污水處理廠三相異步電動機常見故障維修和保護

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 2018011

摘  要：三相異步電動機是污水處理廠常見的設(shè)備，針對故障進行維修是機電維修人員的技能。結(jié)合筆者所學(xué)知識和歷次維修實踐總結(jié)了三相異步電動機常見故障，分析了造成故障的原因，并且介紹了檢查排除故障的一些方法，以提高維修效率。

       維修三相異步電動機是污水處理廠機電維修人員的一項基本技能。由于污水處理廠環(huán)境比較復(fù)雜，三相異步電動機經(jīng)常受到進水、短路、老化、各種化學(xué)藥品腐蝕以及誤操作等影響，會引起多種多樣的故障。雖然一般來說普通機電維修人員只要找出損壞的位置，通過更換零件使電動機恢復(fù)正常運行即可，但對于一些人特別是新入職的維修人員來說，如果沒有明確的接線圖， 維修會有一定困難，有時會無從下手。同時， 操作不慎也可能造成電動機二次損壞，甚至引起觸電事故。筆者對電動機無法轉(zhuǎn)動的原因進行分析，并歸納各種排除故障的方法，以提高維修效率。

2.1原理和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

       三相異步電動機是根據(jù)電磁感應(yīng)原理發(fā)明的一種設(shè)備。它一般分定子與轉(zhuǎn)子兩部分，當電動機的三相定子繞組（各相差120°電角度）通入三相對稱交流電后，將產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路）。載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電動機轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，并且電動機旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同。相較于同樣大小的單相電動機，三相異步電動機一般具有功率大的優(yōu)勢，所以在污水處理廠幾乎處處可見。

       在污水處理廠中,三相異步電動機一般用作水泵，也有用作其他設(shè)備的動力部分，比如污泥脫水機、隔柵和螺桿等。在用作水泵時，若功率較小且臨時架設(shè)，用完后就拆除，只需將其簡單接入電路即可,不需要再安裝繼電控制回路。在其他情況下，對于三相異步電動機電路，一般從電學(xué)意義上來說，分主回路與控制回路兩部分。主回路就是電動機本身運行的回路，控制回路一般有兩種形式。普通的控制回路一般有按鈕開關(guān)、緊急停止按鈕、接觸器控制觸頭、指示燈、接觸器線圈、時間繼電器、中間繼電器和熱繼電器等，有時還帶有故障判斷回路，比如漏油指示電路。隨著科技的發(fā)展，出現(xiàn)了一些設(shè)備，比如變頻器（VFD）與可編程邏輯控制器（PLC），給控制回路帶來了新的更的控制方法。這些新的設(shè)備為了準確控制交流輸出，有時還有直流控制電路，并用電位器控制這個電路，或另有接觸屏進行控制。從空間分布來說，供手動操作的起動停止按鈕、電位器和供查看運行情況的電壓/ 電流表等元件和供維修或發(fā)生嚴重故障時用來斷電的緊急停止按鈕，以及VFD、PLC控制用的接觸屏、電位器等，分布在電動機控制柜或電箱外殼上，其他接觸器、繼電器、變頻器和PLC等在控制柜里，從控制柜到電動機本體需要連接端子排。

2.2常見故障及原因分析

        對于不需要控制回路控制的電動機，比如臨時架設(shè)的潛水泵等，常見的損壞有兩種情況：一種是由于吸到雜物，造成過載，繼而導(dǎo)致過熱、燒壞線圈，引起短路或相線接地；還有一種是搬運時不注意，拉拽電纜線力量過大，造成的各種電纜損壞，引起短路、漏電或纖芯斷裂。

對于由電箱或控制柜控制的電動機，造成故障的人為因素主要有兩個：一是墊片、彈簧墊片或螺母在安裝時遺漏，卡在接線樁頭之間，引起短路；二是安裝時，觸頭沒有擰緊，造成接觸器觸頭或端子排等產(chǎn)生電火花，終燒壞電路或造成電動機輸入的三相電缺相。

       排除人為原因，對控制柜或電箱外殼上的設(shè)備來說，老化、風(fēng)化和銹蝕等是常見故障原因， 它們會造成這些設(shè)備斷路、接觸不良以及急停開關(guān)內(nèi)的彈簧失去彈性等。對于電箱內(nèi)部設(shè)備，進水、連接各元件的導(dǎo)線或銅排短路，由于積灰引起的接觸器無法吸合，是導(dǎo)致其大面積損壞的原因。對于電動機本身，由于化學(xué)腐蝕引起的老化或被雜物卡住，是造成其無法轉(zhuǎn)動的原因。這些故障如果存在時間過長，或出現(xiàn)在一些大功率電動機設(shè)備上，還會引起電路過載發(fā)熱，造成繞組燒壞，引起短路或相線接地。

