嚴(yán)有風(fēng)

（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

淺談三相異步電動機(jī)常見故障及其保護(hù)

嚴(yán)有風(fēng)

（新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

摘要：論述了三相異步電動機(jī)機(jī)械故障和電磁故障的類型及其表現(xiàn)形式，對短路、過載、過熱、斷相、欠電壓、堵轉(zhuǎn)等各種故障產(chǎn)生的后果及有效保護(hù)方法進(jìn)行了分析，提出了電動機(jī)保護(hù)的改進(jìn)意見。

關(guān)鍵詞：異步電動機(jī)；故障；保護(hù)

0引言

電動機(jī)根據(jù)電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，廣泛應(yīng)用于驅(qū)動各類機(jī)械設(shè)備。三相異步電動機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠、堅(jiān)固耐用、體積較小、使用維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛采用，然而，電動機(jī)在啟動和運(yùn)行中，由于各種原因，可能發(fā)生各種類型的故障，危及人身和設(shè)備安全，因此，對電動機(jī)的故障進(jìn)行分析，并采取必要而有效的保護(hù)措施，就成為一項(xiàng)相當(dāng)重要的工作了。

1三相異步電動機(jī)的故障

電動機(jī)的故障大致可以分為機(jī)械故障與電磁故障兩方面，這二者之間互有關(guān)聯(lián)。如軸承損壞，引起電動機(jī)的過載，甚至堵轉(zhuǎn)；而風(fēng)葉損壞，使電動機(jī)繞組散熱困難，溫度提高，絕緣老化。電動機(jī)發(fā)生故障后，不同的故障類型，有不同的表現(xiàn)形式，主要有：異常聲音、異常氣味、電動機(jī)過熱發(fā)燙或冒煙、電動機(jī)運(yùn)行時振動過大、電動機(jī)軸承發(fā)熱、絕緣電阻明顯降低、電動機(jī)不能啟動等。

1.1電動機(jī)的機(jī)械故障

電動機(jī)機(jī)械方面的故障有：堵轉(zhuǎn)、掃膛、振動、軸承過熱、損壞等。

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

（2）振動應(yīng)先區(qū)分是電動機(jī)本身引起的，還是傳動裝置不良所造成的，或者是機(jī)械負(fù)載端傳遞過來的，而后針對具體情況進(jìn)行排除。屬于電動機(jī)本身引起的振動，多數(shù)是由于轉(zhuǎn)子動平衡不好，軸承動作不良，轉(zhuǎn)軸彎曲，端蓋、機(jī)座、轉(zhuǎn)子不同軸心，或者電動機(jī)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(jīng)驗(yàn)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(fā)熱。

1.2電動機(jī)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(jī)會過分發(fā)熱，過分的高電壓會危機(jī)電動機(jī)的絕緣，使其有被擊穿的危險。電源電壓過低時，電磁轉(zhuǎn)矩就會大大降低，如果負(fù)載轉(zhuǎn)距沒有減小，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)過低，這時轉(zhuǎn)差率增大造成電動機(jī)過載而發(fā)熱，長時間運(yùn)行就會影響電動機(jī)的壽命。

（2）三相電壓不對稱。當(dāng)三相電壓不對稱時，即一相電壓偏高或偏低時，會導(dǎo)致某相電流過大，電動機(jī)發(fā)熱，同時轉(zhuǎn)距減小會發(fā)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(jī)發(fā)熱而損壞電動機(jī)。

（3）定子繞組單相接地。電動機(jī)繞組絕緣受到損壞，及繞組的導(dǎo)體和鐵芯、機(jī)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(yán)重時會燒毀繞組。出現(xiàn)繞組接地多數(shù)是電動機(jī)受潮引起，有的是在環(huán)境惡劣時金屬物或有害粉末粉塵進(jìn)入電動機(jī)繞組內(nèi)部造成。

（4）定子繞組相間短路。繞組中相鄰兩條導(dǎo)線之間的絕緣損壞后，使兩導(dǎo)體相碰，就稱為繞組短路。發(fā)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(fā)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(fā)熱，使絕緣老化，縮短電動機(jī)的使用壽命甚至損壞電動機(jī)。

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

（7）電動機(jī)過載。引起電動機(jī)過載的原因有：所帶機(jī)械負(fù)荷過大；供電電壓降低引起轉(zhuǎn)速下降；缺（斷）相運(yùn)行；電動機(jī)啟動時間過長等。電動機(jī)過負(fù)荷運(yùn)行時由于電流增大，發(fā)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(jī)的保護(hù)

2.1電流速斷保護(hù)

2.2過電流保護(hù)

過電流保護(hù)，分為定時限過電流、熱過載反時限過電流保護(hù)。

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

（2）熱負(fù)載反時限過流保護(hù)：熱過載反時限過流保護(hù)的動作方程如下：式中

為電動機(jī)運(yùn)行中三相電流中的最大值；

為可整定的保護(hù)動作電流；τ為可整定的發(fā)熱時間常數(shù)（一般由制造廠提供）。

2.3過熱保護(hù)

為正序分量系數(shù)，在電動機(jī)開始啟動時可以設(shè)為0.5，這樣可以使過熱保護(hù)躲過巨大的電動機(jī)啟動電流，在啟動完成后為1。為負(fù)序電流系數(shù)，因負(fù)序電流產(chǎn)生的熱效應(yīng)遠(yuǎn)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(hù)

