變頻電機基于狀態維護的研究與探討

賀振國 劉增倫 苗霖

(河北鋼鐵集團邯鋼公司冷軋廠,河北邯鄲 056015)

變頻電機基于狀態維護的研究與探討

賀振國 劉增倫 苗霖

(河北鋼鐵集團邯鋼公司冷軋廠,河北邯鄲 056015)

討論了電機溫度日常管理與維護,對電機溫度進行了統計,繪制了趨勢圖,使用統計方法驗證了環境溫度變化對電機溫度的影響關系,預測了維護時間,提出了維護策略,對于減少電機溫度過高造成的事故風險有較大幫助。

電機溫升 趨勢圖

Motor temperature daily management and maintenance are discussed,statistics of motor tempreture is sumed up and the trends curve is drawn out, the relationship of the environment temperature changing and the influence on the motor temperature increase is verified by statistical methods,Predicting the maintenance time, and maintenance strategies are put forward.It’helpful for ruduce the accident risk caused by abnormal motor temperature.

Motor Tempreture increase Trends curve

1 前言

電機長周期運行中，溫升是電機壽命的主要影響因素，理論分析表明，電機運行中絕緣耐熱材料溫度比額定溫度每升高8℃，電機的使用壽命將減少一半，急劇溫升會造成電機局部溫度過高，預示著電機運行狀態異常或者電機可能發生故障，電機溫度測量是對電機工作狀態、機械傳動裝置、負載狀態及電機散熱情況一個全面的監測檢查，電機的溫度管理主要目的是根據電機運行狀態，減少電機發熱和增加散熱，保證電機正常運行。

本文依據長期對電機的監測數據，通過數據分析找到科學管理和維護的方法，提高維護水平，并為維護、維修策略提供數據支持，提高維修質量。

圖1

圖2

2 電機溫度監測和日常維護

(1)電機溫度的監測，使用測溫元件RAYTEK紅外測溫儀，共計對43臺產線風機電機進行長周期溫度監測，主要提取夏季、秋季溫度監測數據進行分析，夏季環境溫度高、濕度較大，具有較強的代表性，被監測風機電機冷卻方式IC416，絕緣材料耐熱能力等級F，安裝方式B3臥式，防護等級IP44。電機主要參數見表1。

表1

日常電機溫度的監測根據電機發熱機理，對電機的前端軸承端蓋、電機本體及電機后端蓋處進行溫度測量，以最高溫度記錄為有效數據進行監測，作為電機日常維護的重要依據。

(2)電機日常維護，電機日常維護主要依據溫度監測狀態對負載、機械磨損和電機散熱三方面進行維護，電機的機體散熱主要有三種途徑，即對流、輻射和傳導，在通風散熱中以對流的作用更大，散熱能力與風速有直接關系[1]。由于電機處于相對開放的環境中，灰塵附著是影響電機散熱效率主要因素，也影響冷卻風扇的工作效率，日常維護工作必須根據環境溫度變化保證長周期穩定工作的電機的散熱能力，在額定負載范圍內使電機發熱與散熱達到平衡狀態，因而保證強制冷卻風扇的工作正常是日常點檢維護的主要工作內容。

根據實際經驗，一般情況下，電機本體在溫升比前后端蓋軸承處較高，機械轉動摩擦異常時，軸承處的溫度會高于電機本體溫度，因此經常檢查軸承潤滑是必要的，機械轉動摩擦通過震動和轉動情況基本可以觀測，軸承磨損對電機的溫升影響較大，應特別注意軸承潤滑情況，及時補充油脂，防止軸承缺油導致磨損加劇。

3 電機的狀態管理

3.1 趨勢管理

根據每日對電機溫度的測量數據，生成某電機溫度趨勢圖，下圖是根據2013年6月至11月某循環風機電機的溫度監測繪制的趨勢圖，如圖1。

趨勢圖1是該電機長周期工作狀態的監測圖，根據該電機溫度趨勢圖，主要觀察出現的極點或者溫度高點，并對電機實時運行情況進行分析后進行必要的檢查和維護。如果電動機總體溫度偏高，就要結合工作電流檢查電動機的負載、裝備和通風散熱等情況進行相應處理，長期臨界高溫工作時應及時采取限制負載的措施。通過建立趨勢圖，有利于開展基于狀態的預防性維修策略大量減少故障性維修。