3.1無控制回路的三相異步電動機

       對于不需要控制回路控制的三相異步電動機，在使用之前要先檢查電纜情況，并用兆歐表（即搖表）檢測相線與金屬外殼或者地線（PE 線）間電阻，若電纜有明顯的損壞點，或兆歐表檢測出相線與金屬外殼間電阻過小，則可證明該電動機已損壞，需返廠維修。

3.2普通三相異步電動機

       對于那些由控制回路來控制的三相異步電動機，首先要確定是否有誤報故障的情況，比如在之前維修時按下緊急停止按鈕，修復(fù)完成后未重新復(fù)位，一般也會在控制有故障信號，但此時三相異步電動機或控制回路并沒有損壞，只需要將開關(guān)復(fù)位即可故障信號。

       若確認沒有誤報，同時上一級電氣裝置沒有損壞，即電箱輸入電壓正常，對于普通方式控制的電動機，則可按先機后電、先主后輔的大致順序來排查各個設(shè)備的故障。首先根據(jù)先機后電，對電動機本身進行排查，嘗試按下電動機起動開關(guān)，用耳朵聽電動機動作情況，如電動機振動或嗡嗡發(fā)響但不轉(zhuǎn)動，則可確定存在機械部分的問題。此時，將電動機風(fēng)葉罩打開， 嘗試撥弄風(fēng)葉，如無法撥動，則拆除風(fēng)葉，用管鉗或扳手撥動轉(zhuǎn)軸，若仍無法撥動，則查看管子，清除其他雜物（針對水泵），或查看電動機轉(zhuǎn)軸帶動的其他機械零件是否斷裂或卡住，由機械原因引起的堵轉(zhuǎn)。

       若機械部分無堵轉(zhuǎn)，或堵轉(zhuǎn)已排除，電動機仍無法運轉(zhuǎn)，那就按照先主后輔的原則，先檢查電動機主回路是否存在短路、相線接地的問題。先拉掉電閘，將電動機接線盒拆開，用測電筆或萬用表檢測是否正確切斷電源，然后拆除各條接連線，在拆之前一定要首先記下線號或線色，或用電工膠布做好標記，以便檢查后無誤地將電源線接回電動機。再拆除各個接線樁頭間金屬導(dǎo)條，否則可能會由于原先電動機星形或三角形接法干擾短路檢測情況。之后就可以使用絕緣電阻表進行測量。為了更好地說明測量順序，下圖所示為實際的接線盒照片，并對其中的樁頭進行編號。其中PE為接地樁頭，U1、V1和W1為進線樁頭，U2、V2和W2為連接樁頭，將接在U1、V1、W1與PE之間，如檢測出任何接近0，則說明有相線接地情況，電動機已燒毀，然后接在U1、V1和W1兩兩之間，如檢測出任何接近0，說明電動機存在短路情況，后將接在U1、V1和W1與U2、V2、W2左右兩邊，一般會大致如U1－U2，V1－ V2，W1－W2循三匝線圈，一一對應(yīng)檢測出三組接近0的數(shù)據(jù)。若不是這種情況，則線圈有問題，需要更換。

       若電動機本身沒有損壞，將接在進線任意兩個接頭上和進線與地線間，如測出接近0，則進線已燒毀，需要更換，或控制柜其他地方有短路，需要一一排除。在某些情況下，如果測出穿線管僅有一根導(dǎo)線異常，同時該電動機需要急用的話，有的修理工可能不規(guī)范地將損壞相線與原先接地線進行互換，用原有接地線臨時替代損壞相線功能，以減少電動機停用時間。此時接地的可靠性得不到保證，甚至可能給電動機使用者帶來危險，千萬不能這么做。

 

