庞 忠 颜志文 肖 雷 张 琪 颜铭志
（联泓新材料科技股份有限公司）
0 引言
某公司EVA装置反应搅拌器电动机安装在工作压力200Mpa的反应釜内，电动机轴承没有专用润滑脂（油），依靠反应釜进入物料（主要是乙烯气体）对电动机轴承进行润滑，对电动机进行冷却散热。电动机选用ATB公司REX-3（MA-400）型电动机：额定功率400kW，额定电压660V，额定电流467A，绝缘等级H级，额定转速970转／分钟，驱动端轴承选用MRC 9328UPD8U型2套，非驱动端轴承选用MRCMR318／C2型1套，电动机正常运行最大电流320A。变频器选用施耐德ATV71EXS5C63YO-EP型变频器：额定电压690V，额定电流675A。2020年3月30日17：10，工艺操作人员预停反应器，开始对反应器入口温度进行升温，并降低反应压力；18：55反应搅拌器电动机电流由318A突然开始上升，19：00电动机电流升至597A，19：01工艺操作人员紧急手动停止反应搅拌器。
1 故障现象
1.1 DCS记录电动机过电流曲线
反应搅拌器预停车过程中，出现电动机过电流现象，DCS监控画面记录电动机电流由318A升至597A约5分钟时间，见图1。
1.2 微机综保记录电动机过电流曲线
查看反应搅拌器高压柜微机综保记录电动机过电流曲线与DCS监控画面记录电动机过电流曲线变化趋势基本一致，见图2。
1.3 转子发生扫膛现象
电动机抽出转子，检查发现转子表面光亮，转子有扫膛痕迹，定子铁心硅钢片也有明显摩擦痕迹，见图3。
1.4 轴承有损伤现象
检查电动机拖动设备搅拌轴，发现搅拌轴轴承滚动体脱落，滚动体、滚动磨损严重；电动机轴承滚动体有明显划痕，轴承游隙变大，见图4。
1.5 电动机引线烧坏
检查电动机引线，发现引线有烧坏现象，见图5。
1.6 定子槽楔有翘起、松动现象
检查电动机定子槽楔，发现定子槽楔有翘起、松动现象，见图6。
2 故障原因分析
2.1 电动机过电流原因分析
根据图1DCS监控画面记录电动机过电流曲线与图2微机综保记录电动机过电流曲线变化趋势一致，说明电动机过电流是真实值，故排除对DCS监控画面记录电流不准确的怀疑。原计划停反应搅拌器，为什么在预停反应搅拌器的过程中电动机电流却突然增加了呢？检查电动机轴承时发现轴承滚动体、滚道有明显划痕，轴承间隙变大。检查电动机拖动设备搅拌轴，发现搅拌轴的轴承损坏较为严重，见图4。电动机轴承磨损严重导致轴承游隙变大；反应搅拌器电动机是进口电动机，电动机定转子间气隙较小，所以出现电动机转子扫膛现象。电动机转子扫膛的过程，导致电动机运行阻力增加，因此出现电动机过电流现象。
2.2 轴承损坏及转子扫膛原因分析
电动机正常运行时电流不超过320A，为何在反应搅拌器预停车过程中突然发生电动机转子扫膛现象呢？
这台反应搅拌器电动机轴承没有专用润滑脂，并且安装在反应搅拌釜内，依靠反应搅拌釜进入物料对电动机轴承进行润滑、对电动机本体进行冷却散热，与普通电动机的润滑方式和散热方式不一样。会不会是预停车过程中工艺条件发生变化，导致电动机轴承受损、游隙变大呢？向工艺操作人员了解得知，反应搅拌器电动机正常运行时进入物料温度在18-20℃左右，预停车过程需要1小时的时间将18-20℃物料逐步加热到120℃左右。物料加热到120℃后，还要继续运行1小时才能停反应搅拌器。查阅电动机资料得知，电动机正常运行温度在10-40℃，电动机极限运行温度在130-150℃。电动机进入物料温度120℃，加上轴承转动摩擦产生的热量，再加上电动机运行电流320A产生的热量，本次预停车过程电动机轴温度接近150℃左右。电动机轴承运行有两个关键控制指标，一个指标是轴承温度，另一个指标是轴承润滑剂质量，咨询工艺人员得知预停车时，反应器入口阀开度100%，出口阀开度60%，反应搅拌器进气量减少，相当于电动机轴承润滑剂减少。电动机轴承运行温度升高，接近极限运行温度；轴承润滑剂减少，电动机转速没有下降，所以造成电动机轴承磨损量增加。电动机轴承磨损量增加轴承游隙变大，再加上定转子间气隙较小，所以就出现了电动机转子扫膛的现象。
2.3 引线烧坏原因分析
电动机引线为何烧坏呢？电动机额定电流467A，正常运行电流320A，电动机过电流运行时电流高达597A，比电动机正常运行电流增加0.86倍。电动机维修时不可避免的折弯引线，折弯引线可能使引线局部受伤，或者引线自身存在一定的缺陷，当597A电流通过局部存在缺陷的引线时，导致电动机引线烧坏。
2.4 槽楔翘起、松动原因分析
电动机槽楔为何翘起、松动呢？电动机预停车过程中，电动机内通过的物料温度已达到120℃，加上电动机运行320A电流产生的热量，电动机本体温度要超过120℃。电动机电流由318A上升至597A的过程中，电动机绕组温度会继续升高，电动机绕组持续发热膨胀，导致电动机部分机械强度较差的槽楔翘起、松动。
2.5 变频器保护没有保护跳闸的原因分析
