螺桿空壓機電機頻繁燒毀事故分析及對策

閔海斌，李小鳳

（陜西鋼鐵集團漢中鋼鐵公司，陜西漢中 724200）

引言

空壓站作為生產系統能源供應保障的重要公輔設施，其穩定性、可靠性至關重要。某鋼鐵公司采用英格索蘭螺桿空壓機，自2011 年投入使用，系統運行穩定，產氣量和能耗保持在正常狀態。

2015 年7 月以來，發生了數起空壓站電機燒毀事故，因其故障原因難于定性，給生產帶來較大影響，通過對可能導致事故的因素進行分析，總結此類事故產生的原因，通過實施一系列整改措施，為空壓機長周期穩定運行提供了保障。

1 空壓機現狀及故障現象

空壓站內有英格索蘭螺桿空壓機7 臺，其型號M250-HV、M300-HV 兩種，采用月度切換制度，4 開3 備，各空壓機有獨立的控制系統，站內未設置集中監控系統。

2015年7月，在空壓電機正常啟動過程中，引發了上一級10 kV 開關跳閘事故，經現場檢查，該空壓機電機A相絕緣擊穿導致電機燒毀。

后經過電控回路的改造和整改，系統穩定運行一年后，又發生了5起空壓機電機燒毀事故，對電機解體分析后，均發現有不同程度的一相或兩相繞組燒損痕跡。

2 原因分析及整改措施

對2015 年7 月發生的電機燒毀故障調取空壓機控制面板故障記錄，所有參數正常，故障記錄顯示“主電機過載”。在10 kV 高壓后臺監控系統有“過流動作”的4次記錄顯示[1]，說明空壓站電機有頻繁連續啟動現象。初步分析，認為高壓開關動作后，該信號與空壓機控制停機信號聯鎖保護失效，高壓開關沒有及時分閘起到保護作用[2]，引起電機持續過載并燒毀。

高壓電機啟停是由高壓開關柜控制[3]，通過對該空壓機10 kV 高壓系統過流保護故障和接觸器運行狀態進行檢查分析[2]，確認控制電纜無故障且信號均能正常接通、開斷。但對其進行模擬高壓故障時，該空壓機無響應故障停機信號。

對其它6 臺空壓機停機檢查，發現了同樣的問題。經與廠家溝通，在定購英格索蘭空壓機設備時，未購入高壓控制柜，而是利用該廠原有的高壓電氣柜。在使用過程中，存在空壓機的低壓控制與給空壓機供電的高壓柜之間的聯鎖信號功能未銜接，導致空壓機電氣聯鎖信號失效，影響空壓機的安全穩定運行。

分析認為，空壓機電氣聯鎖信號供電電源來自于空壓機控制單元24 V電源，受24 V供電容量及電纜敷設環境、長度等影響，可能存在電纜橋架上動力電纜所產生的磁場對24 V 反饋信號的強干擾，產生假信號所致，使信號無法可靠傳輸，為了確保空壓機信號正常傳輸，對空壓機電控回路進行改造[5]，消除信號存在缺陷，具體措施見圖1。

圖1 控制回路和改造原理圖

（1）嚴格按照電纜傳輸的性質進行分類，將高壓動力、低壓動力、控制信號分層敷設，避免不同信號的電纜相互干擾，減少干擾源。為此，采用雙絞屏蔽控制電纜，與動力電纜分開[6]，單獨進行敷設。

（2）將高壓信號傳輸電源電壓采用DC24 V電源供電，10 kV 高壓對信號電纜有一定的感應電壓，易發生信號異常，考慮到現場工況，為了提高信號抗干擾能力，將高壓信號傳輸電源電壓由DC24 V提高到AC220 V。

（3）在空壓機現場控制柜里，增設兩個中間繼電器[4]，提高信號可靠性，提高信號傳輸的準確性。以上控制回路改造實施后，投入運行前，在10 kV 高壓柜內做模擬信號測試，空壓機電控柜控制單元均有信號顯示信息。在實際運行過程中，空壓機高壓電氣柜信號與空壓機控制柜信號之間未發生信號丟失現象，也沒有出現電機有頻繁連續啟動及信號聯鎖保護失效的現象，提高了信號反饋功能的準確性及可靠性，對電機起到了一定的保護作用[2]，解決了由此引發的電機燒毀問題。

在排除了由電控方面引起的電機燒毀因素后，隨后又出現了幾起電機燒毀事故，針對可能導致事故的各種因素進行了全面的分析研究，力求找到事故的其它原因，從根本上解決空壓站電機燒毀事故。

