淺談三相異步電動機常見故障及其保護

嚴有風

（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

淺談三相異步電動機常見故障及其保護

嚴有風

（新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

摘要：論述了三相異步電動機機械故障和電磁故障的類型及其表現形式，對短路、過載、過熱、斷相、欠電壓、堵轉等各種故障產生的后果及有效保護方法進行了分析，提出了電動機保護的改進意見。

關鍵詞：異步電動機；故障；保護

0引言

電動機根據電磁感應原理將電能轉換為機械能，廣泛應用于驅動各類機械設備。三相異步電動機由于具有結構簡單、價格低廉、工作可靠、堅固耐用、體積較小、使用維護方便等優點，因而被廣泛采用，然而，電動機在啟動和運行中，由于各種原因，可能發生各種類型的故障，危及人身和設備安全，因此，對電動機的故障進行分析，并采取必要而有效的保護措施，就成為一項相當重要的工作了。

1三相異步電動機的故障

電動機的故障大致可以分為機械故障與電磁故障兩方面，這二者之間互有關聯。如軸承損壞，引起電動機的過載，甚至堵轉；而風葉損壞，使電動機繞組散熱困難，溫度提高，絕緣老化。電動機發生故障后，不同的故障類型，有不同的表現形式，主要有：異常聲音、異常氣味、電動機過熱發燙或冒煙、電動機運行時振動過大、電動機軸承發熱、絕緣電阻明顯降低、電動機不能啟動等。

1.1電動機的機械故障

電動機機械方面的故障有：堵轉、掃膛、振動、軸承過熱、損壞等。

（1）異步電動機定、轉子之間氣隙很小，容易導致定、轉子之間相碰。一般由于軸承嚴重超差及端蓋內孔磨損或端蓋止口與機座止口磨損變形，使機座、端蓋、轉子三者不同軸心引起掃膛。

（2）振動應先區分是電動機本身引起的，還是傳動裝置不良所造成的，或者是機械負載端傳遞過來的，而后針對具體情況進行排除。屬于電動機本身引起的振動，多數是由于轉子動平衡不好，軸承動作不良，轉軸彎曲，端蓋、機座、轉子不同軸心，或者電動機安裝地基不平，安裝不到位，緊固件松動造成的。

（3）如果軸承工作不正常，可憑經驗用聽覺及溫度來判斷。軸承安裝不正確，配合公差太緊或太松，也都會引起軸承發熱。

1.2電動機的電磁故障

（1）電源電壓過高或過低。電源電壓偏高時，激磁電流增大，電動機會過分發熱，過分的高電壓會危機電動機的絕緣，使其有被擊穿的危險。電源電壓過低時，電磁轉矩就會大大降低，如果負載轉距沒有減小，轉子轉數過低，這時轉差率增大造成電動機過載而發熱，長時間運行就會影響電動機的壽命。

（2）三相電壓不對稱。當三相電壓不對稱時，即一相電壓偏高或偏低時，會導致某相電流過大，電動機發熱，同時轉距減小會發出“翁嗡”聲，時間一長會損壞繞組?？傊妷哼^高過低或三相電壓不對稱都會使電流增加、電動機發熱而損壞電動機。

（3）定子繞組單相接地。電動機繞組絕緣受到損壞，及繞組的導體和鐵芯、機殼之間相碰即為繞組接地。這時會造成該相繞組電流過大，局部受熱，嚴重時會燒毀繞組。出現繞組接地多數是電動機受潮引起，有的是在環境惡劣時金屬物或有害粉末粉塵進入電動機繞組內部造成。

（4）定子繞組相間短路。繞組中相鄰兩條導線之間的絕緣損壞后，使兩導體相碰，就稱為繞組短路。發生在兩相繞組之間的繞組短路稱為相間短路。

（5）定子繞組匝間短路。發生在同一相繞組中的繞組短路稱為匝間短路。無論是匝間短路或相間短路，都會使得某一相或兩相電流增加，引起局部發熱，使絕緣老化，縮短電動機的使用壽命甚至損壞電動機。

（6）缺（斷）相運行。三相異部電動機在運行過程中，斷一相電源線或斷一相繞組就會形成缺相運行。如果軸上負載沒有改變，則電動機處于嚴重過載狀態，定子電流將達到額定值的1.5倍甚至更高，時間稍長電動機就會燒毀。

（7）電動機過載。引起電動機過載的原因有：所帶機械負荷過大；供電電壓降低引起轉速下降；缺（斷）相運行；電動機啟動時間過長等。電動機過負荷運行時由于電流增大，發熱劇增，從而使其繞組絕緣受到損害，縮短了其使用壽命甚至被燒毀。

2三相異步電動機的保護

2.1電流速斷保護

2.2過電流保護

過電流保護，分為定時限過電流、熱過載反時限過電流保護。

（1）定時限過流保護：延時定值需躲過電機自啟動時間。當電機啟動時，在時，啟動電流小于保護定值，保護不動作；當時，時間元件動作，保護的電流定值自動減小，若此時電流仍超過保護新定值（為原定值一半），保護動作跳閘。

（2）熱負載反時限過流保護：熱過載反時限過流保護的動作方程如下：式中

為電動機運行中三相電流中的最大值；

為可整定的保護動作電流；τ為可整定的發熱時間常數（一般由制造廠提供）。

2.3過熱保護

為正序分量系數，在電動機開始啟動時可以設為0.5，這樣可以使過熱保護躲過巨大的電動機啟動電流，在啟動完成后為1。為負序電流系數，因負序電流產生的熱效應遠高于正序電流，所以，一般取3～6之間。