圖3

圖4

圖5

3.2 極點管理

根據基本量數字化圖形匯總圖(圖2)，電機溫度數據分布為非正態分布，受天氣和生產情況影響較大。根據6月份至11月份統計情況基本可以確定，圖中該電機平均溫度在55.7℃，95%置信區間是在54-57.5℃范圍內，在日常維護中，該電機每日的溫度監測值高于置信值57.5℃在圖中出現的點可稱之為極點，當日常監測出現極點時，應引起一定的重視，根據當日環境溫度和生產情況確定維護和保護措施。一般應及時對電機散熱片、冷卻風扇出入風口處檢查并除塵清掃，保證電機本體散熱良好。強冷風扇端蓋、扇葉和電動機外部清潔，確保其冷卻散熱效果。檢查軸承狀況，一般兩端的溫度都會低于中間繞組段的溫度。如果兩端軸承處溫度較高，就要結合所測的軸承聲音情況檢查軸承。極點溫度的出現還應結合當日電機負載情況(生產情況)和環境溫度進行分析，進行安全風險評估后，采取適當措施，如增加冷卻風扇等緩解溫升[2]。

3.3 定修策略

3.3.1 根據環境溫度狀態趨勢適時檢修計劃

電機的發熱與電機和周圍空氣溫度差成正比[1]，因為繞組銅損隨氣溫上升而增加。環境溫度對電機的影響是顯著的，當氣溫下降時，正常電機的溫升會稍許減少。這是因為繞組電阻下降，銅耗減少，環境溫度每降1℃，電阻約降0.4%。根據環境溫度與電機溫度相關性驗算，電機和環境溫度的Pearson相關系數=0.818，P值=0.000，由驗算結果可知，電機的溫度同環境溫度是正相關關系，如圖3。為了減少系統誤差，圖中溫度是根據當地天氣預報的最高溫度與最低溫度的平均值，與電機溫度監測時的溫度有一定的差異，此處僅作為參考。

圖4是根據某連續退火線加熱爐區43臺風機電機溫度監測數值，6月份至11月份統計數據，繪制各電機出現的最高溫度的散點圖，根據監測數據顯示6月份共計11臺風機電機溫度達到了最高，7月份共計16臺風機電機溫度達到了最高，8月份共計16臺風機電機溫度達到了最高，雖然7月份利用大修時間安排，對所有風機電機本體和冷卻風扇進行了清理清掃除塵維護工作，8月份仍有部分風機電機溫度達到了最高溫度。由以上數據顯示和實際操作經驗可知，夏季高溫高濕環境對電機溫升有顯著的影響，因此，在電機的定修計劃制定的時候，應根據氣候條件適時安排維護工作，保證在氣溫高的天氣中電機正常工作。

3.3.2 同類電機溫度對比狀態管理

根據同類型相同工作環境和負載條件的電機溫度對比情況，可以更加直觀地看出具體某臺風機電機正常工作時的溫度情況，以此判斷電機的工作狀況是否異常，適時進行負載限制和檢修維護。

4 結語

電機燒毀故障有多種原因，在裝配精度和安裝精度一定后，在長周期額定負載工作條件下，電機溫升過高是導致電機燒毀故障的主要原因，其中環境溫度高、電機表面污垢多，造成通風道堵塞影響冷卻效果等，都會直接導致電機溫度升高，根據以上數據進行風險評估分析，采用合理日常維護策略，可以顯著減少由于電機溫升帶來的危害，根據環境溫度與電機溫升的相關關系的驗算，可以在夏季高溫天氣提前安排檢修，減少事故發生風險，保證生產線連續穩定生產。

[1]趙昌穎,宋世光.電力拖動基礎[M].哈爾濱工業大學出版社,ISBN：7-5603-0370-6.

[2]劉向東,樂素敏.選煤廠使用變頻器供電條件下電機溫升的處理[J].煤炭加工與綜合利用,2011(4).