3 電機燒毀故障引發的主要原因及措施

經過對燒毀的7 臺電機解體維修，共性問題是燒毀部位為繞組中的某一相出現局部燒毀現象。針對此問題，認為主要原因集中在電機頻繁啟動和外界環境因素影響這兩方面，造成電機頻繁燒毀。

3.1 電機頻繁啟動

因設備管理要求，備用設備要求定期輪換使用，確保設備完好，在主機故障時能可靠投入使用。現場實際規定，對備用設備每隔7日進行試機，運行正常后，作為主機投入使用，同時相應停用另一臺主機，周而復始，進行循環投切。作為空壓機10 kV高壓電機，采用的是直接啟動方式，實際啟動電流達到額定電流7倍以上[1]，會對電機引發以下后果：

（1）由于電機長時間過載或過熱運行，存在著一定的定子繞組線圈絕緣老化現象，絕緣最薄弱點容易碳化引發局部接地、線間短路或匝間短路等故障，造成繞組線圈局部燒毀。

（2）電機定子線圈在運行中由于受到電動力（如啟動時大電流沖擊，所拖動設備振動等）的作用，導致繞組線圈出現匝間松動磨損現象，長期高電位也會使定子線圈發生腐蝕，如絕緣脆化、絕緣發生龜裂等現象，導致最先碳化的絕緣破壞直至燒毀繞組線圈。

3.2 外界環境因素

空壓機廠房靠近煉鐵廠，廠房封閉不嚴，鐵屑、鐵粉進入廠房內。操作人員用水管清洗地面來代替日常清掃工作，加之室內通風效果較差，潮氣太大，水汽無法排除。由于電機本身密封不良，潮氣、粉塵或其它帶有腐蝕性氣體，滲透到電機內部的絕緣中，使定子線圈局部受潮或受到浸蝕，降低繞組絕緣強度，從而導致電機繞組局部燒壞。尤其對停機狀態的空壓機而言，潮氣和粉塵進入電機后降低電機絕緣，在啟動時更容易發生電機燒毀事故。

4 處理措施

針對空壓站設備，制定以下相應的措施：

（1）修訂空壓機備用設備投運管理制度，盡量減少高壓電機的開機次數。倒換操作每半年對備用設備進行送電試機，日常只對備用設備定期盤車、檢查等日常保養工作，特別是減少在熱狀態下短間隔的啟動次數，啟動間隔時間為30 min以上。

（2）在電機大、小修中加強對絕緣、籠條等狀況的檢查，對發現的定子繞組龜裂、老化部位進行更換或浸環氧樹脂漆處理；對松動、疲勞的轉子籠條進行加固和更換。

（3）空壓站內禁止用水清洗地面，避免水汽進入電機繞組內部同時對室內百葉窗加裝無紡棉過濾布，防止鐵屑、粉塵進入。

（4）做好電機自身及周圍環境的通風散熱，確保電機運行環境良好。

（5）做好電機每個部位的密封，如在各法蘭涂少量密封膠，防止油污進入電機繞組內。

5 實施效果

針對性措施的實施，解決了空壓機電機燒毀事故，確保了電機長周期安全運行，提高了空壓機運行系統的穩定安全性。除此之外，還有一些其他原因會造成電機燒毀，做好以下幾點防范措施，保證空壓機正常運行至關重要。

（1）由控制柜繼電器、高壓柜開關、綜保（包括欠電壓、速斷、過電流等基本保護。）失靈故障[3]，造成電機燒毀的問題。

對策：應定期進行繼電器、開關柜測試，有問題及時修復或更換。

（2）由于軸承磨損等原因致使定、轉子磨擦，出現掃膛現象，引起鐵心溫度急劇上升，燒毀槽絕緣、匝間絕緣，從而造成繞組匝間短路或對地“放炮”的現象。

對策：對使用壽命已達5年的軸承進行更換；定期加油，禁止多種潤滑油脂混用；對軸承溫度進行監測。

（3）由電源電壓缺相引發的電機燒毀故障要引起重視。因為正在運行中的電動機缺相后是仍能運轉的，只是磁場發生了畸變，但轉速下降，滑差變大，在負荷不變的情況下會導致某相電流過大，當長時間運行后，該相繞組可能因過熱而燒毀。

對策：對電機進行日常維護和檢修的同時，對電機進行相應的真空接觸器觸頭檢查和試驗，包括動力線路可靠性，杜絕缺相運行。

6 結束語

對于空壓機電機在運行中出現的故障，應當引起足夠的重視，維護人員應能快速準確地分析問題并及時解決。要做好日常機組運行狀態監控，及時做好對關鍵部位維護保養，延長電機絕緣老化周期和空壓機使用壽命，真正做到事前預防，保持設備長期穩定高效運行。