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高壓電動機使用中應關注的幾個問題

隨著現代化水泥工業生產規模增大,生產設備越來越大型化,拖動電動機的功率也越來越大。水泥行業生產過程的特點為長周期運行,現代化大型水泥企業年運轉率都超過90%以上,這樣就必須有高質量的、可靠的電氣設備保證其生產過程的連續性,一旦故障停機就會造成巨大的經濟損失。特別是大型高壓電動機,一般都拖動球磨機、回轉窯、風機等重載啟動設備,對其制造質量和使用要求都很高,必須正確的安裝、使用、維護、保養,才能保證長周期的運轉。本文結合水泥企業生產的特點談一談6kV高壓電動機在使用中應關注的幾個問題。
1 高壓電動機質量

    在水泥生產線上使用的高壓電動機從幾百千瓦到幾千千瓦,特別是在大型干法水泥生產線使用的較多,一條大型水泥生產線裝機容量中有三分之二容量均為高壓電動機。我公司是1978年引進的3000t/d全套干法水泥生產線,后又經過技術改造為3500t/d,所以應用的國內外高壓電動機很多,在我們使用過程中,遇到很多質量問題,對生產過程造成了較大的影響。

1.1 引線、接頭等焊接部位問題

    電動機制造過程或維修中,虛焊、焊不透等問題會造成電動機在運行中焊點脫焊,造成焊接部位接觸電阻大,通電發熱使焊錫熔化后,在脫焊部位引起火花閃絡燒毀電動機線圈。這種問題大多出現在轉子線圈插入式繞組導條的并頭套、定轉子引線、接線端子等需要用錫焊的部位。我廠發生過固定電動機定子的鉚釘與機殼脫落后,定子鐵芯轉動一個角度而燒毀電動機事故。因此有必要在訂購電動機合同中,對所有需要焊接的部位提出用銀焊、磷銅焊或者其它特殊焊接要求,以免出現類似事故。

1.2 軸承問題

    在較大型電動機上多采用滑動式軸承結構。在多年的使用中,我們感到滑動式軸承結構雖然有好處,但在使用和維護上比滾動式軸承要麻煩,特別是在生產運行周期較長的情況下,滑動式軸承要經常補充稀油,還要定期研磨軸瓦,安裝時還要控制軸瓦的間隙,處理不好還會出現滲油、漏油等問題。而滾動式軸承只要定期用油槍補充潤滑脂就可以了,出現問題只需更換,維護工作量較校我們在煤磨800kW開啟式滑動式軸承結構電動機的改造上,就要求供應商更改軸承結構,將其改為全密封滾動式軸承,避免了原來在安裝找正和維護上的麻煩,也避免了因粉塵進入造成的問題,效果比較滿意。

    高壓電動機設計中,一般選用大游隙的C3類軸承,較大型電動機還有的選用C4類游隙。我們在使用過程中發現有的軸承內圈表面有點狀磨蝕現象,這主要是因轉子軸電流引起的,轉子在交變磁場中,感應電壓產生渦流,感應電流由轉子軸經過軸承再經過電動機外殼接地后,軸承內會出現電火花燒蝕產生點狀凹坑,從而造成軸承振動、磨損故障,嚴重的會造成定、轉子摩擦掃膛事故。我們在電動機轉子聯軸節上加裝一個碳刷,刷握固定在電動機端蓋上,將軸電流直接接地,可以減少或避免這種故障的發生。另外軸承供貨渠道一定要可靠,免得用了以舊翻新的偽劣軸承造成使用上的麻煩。再則,軸承的潤滑油不可混用,一定按照技術說明書中要求的潤滑油牌號給軸承加油,否則也會造成軸承的損壞。

1.3 絕緣處理問題
    高壓繞線式電動機的轉子、集電環及引線上出現絕緣故障較多,雖然轉子相對于定子來說,電壓要低得多,但在耐潮性、絕緣材料等級的使用上,如果質量有問題也會存在隱患。常見的有由于轉子引線的固定不牢靠,造成絕緣包扎松動,在轉子旋轉過程中絕緣材料磨損使其對地短路;集電環三相之間隔離絕緣套管由于松動磨穿造成相間短路。

1.4 槽楔子問題

    在高壓電動機制造過程中,有的由于未采用真空浸漆工藝,在定子鐵芯線圈槽中槽滿率不高,造成線圈在鐵芯槽內受電磁力作用而振動,使槽楔子振動脫落,從而引起事故。目前國內有的采用新型導磁材料制作槽楔,雖然在改善電動機特性和節能方面效果比較明顯,但是在使用中也會出現此類問題。如我公司使用的3臺同型號1250kW鼠籠型電動機磁性槽楔子中的金屬絲全部脫離槽楔彈出后,塞滿定、轉子氣隙導致電動機抱死而全部燒毀,并引起開關柜爆炸事故,造成重大損失。因此要慎重選用這類結構的高壓電動機。