圖1 接線盒參考

       在檢測完電動機本身與進線后，如果*，則將連線重新接好，注意如果電動機本身沒有短路損壞，則在接線前需要清理樁頭上的墊片、彈簧墊片或螺母等雜物，否則可能因其沒裝上樁頭，反而卡在樁頭或?qū)Ь€之間造成短路，引起電動機二次損壞。然后轉(zhuǎn)到控制柜或電箱，首先檢查各個電器元件外觀是否正常，如有明顯老化、燒毀或進水的，則先進行更換，再檢測各個熔斷器，看是否有損壞，如有則進行更換。之后按下起動開關(guān)，看電動機是否可以點動，若可以，則是負責(zé)自鎖的接觸器壞了，需更換；若不可點動，再用螺絲旋具按下主回路接觸器，看電動機是否可以轉(zhuǎn)動，若可以起動，并能保持旋轉(zhuǎn)，那再檢查開關(guān)本身和接觸器線圈，具體找到壞點進行更換。若起動瞬間熱繼電器迅速切斷電源，則有可能是熱繼電器本身壞了或是缺相，那就檢查各接線端子排是否有松動，若有則一一擰緊。若長時間無法擰緊，則說明接線端子排螺絲已經(jīng)損壞，需更換；若仍無法排除，則檢查熱繼電器本身。注意若要更換熱繼電器，更換后要重起電動機，要將熱繼電器撥碼撥回原來的檔位， 否則可能無法起動，甚至造成更多問題。

       檢查完熱繼電器，還應(yīng)該檢查時間繼電器。首先檢查旋鈕，查看是否松脫，如果松脫，則繼電器內(nèi)部彈簧已經(jīng)損壞。若彈簧正常，然后再將繼電器拆下，撥動旋鈕到一定時間，檢查延時接通和延時斷開觸頭是否處于斷開和接通狀態(tài)，否則該繼電器已失效。這兩種情況均需要更換時間繼電器。

       如果檢查完各接觸器、繼電器和端子牌*，電動機仍無法起動，則還應(yīng)該檢查故障回路， 有時由于故障回路元件損壞，會產(chǎn)生錯誤的故障信號也會鎖死接觸器或繼電器，造成電動機無法起動。

3.3VFD或PLC控制的三相異步電動機

       對于VFD或PLC控制的電動機,由于變頻器（VFD）與可編程邏輯控制器（PLC）種類較多， 操作方式各不一樣，故障時顯示的故障代碼也有區(qū)別。所以普通維修工如果沒有針對性地學(xué)過具體變頻器（VFD）或可編程邏輯控制器（PLC）控制方法，僅能從外表上察看是否損壞，對大部分故障需要核對故障代碼，還須查看說明書和網(wǎng)絡(luò)，甚至需要聯(lián)合生產(chǎn)廠家專業(yè)人員重新進行調(diào)試才能解決。所以對于這些器件，具體的維修方法非常專業(yè)，這里僅作簡要探討。一般而言，如果有電流輸入，且VFD或PLC本身沒有嚴重損壞的情況下，VFD或PLC能啟動，并能通過指示燈或顯示屏顯示相應(yīng)的錯誤，可以通過網(wǎng)絡(luò)或手冊查閱錯誤的原因。如果問題不是出在VFD 或PLC硬件或控制程序的話，則嘗試拆除報錯的信號線或輸出線，看是否依然報錯。如果能錯誤，則與修普通電動機類似，循線排除各零件故障。注意如果錯誤與電動機本身短路或相線接地有關(guān)，此時也需要用搖表確定具體故障位置，然而與普通電動機不同的是，在測量前，除了斷開進線與三相異步電動機連接的一頭外，務(wù)必要將其連接VFD或PLC的另一頭也斷開，否則因為搖表中有一個小發(fā)電機，搖的過程中會反送電，可能燒毀VFD或PLC。

4.1產(chǎn)品簡介

       ARD該系列低壓電動機保護器，具有過載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護功能。可與接觸器、電動機起動器等電器元件構(gòu)成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現(xiàn)場直接控制、面板指示、信號報警、現(xiàn)場總線通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。

4.2產(chǎn)品選型

產(chǎn)品功能

 5結(jié)束語

       本文總結(jié)了筆者入職以來遇到的各種故障和歷次排查故障進行維修所用的方法，對于新入職的機電維修人員而言，掌握這些可以排除大部分故障，但如果遇到一些罕見的未提到的故障，切忌驚慌，可以通過查閱接線圖或與經(jīng)驗豐富的老師傅討論后再維修。機電維修人員務(wù)必注意，在大部分維修開始前需要斷電，否則很可能引起觸電事故或造成電動機二次損害。

[1]吳一帆.污水處理廠三相異步電動機常見故障和維修[J].時代電氣，2020，06：71-73.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版.

劉細鳳，女，本科安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電動機保護器的設(shè)計與應(yīng)用。