電機故障診斷技術在石化企業的應用

郝繼潘，趙黎輝，劉 浩，王連龍，孫麗榮

（1.中國石油遼陽石化公司烯烴廠，遼寧遼陽 111003；2.中國石油遼陽石化公司機動設備處，遼寧遼陽 111003）

0 引言

電機作為流程工業轉動設備的主要驅動機械，具有簡化生產機械結構、實現自動控制和遠程控制等優點，廣泛應用于各行各業，驅動各種類型的壓縮機、泵、風機等轉動機械，其能否正常運轉對生產設備和系統的運行穩定性和可靠性起直接的決定作用，同時也對轉動機械的運行效率有很大的影響。對電機進行必要的狀態監測和故障診斷，提前發現并精準找到存在的問題，實施對應維修策略，避免非計劃停機造成的生產損失和高昂的維修費用，是現代企業管理一直不斷追求的目標。

1 電機狀態監測和故障診斷技術應用現狀

遼陽石化公司針對感應電機的運行歷史和狀況，在機械方面開展了振動監測和診斷，在電氣診斷方面相繼開展了MOTOR MONITOR 診斷和電機的便攜在線狀態監測和故障診斷。電機故障診斷方面的通常做法是：用具有高分辨率的數據采集器或頻譜分析儀對電機在30%負載以上的狀態下從電機的供電一次回路或二次回路上取得電流和電壓信號，通過對這2 種信號進行分析來診斷電機是否存在故障，并判斷故障類型的方法。隨著電機診斷技術和應用的不斷發展，只通過對電機的運行參數進行在線采集就可以分析判斷出電機的故障類型和產生原因，即由于力或電的單一作用導致，還是相互共同作用產生。通常情況下電機電壓信號的采集需要電氣操作人員在供電設備上進行帶電接線，具有很大的安全風險，一旦操作不當很容易造成短路故障，導致局部甚至整個供電區域的設備和裝置的停電事故。生產裝置現場采集電機電壓信號存在的局限性使該種測試診斷技術一直無法廣泛應用，當然在實驗場地還是可以采取上述診斷方式進行診斷操作的。

隨著分析儀器精度的提高和診斷理論應用的日益成熟，通過高分辨率的頻譜分析和斷電試驗同樣可以更快捷的判斷出電機故障的類型，為維修人員提供精準的維修建議指明了方向。

2 電機振動故障產生原因及分類

電機的異常振動主要表現為如下7 個：①定子異常導致的超常規電磁振動；②定子與轉子之間存在氣隙不均勻引起的異常電磁振動；③轉子繞組異常引起的超常規電磁振動；④轉子不平衡產生的異常機械振動；⑤滾動軸承狀態異常產生的超常規機械振動；⑥滑動軸承故障產生的異常振動；⑦安裝、調整數據不良引起的異常機械振動等。其中，定子電磁振動的特征是：①故障主導振動頻率為電源頻率的2 倍；②切斷電源后，電磁力引起的振動立即消失；③振動信號可以在定子機座和軸承上測得；④振動數值大小與機座剛度和電機的負載有關。

由于電機在運行時受到機械力和電磁力的雙重作用，不可避免地會發生機械故障或電氣故障。有時是單一故障引起的超標振動，有時是兩方面的故障兼而有之。因此對電機的故障診斷就包括機械診斷和電氣診斷2 個方面。機械故障原因通常考慮轉子本體、支撐系統和軸系等方面，電氣故障原因的判別就考慮由于電的作用引起的各種異常現象（表1）：

表1 電機振動故障原因分類

3 電機狀態監測及故障診斷技術應用案例

某廠一臺型號為DG45-80×6-12 的中壓鍋爐給水泵，為沈陽水泵廠80 年代末出產的產品，介質為105 ℃水，流量為45 m3/h，揚程80 m，配備一臺132 kW 的轉速為2980 r/min 型號為Y315M-2 的三相異步電機，機組概貌圖如圖1 所示。

圖1 機組概貌

運行情況：由于泵振動值超標進行檢修，對泵端的軸承和隔板進行更換，對泵轉子做了動平衡以后正常回裝，并進行開機運行測試。測得泵和電機兩端振動值均超過通用報警限值4.5 mm/s（參照ISO 10816），電機振動數值超標且呈現波動現象（表2）：

表2 故障處理前機組各測點的振動值 mm/s

為診斷電機高振動故障的原因，現場進行帶負荷打閘試驗，斷電瞬間電機振動幅值瞬間大幅度降低，由12 mm/s迅速降至4 mm/s 左右，比較符合電機存在電氣故障的判別特征。初步判斷電機可能存在部件松動或者氣隙不均故障。將電機送到電修公司檢查發現電機基礎不平，在一個地腳加墊鐵保證電機基礎的平面度，在試驗平臺上空負荷運行，振動值最大2 mm/s。電機運回生產現場安裝后，電機單機運行，水平方向振動值為6 mm/s，現場進行電機單運打閘試驗，斷電后電機振動逐步減小，基本排除電氣故障，確認電機存在機械故障。

為驗證是電機本體問題還是基礎問題，對電機進行了如下操作：將電機4 個地腳全部松開，電機振動值均小于2 mm/s，擰緊1 個地腳振動漲到3 mm/s 以上，擰緊2 個地腳振動漲到5 mm/s，4 個地腳全部擰緊，振動達7 mm/s 以上，且隨著運行時間加長，垂直方向振動曾上漲趨勢，重復試驗幾次，效果基本一致，重復性很好。

將4 個地腳緊好后，觀察振動頻譜以工頻占主導，伴有明顯的2 倍頻成分。根據測得的數據和頻譜圖，分析認定該電機存在基礎支撐系統剛性不足故障。通過現場觀察發現機組電機端的水泥基礎有明顯裂紋，將基礎二次灌漿層清掉后發現，電機尾端基礎地腳螺栓底板與墊鐵間不實，基礎剛度不夠（圖2）。重做電機基礎，養護完成后按照正常程序回裝該機泵后運轉正常，運行振動數據見表3。

圖2 現場檢修時發現電機基礎松動

表3 故障處理完成后機組各測點的振動值 mm/s

4 結論

通過對一例電機故障分析診斷過程的詳細介紹，闡述了對電機進行故障診斷的過程及方法，迅速準確判斷電機存在的故障類型，可以提高對驅動設備的預知檢修能力，為企業創造可觀的經濟效益。對電機狀態監測和故障診斷能力的提高，將會對裝置設備管理人員和電氣設備管理人員對電機相關的業務的配合起到積極的作用，進一步提高轉動設備管理的工作效率和水平，為提高企業的設備管理水平打下了良好的基礎。