1.5 電動機的冷卻問題

    大型高壓電動機都設計有冷卻裝置,有水冷卻、風冷卻裝置等,一般水冷卻電動機的冷卻器都放在電動機的頂部,由于冷卻水內都含有雜質,冷卻器的熱交換毛細管內會產生結垢堵塞毛細管,影響電動機的冷卻效果,用化學清洗劑清洗水垢時,會將毛細管腐蝕,所以清洗后必須檢查,確認無漏水。如果冷卻水進入電動機內破壞絕緣,會引起相間、接地短路燒毀電動機事故。而風冷卻電動機在運行和檢修過程中,冷卻風扇葉片會發生變形,造成運行中產生振動而損壞電動機事故,所以必須要注意。
2 電動機產品的選型

2.1如何選用國產與進口電動機

    國產電動機與國外產品相比,最明顯的差別就是電動機的體積、發熱量、額定電流要偏大,且過載能力也較差,這說明電動機的無功損耗較大,這主要體現在所使用的電磁線、矽鋼片電磁性材料性能的差別上。由于體積規格不同,在互換性上也造成一定的麻煩,這主要體現在安裝尺寸和負荷端的軸長不同,造成電動機底座和聯軸節重新加工才能使用。因此在選用電動機時,一是考慮經濟性,再則考慮實用性及必要性。根據我們多年使用日本、德國等產品的經驗,進口產品不管是在制造工藝還是性能上都優于國內產品,特別是大型高壓電動機。我們在訂購1臺2000kW繞線式異步電動機時作過一些調研,國內幾家制造商可以生產2000kW以上容量的繞線式異步電動機,但是業績不多,最后我們還是決定選購原進口國家產品。我們使用的1臺4200kW繞線式異步電動機為德國生產,供應商承諾可使用20到50年,而國內所有的電動機制造商在訂購合同時,保質期只有1年,技術說明書中也無關于設計壽命的說明。大型高壓電動機一旦損壞,修理周期長,費用也非常高,而且還要停產待修,損失非常大。我們認為在關鍵工序使用的大型高壓電動機應選用進口產品,以確保使用的長期可靠性,且可以不必訂購備用品。對于修理周期短、容量較小的高壓電動機可選購國內產品并可儲備少量備件。

2.2根據負載特點進行合理匹配

    目前水泥行業規模及設備向著大型化、長周期運行方面發展,針對拖動設備的類型和場合,一般在設計上考慮拖動電動機負載合理匹配、經濟效益性,防止大馬拉小車造成不必要的電能浪費。一般來說電動機在其90%負載的情況下,再配置比較合理的啟動設備運行就比較經濟。球磨機、回轉窯等設備需要根據負載力矩的差異選用不同類型的電動機,像重載啟動的設備要選用繞線式電動機,以增加啟動力矩。若由于產量提高而需要更換電動機時,在其它技術改造中,必須經過充分論證,設計時應考慮盡量利用原電動機,確有必要再更換,以免造成舊電動機閑置、資源浪費。

2.3 根據使用的場合來選用不同的防護等級

    盡管現代化水泥生產工藝線環保設備很完備,但根據行業生產的特點,在水泥工藝生產線上還要選用防護等級較高的產品,如國產J系列型號的電動機多為開啟式,盡管其散熱性較好,絕緣等級為B級,造價較低,但在使用中由于電動機內部極易積淀灰塵,造成散熱不良,而且由于灰塵顆粒的磨損使定、轉子的絕緣損壞,已不適合應用在現常我廠出現過類似事故后,逐步選用Y系列防護等級較高的產品。目前Y系列電動機有多種防護等級,其設計性能、節能效果都優于J系列產品,防護等級有IP24、IP44、IP54、IP55,可根據電動機使用的場合來選用不同的防護等級的產品,以減少事故的發生。

3 使用維護

3.1 應用診斷技術

    設備狀態監測技術運用計算機進行在線監測分析和診斷設備的動態運行狀況,可解決設備在設計、制造、安裝過程中的“先天不足”,又可發現解決在運行中的“后天故障”,利用一些系統性理論,比如專家系統、模糊系統等進行故障診斷。這些系統技術還可以進行遠程通訊檢測,實現網絡化功能,這項技術應用在大型化、自動化水泥生產線上更體現了其優越性,對設備的潤滑、溫度、振動、噪聲等物理參數長期跟蹤檢測,預測設備運行狀態、趨勢,可及早做出正確的識別和制定檢修方案計劃,防患于未然。我們運用該項技術,對已經運行了20年的拖動生料磨的4200kW繞線式異步電動機負荷端軸承進行診斷和監測,在解體電動機更換該軸承時證明了分析診斷的結果和實際損壞狀況相吻合,使其達到了把握臨界最佳檢修時機的目的,并在我廠其他大型設備的監測上也發揮了比較理想的效果,達到了降低維修成本,避免事故發生,減少事故停機,保證設備安全、穩定、可靠、長周期、滿負荷優質運行的效果。