变频器热过载保护是反时限保护。电动机试车时，变频器1.3【电动机热保护电流】： （ItH）设定467A。依据变频器热过载保护曲线，当电动机运行电流≦1.15倍热保护电流时，在热过载保护曲线的左侧区域，不在变频器热过载保护范围内，电动机可持续运行；当电动机运行电流＞537.5A时，才进入变频器热过载保护范围；当电动机电流为1.2倍额定电流（560.4A）时，约经550S延时保护跳闸。热过载跳闸保护曲线如下：见图7。
虽然电动机运行电流高达597A，但是电动机过电流保护时间没有达到变频器热过载保护跳闸时间，所以变频器热过载保护没有跳闸。
3 整改措施
3.1 合理控制工艺指标
反应搅拌器预停车过程中，工艺操作人员要严格控制工艺指标，尽快缩短电动机高温运行时间，合理控制电动机轴承润滑物料进气量，确保电动机轴承润滑良好。避免预停车过程中，因润滑不良、温度过高使电动机轴承造成损伤。
3.2 更换电动机引线
更换已烧坏的电动机引线。电动机日常维修时注意对引线进行保护，减少引线来回弯折。检查发现电动机引线有缺陷时，及时进行更换，避免引线在电动机运行中烧坏。
3.3 优化变频器热过载保护
将变频器1.3设置参数组【电动机热保护过流】：（ItH）由原来的【467A】修改为【400A】；1.8故障管理参数组【热保护类型】：（tHt）由原来的【自冷电动机】： （（ACL）修改为【强制冷却】：（FCL）。依据图7变频器热过载保护跳闸曲线，50Hz时热保护电流400A乘1.15倍可靠系数，即电动机运行电流大于460A即进入变频器热过载保护区域，提高反应搅拌器变频器热过载保护的灵敏性。
3.4 变频器增加定时限过电流保护
反应搅拌器电动机运行电流高达597A，变频器保护没有动作，如果不是操作人员发现后及时停机，有可能造成电动机更大的损坏事故。根据近5年反应搅拌器运行情况统计，反应搅拌器电动机正常运行最大电流320A，当电动机运行电流超过320A可以认为电动机或反应搅拌轴等设备异常，为防止事故扩大，变频器应实现跳闸保护。通过向工艺包供应商埃克森美孚公司咨询反应搅拌器电动机跳闸电流值，埃克森美孚公司根据该公司反应搅拌器运行的实际情况，建议反应搅拌器电动机跳车电流值推荐为470A、0秒。
查阅施耐德ATV71变频器编程手册，变频器没有定时限过流保护功能，但是可以按需分配输出继电器。通过按需分配输出继电器R1可以实现变频器定时限过电流输出信号，将变频器1.5输入输出设置参数组【继电器R1分配】由原来 【变频器故障】：（FLt）故障输出改为【电流到达】：（CtA）达到电流阀值输出；同时，为防止保护误动增加【继电器R1延时】延时5秒输出；1.3设置参数组【电动机电流阀值】： （Ctd）设为470A。R1继电器设定为电流阀值输出继电器后，当电动机电流达到470A时，R1继电器延时5秒得电吸合，即可发出定时限过电流信号。利用R1继电器常开接点控制扩展中间继电器KA1，KA1常闭接点串入变频器外部故障跳车回路。当电动机运行电流达到470A延时5秒后，R1继电器常开接点闭合，起动KA1中间继电器得电吸合，KA1常闭接点断开，变频器外部故障跳闸。通过变频器外部故障跳闸，实现了变频器定时限过电流跳闸保护。变频器原来设计“温度控制器”、 “风机电源开关”两个外部故障跳闸信号，串入KA1继电器常闭接点后变频器共三个外部故障跳闸信号。为方便查找变频器外部故障跳闸原因，KA1中间继电器增加得电自保持闭锁功能；同时，KA1中间继电器选用自动带号灯继电器，KA1得电吸合后KA1得电指示信号灯常亮，方便电气人员查找变频器“定时限电过流”跳闸原因，见图8。复归KA1信号继电器，需要KA1信号继电器断电。
3.5 更换松动槽楔
更换部分松动的槽楔，使用机械强度较高的槽楔修复。
4 结束语
生产现场，有少数电动机存在大马拉小车的现象。大马拉小车的电动机正常运行电流远低于电动机额定电流，当电动机轴承或者拖动设备轴承发生故障时，电动机运行电流会上升，但是往往没有达到电动机热过载保护跳闸电流或者跳闸时间，电动机会在轴承故障的情况下继续长时间运行，将造成机械故障进一步扩大。为实现大马拉小车的电动机变频器对轴承故障的可靠保护，建议变频器保护设置如下：
4.1 根据实际最大运行电流整定热保护电流
大马拉小车的电动机变频器热保护电流，不按电动机额定电流去整定，按电动机正常运行最大电流乘1.05-1.1倍的可靠系数整定【电动机热保护电流】，提高变频器热过载保护的可靠性。
4.2 变频器增加定时限热过流保护功能
变频器热过载保护跳闸曲线的左侧、下方是保护“死”区，为缩小变频器热过载保护的“死”区范围，扩宽变频器保护范围，实现对电动机或拖动设备的轴承故障进行保护，建议变频器增加定时限过电流保护，见图9斜线部分。大马拉小车的电动机定时限过电流保护，建议按电动机日常运行最大电流值乘1.1-1.3倍的可靠系数整定过流保护定值，增加3-5秒延时跳闸保护。
