一起電機繞組燒毀原因分析

陶小永，陳 晟

（中海石油化學股份有限公司電儀部，海南東方 572600）

1 概述

化肥二期511J風機作為影響裝置系統穩定運行的關鍵性設備，如果頻繁出現故障，后果不堪設想。2011年化肥二部對該電機進行節能變頻改造。由于該電機為非變頻電機，改造后電機運行一直存在本體溫度過高現象。

2 原因分析

1）從變頻電機的特性上來看，一般情況下普通電機無法代替變頻電機使用，由于511J電機為普通電機，其制造工藝技術及絕緣材料、耐壓等級等無法和專用變頻電機相比，因此使用普通電機代替變頻電機勢必存在一定溫升現象。

2）變頻器諧波產生的主要原因是變頻器逆變輸出回路中的輸出電流信號由PWM載波信號調制，由于IGBT大功率逆變元件PWM最高載頻可達15kHz，且在高速通斷下會產生高次諧波電流，主要體現于電機產生諧波轉矩，該轉矩若和機械部分固有頻率一致則極易出現共振放大現象，電機將產生明顯的振動，還會導致電機在運行時發出特殊的嘯叫聲。

從圖1可以看出，上側圖型為電流輸出波形整體近似正弦波，若將波形放大來看能看見在峰值附近存在尖刺狀圖像，即為諧波。下側圖形則是電壓輸出波形，呈矩形分布。

圖1 變頻輸出電壓電流

從圖2看出，變頻器輸出電壓波形為寬度處于變化之中的方波，即脈寬調制波，由于電機繞組具有平波功能，在繞組過濾載波后就只剩下近似正弦波的調制波輸出滿足條件。

圖2 變頻電壓輸出波形

3）511 J改造期間并未安裝輸出濾波器。輸出濾波器主要作用就是過濾由變頻器整流逆變產生的高次諧波，高次諧波對負載最直觀的影響是使電動機銅損和鐵損增加，溫度上升。同時諧波電流會改變電磁轉距，產生振動力矩，使電動機發生周期性轉速變動，影響輸出效率，并發出噪聲。從波形上分析就是使圖一中正弦波線上的尖刺狀變得平滑。

2.1 其他原因

（1）電纜長度。由于變頻器的自身輸出特性和電纜分布電容的耦合作用，容易使得過長的電纜內產生的浪涌電壓疊加至輸出電壓上，造成過壓或者過流，導致誤動作甚至模塊燒壞，限制了變頻器的輸出距離。ACS800型變頻器電力輸出電纜長度在300m以下能滿足運行要求，無需額外增加電抗器等濾波設備。實際511J電機距離變電所不到150M，因此電纜長度對電機正常運行不存在影響。

（2）環境。511J電機在露天環境運行，長期處于高溫暴曬，溫度較其他電機可多上升5～8℃。

3 解決方案

1）更換相同功率的變頻電機。非變頻電機換成變頻電機比較容易實施，另需要對專用冷卻風扇接獨立電源，保證在變頻范圍內電機制冷風量的穩定。

2）消除變頻器產生的高次諧波。方法包括：隔離、抑制、屏蔽、合理布線及接地。

3）選擇合適的變頻器。確認負載類型，不同負載對應選擇不同類型的變頻器。不同負載運行情況不同，型號選擇需要慎重考慮，例如污水排氣鼓風機就需要將變頻器容量提高20%～30%；部分特殊電機同規格前提下比一般電機額定電流要高，變頻器選型需提高一檔。確定變頻電機的部分參數，比如：額定電壓、電流、頻率、轉速、功率。通過電機參數選擇匹配的變頻器，選型要求大于負載最大工作電流。

4）現場電機距離變頻器如果超過規定范圍，使得動力電纜過長，就必須考慮電纜可能產生的耦合電容充放電引起浪涌電壓過高導致過流和模塊燒毀，需加裝輸出電抗器，電抗器選型同樣需要針對不同變頻器載波而定。若變頻負載總容量大于電力變壓器的10%容量，則會對系統電網造成較嚴重的影響，必須考慮加裝輸入電抗器。

4 結論

綜上所述，本次電機燒毀的主要原因可以確定為兩點：一是非變頻電機當成變頻電機來使用，二是由于變頻器輸出側產生的高次諧波未消除，導致電機溫度明顯上升最終造成電機絕緣擊穿；更換變頻電機或加裝輸出電抗器均可解決電機發熱甚至燒毀的問題。