郝繼潘，趙黎輝，劉 浩，王連龍，孫麗榮

（1.中國(guó)石油遼陽(yáng)石化公司烯烴廠，遼寧遼陽(yáng) 111003；2.中國(guó)石油遼陽(yáng)石化公司機(jī)動(dòng)設(shè)備處，遼寧遼陽(yáng) 111003）

0 引言

電機(jī)作為流程工業(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)械，具有簡(jiǎn)化生產(chǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，驅(qū)動(dòng)各種類型的壓縮機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)等轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，其能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性起直接的決定作用，同時(shí)也對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)行效率有很大的影響。對(duì)電機(jī)進(jìn)行必要的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，提前發(fā)現(xiàn)并精準(zhǔn)找到存在的問(wèn)題，實(shí)施對(duì)應(yīng)維修策略，避免非計(jì)劃停機(jī)造成的生產(chǎn)損失和高昂的維修費(fèi)用，是現(xiàn)代企業(yè)管理一直不斷追求的目標(biāo)。

1 電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

遼陽(yáng)石化公司針對(duì)感應(yīng)電機(jī)的運(yùn)行歷史和狀況，在機(jī)械方面開(kāi)展了振動(dòng)監(jiān)測(cè)和診斷，在電氣診斷方面相繼開(kāi)展了MOTOR MONITOR 診斷和電機(jī)的便攜在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。電機(jī)故障診斷方面的通常做法是：用具有高分辨率的數(shù)據(jù)采集器或頻譜分析儀對(duì)電機(jī)在30%負(fù)載以上的狀態(tài)下從電機(jī)的供電一次回路或二次回路上取得電流和電壓信號(hào)，通過(guò)對(duì)這2 種信號(hào)進(jìn)行分析來(lái)診斷電機(jī)是否存在故障，并判斷故障類型的方法。隨著電機(jī)診斷技術(shù)和應(yīng)用的不斷發(fā)展，只通過(guò)對(duì)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行在線采集就可以分析判斷出電機(jī)的故障類型和產(chǎn)生原因，即由于力或電的單一作用導(dǎo)致，還是相互共同作用產(chǎn)生。通常情況下電機(jī)電壓信號(hào)的采集需要電氣操作人員在供電設(shè)備上進(jìn)行帶電接線，具有很大的安全風(fēng)險(xiǎn)，一旦操作不當(dāng)很容易造成短路故障，導(dǎo)致局部甚至整個(gè)供電區(qū)域的設(shè)備和裝置的停電事故。生產(chǎn)裝置現(xiàn)場(chǎng)采集電機(jī)電壓信號(hào)存在的局限性使該種測(cè)試診斷技術(shù)一直無(wú)法廣泛應(yīng)用，當(dāng)然在實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地還是可以采取上述診斷方式進(jìn)行診斷操作的。

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

2 電機(jī)振動(dòng)故障產(chǎn)生原因及分類

電機(jī)的異常振動(dòng)主要表現(xiàn)為如下7 個(gè)：①定子異常導(dǎo)致的超常規(guī)電磁振動(dòng)；②定子與轉(zhuǎn)子之間存在氣隙不均勻引起的異常電磁振動(dòng)；③轉(zhuǎn)子繞組異常引起的超常規(guī)電磁振動(dòng)；④轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的異常機(jī)械振動(dòng)；⑤滾動(dòng)軸承狀態(tài)異常產(chǎn)生的超常規(guī)機(jī)械振動(dòng)；⑥滑動(dòng)軸承故障產(chǎn)生的異常振動(dòng)；⑦安裝、調(diào)整數(shù)據(jù)不良引起的異常機(jī)械振動(dòng)等。其中，定子電磁振動(dòng)的特征是：①故障主導(dǎo)振動(dòng)頻率為電源頻率的2 倍；②切斷電源后，電磁力引起的振動(dòng)立即消失；③振動(dòng)信號(hào)可以在定子機(jī)座和軸承上測(cè)得；④振動(dòng)數(shù)值大小與機(jī)座剛度和電機(jī)的負(fù)載有關(guān)。

由于電機(jī)在運(yùn)行時(shí)受到機(jī)械力和電磁力的雙重作用，不可避免地會(huì)發(fā)生機(jī)械故障或電氣故障。有時(shí)是單一故障引起的超標(biāo)振動(dòng)，有時(shí)是兩方面的故障兼而有之。因此對(duì)電機(jī)的故障診斷就包括機(jī)械診斷和電氣診斷2 個(gè)方面。機(jī)械故障原因通常考慮轉(zhuǎn)子本體、支撐系統(tǒng)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?，F(xiàn)象（表1）：

