完善。在工作中如何正确的使用和掌握其性能，还需要我们在实际工作中不积累经验，判断电动机及控制设备存在的问题与故障处理，找出故障原因并加以分析，及时采取对策，以保证电动机及传动设备的正常运行。
6 U+ ^8 L4 R0 X& B" K- S- E  Z文章关键词： 机电设备、电动机