為了防止電動機(jī)在過低電壓下起動和運(yùn)行，以及電動機(jī)在運(yùn)行中突然斷電后又恢復(fù)供電時的自起動，一般均采用失壓和欠壓保護(hù)。交流接觸器的電磁機(jī)構(gòu)、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(hù)作用。當(dāng)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(hù)

電動機(jī)損壞，有很大一部分比例是由于斷相運(yùn)行造成的，而人們對斷相運(yùn)行給電機(jī)造成什么樣的危害，應(yīng)采取什么樣的保護(hù)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(diǎn)認(rèn)為：斷相運(yùn)行將導(dǎo)致電機(jī)繞組過熱而損壞，利用溫度傳感器監(jiān)視電動機(jī)繞組溫升，是直接而且可靠的斷相保護(hù)方案。

2.6堵轉(zhuǎn)保護(hù)

通常堵轉(zhuǎn)保護(hù)整定值是躲不過電動機(jī)的巨大啟動電流的，在啟動時間內(nèi)，堵轉(zhuǎn)保護(hù)自動被閉鎖。在啟動時間后，因機(jī)械原因或過負(fù)荷電動機(jī)出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)故障，正序電流，整定延時，堵轉(zhuǎn)保護(hù)動作，跳開電動機(jī)電源回路的斷路器。

2.7不平衡保護(hù)

不平衡保護(hù)主要針對各種非接地性不對稱故障，如：電動機(jī)發(fā)生某相斷相時，負(fù)序分量的大小因故障前的負(fù)荷率而不同，負(fù)荷率大于0.7時，健全相才能引起過電流，因此，常規(guī)保護(hù)不能有效保護(hù)不對稱故障。在電動機(jī)正常運(yùn)行時，由于供電電源的不對稱，總存在一定的負(fù)序電流，該電流一般不會超過25%大于堵轉(zhuǎn)定值負(fù)序保護(hù)的整定應(yīng)能躲過此負(fù)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(lián)差動保護(hù)

根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：2MW以上電動機(jī)，或2MW以下，但電流速斷保護(hù)靈敏系數(shù)不符合要求的電動機(jī)，裝設(shè)縱聯(lián)差動保護(hù)。上述保護(hù)應(yīng)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(hù)的誤動，電動機(jī)差動保護(hù)的動作電流應(yīng)按照躲過電動機(jī)的額定電流整定。即為：

3電動機(jī)保護(hù)的新思路

（1）對電動機(jī)的保護(hù)配置，應(yīng)根據(jù)其容量、重要程度、電壓等級、負(fù)載類型、使用環(huán)境等因素綜合考慮。對于大容量電動機(jī)，由于其價格昂貴，維修所花費(fèi)的資金比較多，其損壞后對正常的生產(chǎn)生活影響也比較大。因此，在保護(hù)配置上，應(yīng)盡力保證電動機(jī)的安全。

（2）采用電流取樣。這樣既可兼顧過流和斷相保護(hù)的不同特點(diǎn)，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(shí)，避免了其他取樣方案的缺點(diǎn)和局限性。采用電壓取樣雖造價低廉，但只能保護(hù)電源到取樣接入處之間的斷相，保護(hù)不了取樣接入處到電機(jī)之間的斷相。采用中性點(diǎn)或人造中性點(diǎn)對零線電流或電壓取樣，由于單相負(fù)載的投入或切除，必然會使中性點(diǎn)電壓或零線電流變化，這將使保護(hù)整定值難以確定。

（3）選用成熟可靠的電子式電動機(jī)保護(hù)器。在條件允許時，應(yīng)考慮裝設(shè)微機(jī)型電動機(jī)保護(hù)器。微機(jī)型保護(hù)器優(yōu)點(diǎn)很多，是今后電動機(jī)保護(hù)器發(fā)展的必然方向。當(dāng)前應(yīng)逐步淘汰由熱繼電器、熔斷器、電磁式電流繼電器構(gòu)成的電動機(jī)保護(hù)裝置。因?yàn)槠涫褂檬墉h(huán)境溫度影響大，穩(wěn)定性差，并且定值整定粗糙，因而可靠性差，很難對電動機(jī)起到良好的保護(hù)作用。

（4）電動機(jī)保護(hù)器應(yīng)具有較寬的電流適應(yīng)范圍。電動機(jī)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(jī)保護(hù)器應(yīng)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(hù)器，電流適應(yīng)范圍應(yīng)更大。

（5）電動機(jī)保護(hù)器對斷相和過流應(yīng)分別保護(hù)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(yùn)行斷相時瞬時跳閘。

（6）電動機(jī)保護(hù)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(jī)保護(hù)器一旦本身電源故障，導(dǎo)致保護(hù)器處于失電狀態(tài)，起不到保護(hù)作用。

4結(jié)語

電動機(jī)燒毀的情況并不少見，電動機(jī)無法啟動及異常運(yùn)行等情況就更為常見了。綜上所述，做好電動機(jī)的日常檢查和維護(hù)工作，根據(jù)其具體情況確定合理的保護(hù)配置方案，并選取穩(wěn)定、成熟、可靠的電動機(jī)繼電保護(hù)產(chǎn)品，是確保電動機(jī)安全運(yùn)行的幾個重要環(huán)節(jié)。

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中圖分類號：TM343+.2

文獻(xiàn)標(biāo)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(yán)有風(fēng)（1977-），男，工程師，從事水利水電工程施工及管理工作。