表1 電機(jī)振動(dòng)故障原因分類

3 電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)應(yīng)用案例

某廠一臺(tái)型號(hào)為DG45-80×6-12 的中壓鍋爐給水泵，為沈陽(yáng)水泵廠80 年代末出產(chǎn)的產(chǎn)品，介質(zhì)為105 ℃水，流量為45 m3/h，揚(yáng)程80 m，配備一臺(tái)132 kW 的轉(zhuǎn)速為2980 r/min 型號(hào)為Y315M-2 的三相異步電機(jī)，機(jī)組概貌圖如圖1 所示。

圖1 機(jī)組概貌

運(yùn)行情況：由于泵振動(dòng)值超標(biāo)進(jìn)行檢修，對(duì)泵端的軸承和隔板進(jìn)行更換，對(duì)泵轉(zhuǎn)子做了動(dòng)平衡以后正常回裝，并進(jìn)行開(kāi)機(jī)運(yùn)行測(cè)試。測(cè)得泵和電機(jī)兩端振動(dòng)值均超過(guò)通用報(bào)警限值4.5 mm/s（參照ISO 10816），電機(jī)振動(dòng)數(shù)值超標(biāo)且呈現(xiàn)波動(dòng)現(xiàn)象（表2）：

表2 故障處理前機(jī)組各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值 mm/s

為診斷電機(jī)高振動(dòng)故障的原因，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行帶負(fù)荷打閘試驗(yàn)，斷電瞬間電機(jī)振動(dòng)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(jī)存在電氣故障的判別特征。初步判斷電機(jī)可能存在部件松動(dòng)或者氣隙不均故障。將電機(jī)送到電修公司檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)基礎(chǔ)不平，在一個(gè)地腳加墊鐵保證電機(jī)基礎(chǔ)的平面度，在試驗(yàn)平臺(tái)上空負(fù)荷運(yùn)行，振動(dòng)值最大2 mm/s。電機(jī)運(yùn)回生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝后，電機(jī)單機(jī)運(yùn)行，水平方向振動(dòng)值為6 mm/s，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行電機(jī)單運(yùn)打閘試驗(yàn)，斷電后電機(jī)振動(dòng)逐步減小，基本排除電氣故障，確認(rèn)電機(jī)存在機(jī)械故障。

為驗(yàn)證是電機(jī)本體問(wèn)題還是基礎(chǔ)問(wèn)題，對(duì)電機(jī)進(jìn)行了如下操作：將電機(jī)4 個(gè)地腳全部松開(kāi)，電機(jī)振動(dòng)值均小于2 mm/s，擰緊1 個(gè)地腳振動(dòng)漲到3 mm/s 以上，擰緊2 個(gè)地腳振動(dòng)漲到5 mm/s，4 個(gè)地腳全部擰緊，振動(dòng)達(dá)7 mm/s 以上，且隨著運(yùn)行時(shí)間加長(zhǎng)，垂直方向振動(dòng)曾上漲趨勢(shì)，重復(fù)試驗(yàn)幾次，效果基本一致，重復(fù)性很好。

將4 個(gè)地腳緊好后，觀察振動(dòng)頻譜以工頻占主導(dǎo)，伴有明顯的2 倍頻成分。根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)和頻譜圖，分析認(rèn)定該電機(jī)存在基礎(chǔ)支撐系統(tǒng)剛性不足故障。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)機(jī)組電機(jī)端的水泥基礎(chǔ)有明顯裂紋，將基礎(chǔ)二次灌漿層清掉后發(fā)現(xiàn)，電機(jī)尾端基礎(chǔ)地腳螺栓底板與墊鐵間不實(shí)，基礎(chǔ)剛度不夠（圖2）。重做電機(jī)基礎(chǔ)，養(yǎng)護(hù)完成后按照正常程序回裝該機(jī)泵后運(yùn)轉(zhuǎn)正常，運(yùn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)基礎(chǔ)松動(dòng)

表3 故障處理完成后機(jī)組各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值 mm/s

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)一例電機(jī)故障分析診斷過(guò)程的詳細(xì)介紹，闡述了對(duì)電機(jī)進(jìn)行故障診斷的過(guò)程及方法，迅速準(zhǔn)確判斷電機(jī)存在的故障類型，可以提高對(duì)驅(qū)動(dòng)設(shè)備的預(yù)知檢修能力，為企業(yè)創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷能力的提高，將會(huì)對(duì)裝置設(shè)備管理人員和電氣設(shè)備管理人員對(duì)電機(jī)相關(guān)的業(yè)務(wù)的配合起到積極的作用，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備管理的工作效率和水平，為提高企業(yè)的設(shè)備管理水平打下了良好的基礎(chǔ)。