郝继潘，赵黎辉，刘 浩，王连龙，孙丽荣

（1.中国石油辽阳石化公司烯烃厂，辽宁辽阳 111003；2.中国石油辽阳石化公司机动设备处，辽宁辽阳 111003）

0 引言

电机作为流程工业转动设备的主要驱动机械，具有简化生产机械结构、实现自动控制和远程控制等优点，广泛应用于各行各业，驱动各种类型的压缩机、泵、风机等转动机械，其能否正常运转对生产设备和系统的运行稳定性和可靠性起直接的决定作用，同时也对转动机械的运行效率有很大的影响。对电机进行必要的状态监测和故障诊断，提前发现并精准找到存在的问题，实施对应维修策略，避免非计划停机造成的生产损失和高昂的维修费用，是现代企业管理一直不断追求的目标。

1 电机状态监测和故障诊断技术应用现状

辽阳石化公司针对感应电机的运行历史和状况，在机械方面开展了振动监测和诊断，在电气诊断方面相继开展了MOTOR MONITOR 诊断和电机的便携在线状态监测和故障诊断。电机故障诊断方面的通常做法是：用具有高分辨率的数据采集器或频谱分析仪对电机在30%负载以上的状态下从电机的供电一次回路或二次回路上取得电流和电压信号，通过对这2 种信号进行分析来诊断电机是否存在故障，并判断故障类型的方法。随着电机诊断技术和应用的不断发展，只通过对电机的运行参数进行在线采集就可以分析判断出电机的故障类型和产生原因，即由于力或电的单一作用导致，还是相互共同作用产生。通常情况下电机电压信号的采集需要电气操作人员在供电设备上进行带电接线，具有很大的安全风险，一旦操作不当很容易造成短路故障，导致局部甚至整个供电区域的设备和装置的停电事故。生产装置现场采集电机电压信号存在的局限性使该种测试诊断技术一直无法广泛应用，当然在实验场地还是可以采取上述诊断方式进行诊断操作的。

随着分析仪器精度的提高和诊断理论应用的日益成熟，通过高分辨率的频谱分析和断电试验同样可以更快捷的判断出电机故障的类型，为维修人员提供精准的维修建议指明了方向。

2 电机振动故障产生原因及分类

电机的异常振动主要表现为如下7 个：①定子异常导致的超常规电磁振动；②定子与转子之间存在气隙不均匀引起的异常电磁振动；③转子绕组异常引起的超常规电磁振动；④转子不平衡产生的异常机械振动；⑤滚动轴承状态异常产生的超常规机械振动；⑥滑动轴承故障产生的异常振动；⑦安装、调整数据不良引起的异常机械振动等。其中，定子电磁振动的特征是：①故障主导振动频率为电源频率的2 倍；②切断电源后，电磁力引起的振动立即消失；③振动信号可以在定子机座和轴承上测得；④振动数值大小与机座刚度和电机的负载有关。

由于电机在运行时受到机械力和电磁力的双重作用，不可避免地会发生机械故障或电气故障。有时是单一故障引起的超标振动，有时是两方面的故障兼而有之。因此对电机的故障诊断就包括机械诊断和电气诊断2 个方面。机械故障原因通常考虑转子本体、支撑系统和轴系等方面，电气故障原因的判别就考虑由于电的作用引起的各种异常现象（表1）：

表1 电机振动故障原因分类

3 电机状态监测及故障诊断技术应用案例

某厂一台型号为DG45-80×6-12 的中压锅炉给水泵，为沈阳水泵厂80 年代末出产的产品，介质为105 ℃水，流量为45 m3/h，扬程80 m，配备一台132 kW 的转速为2980 r/min 型号为Y315M-2 的三相异步电机，机组概貌图如图1 所示。

图1 机组概貌

运行情况：由于泵振动值超标进行检修，对泵端的轴承和隔板进行更换，对泵转子做了动平衡以后正常回装，并进行开机运行测试。测得泵和电机两端振动值均超过通用报警限值4.5 mm/s（参照ISO 10816），电机振动数值超标且呈现波动现象（表2）：

表2 故障处理前机组各测点的振动值 mm/s

为诊断电机高振动故障的原因，现场进行带负荷打闸试验，断电瞬间电机振动幅值瞬间大幅度降低，由12 mm/s迅速降至4 mm/s 左右，比较符合电机存在电气故障的判别特征。初步判断电机可能存在部件松动或者气隙不均故障。将电机送到电修公司检查发现电机基础不平，在一个地脚加垫铁保证电机基础的平面度，在试验平台上空负荷运行，振动值最大2 mm/s。电机运回生产现场安装后，电机单机运行，水平方向振动值为6 mm/s，现场进行电机单运打闸试验，断电后电机振动逐步减小，基本排除电气故障，确认电机存在机械故障。

为验证是电机本体问题还是基础问题，对电机进行了如下操作：将电机4 个地脚全部松开，电机振动值均小于2 mm/s，拧紧1 个地脚振动涨到3 mm/s 以上，拧紧2 个地脚振动涨到5 mm/s，4 个地脚全部拧紧，振动达7 mm/s 以上，且随着运行时间加长，垂直方向振动曾上涨趋势，重复试验几次，效果基本一致，重复性很好。

将4 个地脚紧好后，观察振动频谱以工频占主导，伴有明显的2 倍频成分。根据测得的数据和频谱图，分析认定该电机存在基础支撑系统刚性不足故障。通过现场观察发现机组电机端的水泥基础有明显裂纹，将基础二次灌浆层清掉后发现，电机尾端基础地脚螺栓底板与垫铁间不实，基础刚度不够（图2）。重做电机基础，养护完成后按照正常程序回装该机泵后运转正常，运行振动数据见表3。

图2 现场检修时发现电机基础松动

表3 故障处理完成后机组各测点的振动值 mm/s

4 结论

通过对一例电机故障分析诊断过程的详细介绍，阐述了对电机进行故障诊断的过程及方法，迅速准确判断电机存在的故障类型，可以提高对驱动设备的预知检修能力，为企业创造可观的经济效益。对电机状态监测和故障诊断能力的提高，将会对装置设备管理人员和电气设备管理人员对电机相关的业务的配合起到积极的作用，进一步提高转动设备管理的工作效率和水平，为提高企业的设备管理水平打下了良好的基础。