2.4失壓和欠壓（低電壓）保護

為了防止電動機在過低電壓下起動和運行，以及電動機在運行中突然斷電后又恢復供電時的自起動，一般均采用失壓和欠壓保護。交流接觸器的電磁機構、斷路器的失壓脫扣器、自耦減壓起動器的欠壓器及電壓繼電器等都可起失壓和欠壓保護作用。當電源電壓低到額定電壓的60%～70%，電磁鐵會釋放，失壓脫扣器會動作而切斷電源。

2.5缺相（斷相）保護

電動機損壞，有很大一部分比例是由于斷相運行造成的，而人們對斷相運行給電機造成什么樣的危害，應采取什么樣的保護方式合適，至今尚沒有比較一致的意見。很長一段時間比較普遍的觀點認為：斷相運行將導致電機繞組過熱而損壞，利用溫度傳感器監視電動機繞組溫升，是直接而且可靠的斷相保護方案。

2.6堵轉保護

通常堵轉保護整定值是躲不過電動機的巨大啟動電流的，在啟動時間內，堵轉保護自動被閉鎖。在啟動時間后，因機械原因或過負荷電動機出現堵轉故障，正序電流，整定延時，堵轉保護動作，跳開電動機電源回路的斷路器。

2.7不平衡保護

不平衡保護主要針對各種非接地性不對稱故障，如：電動機發生某相斷相時，負序分量的大小因故障前的負荷率而不同，負荷率大于0.7時，健全相才能引起過電流，因此，常規保護不能有效保護不對稱故障。在電動機正常運行時，由于供電電源的不對稱，總存在一定的負序電流，該電流一般不會超過25%大于堵轉定值負序保護的整定應能躲過此負序電流，即按0.3整定。動作時間特性有兩種時限特性可選擇，選擇定時限和反時限，反時限動作方程為：

2.8縱聯差動保護

根據《繼電保護和安全自動裝置技術規程》規定：2MW以上電動機，或2MW以下，但電流速斷保護靈敏系數不符合要求的電動機，裝設縱聯差動保護。上述保護應動作于跳閘。

為防止電流互感器二次回路斷線時引起差動保護的誤動，電動機差動保護的動作電流應按照躲過電動機的額定電流整定。即為：

3電動機保護的新思路

（1）對電動機的保護配置，應根據其容量、重要程度、電壓等級、負載類型、使用環境等因素綜合考慮。對于大容量電動機，由于其價格昂貴，維修所花費的資金比較多，其損壞后對正常的生產生活影響也比較大。因此，在保護配置上，應盡力保證電動機的安全。

（2）采用電流取樣。這樣既可兼顧過流和斷相保護的不同特點，又可充分反映不管哪里斷相都要在供電線路電流上反映出來的事實，避免了其他取樣方案的缺點和局限性。采用電壓取樣雖造價低廉，但只能保護電源到取樣接入處之間的斷相，保護不了取樣接入處到電機之間的斷相。采用中性點或人造中性點對零線電流或電壓取樣，由于單相負載的投入或切除，必然會使中性點電壓或零線電流變化，這將使保護整定值難以確定。

（3）選用成熟可靠的電子式電動機保護器。在條件允許時，應考慮裝設微機型電動機保護器。微機型保護器優點很多，是今后電動機保護器發展的必然方向。當前應逐步淘汰由熱繼電器、熔斷器、電磁式電流繼電器構成的電動機保護裝置。因為其使用受環境溫度影響大，穩定性差，并且定值整定粗糙，因而可靠性差，很難對電動機起到良好的保護作用。

（4）電動機保護器應具有較寬的電流適應范圍。電動機空載電流約為額定電流的0.3倍，起動電流約為額定電流4～7倍。對于綜合電動機保護器應有從低到高至少20倍或30倍的電流容許范圍，對于單一斷相保護器，電流適應范圍應更大。

（5）電動機保護器對斷相和過流應分別保護和控制，以免互相牽連，造成拒動或誤動，確保斷相起動時拒絕合閘，運行斷相時瞬時跳閘。

（6）電動機保護器不使用供電電源。不使用供電電源，可使其通用于各類場合，并可防止電動機保護器一旦本身電源故障，導致保護器處于失電狀態，起不到保護作用。

4結語

電動機燒毀的情況并不少見，電動機無法啟動及異常運行等情況就更為常見了。綜上所述，做好電動機的日常檢查和維護工作，根據其具體情況確定合理的保護配置方案，并選取穩定、成熟、可靠的電動機繼電保護產品，是確保電動機安全運行的幾個重要環節。

參考文獻：

[1]姚建紅,謝婷婷,張鴻偉.三相異步電動機振動故障診斷及處理方法分析[J].佳木斯大學學報，2008，26(6):767-769.

[2]任政諫,盧利斌.三相異步電動機斷相保護[J].電機技術，2008(5):44-45.

[3]徐東輝,王先強,郭傳武.三相異步電動機的起動與節能[J].中國農村水利水電，2005（1）：147-149.

中圖分類號：TM343+.2

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5387（2015）04-0042-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.012

收稿日期：2015-01-08

作者簡介：嚴有風（1977-），男，工程師，從事水利水電工程施工及管理工作。