3.2 定期進行預防性測試

    根據電氣設備維護的有關規程,高壓電動機的預防性測試,包括線圈直流電阻值、絕緣材料交直流電壓的耐壓值的測試非常重要。電動機在運行過程中,其絕緣材料會隨著運行周期、工況變化而逐步老化,因此測量各相線圈的直流阻值是否平衡,以便發現線圈匝間、相間有無短路,焊接點、接頭部位有無缺陷發熱問題。除了通過狀態監測以外,再通過這些預防性測試,以此發現電動機本身存在的靜態事故隱患,以便將這些易造成重大毀壞性事故的問題消滅在萌芽狀態,避免造成更大的經濟損失,這一項工作非常重要,每年均應定期安排。

3.3 定期校驗各類繼電器保護設定值
 
    由于水泥生產工藝線一旦運行,停機檢修周期一般都要超過半年以上,在此運行周期內,必須保證高壓電動機的安全穩定運行,各類繼電器保護值必須靈、準、穩,繼電器的內部元件也會因出現老化使設定值漂移或失靈,一旦保護值失靈也會造成惡性事故,如越級跳閘造成大面積停電、損壞機械設備甚至燒毀高壓電動機。現在有的水泥廠已經在配電室采用計算機進行檢測控制,其技術性、可靠性程度更高,但是目前大多數還是采用繼電器保護,在企業經濟效益較好的條件下,應推廣應用先進的計算機檢測控制技術,保證電氣設備長期安全運行。

3.4 對大修方案的認識

    大型高壓電動機的大修方案必須要經過論證和對修理全過程的控制,針對損壞的部位和程度,制定合理經濟的修理方案,切忌交給修理單位后就不再過問,對檢修過程失去控制。除了制定的修理方案要切實可行,在修理的過程中對全過程也要跟蹤監控,保證大修方案的落實,并可避免在大修后的試車中發生問題時分不清雙方的責任,這樣做的目的是保證大修后能一次試車成功,盡快使設備投入正常運行。

3.5 日常使用維護

    嚴格的按照高壓電動機技術規程進行操作、維護和保養。根據我們的經驗,進口電動機只要嚴格按照其技術規范使用,一般不會出現大的問題,而國產電動機除了按照技術說明書使用外,還應增加保養維護的頻度,有時我們對有隱患的一些高壓電動機一年要解體1~2次,造成人力物力的極大浪費。在維護、檢修、裝配、安裝過程中嚴格按照技術規程進行,以免產生人為事故因素,我廠曾發生過將回轉窯主電動機接錯動力電源線而引起的重大事故。維修技術資料的歸檔、管理工作也非常重要,對大型電動機的使用過程進行動態管理,不能失控。

4 關于高壓電動機節能的問題

    高壓電動機在水泥生產線上裝機容量較大,且屬于電感性負載,無功功率損耗很大,在高壓電動機和電力變壓器裝機容量之比中,電動機的無功損耗占所有無功損耗的70%左右,因此高壓電動機的節能工作也必須視為大型水泥生產線重點管理工作之一。

    1) 從高壓電動機本身來說應選用功率
    因數高和機械效率高的產品,現在市場也出現了新型高效節能電動機,但是在低壓電動機上應用的較多。高壓電動機的銘牌中一般都標明功率因數為85%左右,功率因數低會造成很多問題,比如轉差率增大、電動機過熱等。電動機效率問題是不容忽視的,在計算電動機功率時必須將效率計算進去才能真實的反映電動機本身的輸出功率。

    2) 傳統提高功率因數減少無功損耗的方法是安裝電力補償電容器,其投資少,見效快,維護簡便。供電部門在對用戶的用電考核中,專門考核用戶的電網功率因數,對超過90%的用戶給予獎勵。電力電容器的安裝,一種是集中式補償,所有的電容器安裝在專門設計的電容器室內,對配電室母排和線路進行補償,便于管理、維護,但是對高壓電動機本身無法補償;第二種辦法是機旁就地安裝,直接與高壓電動機聯接進行補償,或者安裝在電動機開關柜內。采用哪種方法需視具體情況而定。

    3) 其它節約電能的方法還有很多,如進相機的應用在國內已有很長時間,雖然節能效果較好,但是由于其本身也是旋轉設備,對整流子等設備本身的維護工作量也較大。靜止式進相器的特點是采用晶閘管交-交變頻方式控制技術代替進相機對電動機的轉子進行補償,它綜合了進相機和電力電容器的優點,應用在球磨機拖動電動機上效果很好,可降低單位能耗而節約電能。現在正在大量使用的 變頻器 雖然也屬節能產品,但是應用在需要頻繁調速的設備上節能效果比較好,并非所有的電動機都可使用,而且高壓 變頻器 的一次性投資也很大。

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