聯(lián)泓新材料科技股份有限公司的研究人員龐忠、王志剛,、張偉偉,、張琪、顏銘志,，在2021年第2期《電氣技術(shù)》上撰文,，針對(duì)電動(dòng)機(jī)軸承故障引發(fā)的半載負(fù)荷狀態(tài)下變頻器過電流保護(hù)缺失的問題進(jìn)行原因分析并提出整改措施，通過技術(shù)改造可以避免電動(dòng)機(jī)及拖動(dòng)設(shè)備故障的進(jìn)一步擴(kuò)大,，在電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)設(shè)備管理行業(yè)具有推廣意義,。
某公司EVA裝置設(shè)計(jì)13個(gè)料倉(cāng)，安裝14臺(tái)脫氣風(fēng)機(jī)，一臺(tái)脫氣風(fēng)機(jī)對(duì)應(yīng)一個(gè)料倉(cāng),，另外一臺(tái)脫氣風(fēng)機(jī)為備用風(fēng)機(jī),。當(dāng)某個(gè)料倉(cāng)脫氣風(fēng)機(jī)故障停車后，自動(dòng)起動(dòng)備用脫氣風(fēng)機(jī),，風(fēng)機(jī)短時(shí)間停車對(duì)生產(chǎn)沒有影響,。設(shè)備選用德國(guó)愛珍GM801型風(fēng)機(jī)；電動(dòng)機(jī)選用西門子1LE0002—3AA2 3—3AB4—Z 315M型,，額定功率132kW,，額定電流235A，額定轉(zhuǎn)速2 980r/min,；風(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)采用皮帶傳輸動(dòng)力,；控制方式采用變頻器起動(dòng)，選用ABB ACS800—01—0205—3型變頻器,；電動(dòng)機(jī)安裝在懸臂式彈性基礎(chǔ)上,。目前設(shè)備運(yùn)行中發(fā)生多臺(tái)電動(dòng)機(jī)軸承抱軸事故，現(xiàn)場(chǎng)檢查電動(dòng)機(jī)無法盤車,，軸承溫度較高,，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸磨細(xì)，需要外委修復(fù),。從2013年設(shè)備運(yùn)行以來EVA風(fēng)送系統(tǒng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端軸承抱軸現(xiàn)象,，如圖1所示，電動(dòng)機(jī)軸承故障,，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量軸承溫度200℃左右,。
拆檢發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承內(nèi)圈有跑套現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸磨細(xì),，內(nèi)外油蓋有不同程度的磨損,。需要外委修復(fù)軸尺寸,，導(dǎo)致維修費(fèi)用增加,。SIS顯示“流量低低”或“壓力低低”工藝聯(lián)鎖跳車；變頻器無故障跳車記錄,，顯示為正常停車,。2.1 電動(dòng)機(jī)軸承抱軸的原因分析電動(dòng)機(jī)采用懸臂式安裝方式，如圖2所示,。
圖2 電動(dòng)機(jī)采用懸臂式安裝方式依據(jù)ISO 10816《旋轉(zhuǎn)機(jī)器振動(dòng)判斷國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)》132kW電動(dòng)機(jī)振動(dòng)不應(yīng)大于4.5mm/s,，愛珍風(fēng)機(jī)振動(dòng)報(bào)警值是11mm/s、振動(dòng)跳車值是18mm/s,。實(shí)際運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)經(jīng)常超過允許振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值運(yùn)行,，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)軸承損壞加快。電動(dòng)機(jī)有加油孔，沒有排油孔,，無法在線排出廢油,，加油到一定周期后，軸承室內(nèi)廢油脂過多,，軸承室空間有限,，再加上電動(dòng)機(jī)以2985r/min的速度旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)軸承運(yùn)行溫度升高,。羅茨風(fēng)機(jī)噪聲較大,，軸承異常運(yùn)行聲音被羅茨風(fēng)機(jī)噪聲掩蓋，巡檢人員有時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)軸承的異常運(yùn)行狀態(tài),。綜合以上3個(gè)因素是導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)發(fā)生軸承抱軸的主要原因,。電動(dòng)機(jī)軸承從正常運(yùn)行到軸承抱死有一個(gè)過程，需要幾分鐘或者十幾分鐘的時(shí)間,。如果變頻器能根據(jù)電動(dòng)機(jī)軸承故障導(dǎo)致運(yùn)行電流增加的情況及時(shí)進(jìn)行保護(hù)跳閘停車,，不至于把電動(dòng)機(jī)軸承故障擴(kuò)大到電動(dòng)機(jī)軸承抱軸的現(xiàn)象，或者擴(kuò)大到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸磨損較為嚴(yán)重的事故,。檢查變頻器熱保護(hù),、堵轉(zhuǎn)保護(hù)參數(shù)設(shè)置情況，見表1,。 
表1 變頻器熱保護(hù),、堵轉(zhuǎn)保護(hù)參數(shù)設(shè)置通過檢查變頻器保護(hù)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)熱過載保護(hù)沒有起作用,，所以電動(dòng)機(jī)軸承損壞后雖然運(yùn)行電流增加達(dá)到熱過載動(dòng)作值,，但是變頻器沒有投入熱過載保護(hù)，所以變頻器不會(huì)因熱過載保護(hù)動(dòng)作而跳閘,。變頻器堵轉(zhuǎn)保護(hù)時(shí)間20s,，堵轉(zhuǎn)保護(hù)整定堵轉(zhuǎn)頻率20Hz，是在設(shè)備發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象后變頻器輸出頻率下降至20Hz,，堵轉(zhuǎn)時(shí)間達(dá)到20s時(shí)變頻器才會(huì)故障跳閘,。“流量低低”和“壓力低低”工藝聯(lián)鎖達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值,，0.5s跳車,。由于電動(dòng)機(jī)軸承故障導(dǎo)致風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，風(fēng)量減少,，所以工藝聯(lián)鎖跳車優(yōu)先于變頻器堵轉(zhuǎn)保護(hù)跳車,，變頻器堵轉(zhuǎn)保護(hù)沒有起作用。3.1 防止電動(dòng)機(jī)軸承抱軸的整改措施加強(qiáng)對(duì)羅茨風(fēng)機(jī)進(jìn)行維護(hù),，電動(dòng)機(jī)振動(dòng)超標(biāo)及時(shí)進(jìn)行找正,，把電動(dòng)機(jī)振動(dòng)值控制在正常范圍內(nèi),，嚴(yán)禁電動(dòng)機(jī)超振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)值運(yùn)行。查閱《電機(jī)制造工藝學(xué)》國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)軸承室深度公差代號(hào)為h11與西門子電動(dòng)機(jī)軸承室深度公差代號(hào)h11相同,，國(guó)產(chǎn)電機(jī)Y2—315—4外軸承蓋固定尺寸與西門子電動(dòng)機(jī)1LE0002—3AA2 3—3AB4—Z 315M外軸承蓋固定尺寸一致,，國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)Y2—315—4外軸承蓋有排油孔，可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)在線排油功能,，如圖3所示,。
用國(guó)產(chǎn)電動(dòng)機(jī)外軸承蓋代替西門子電動(dòng)機(jī)外軸承蓋，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)在線排油換油功能,，避免電動(dòng)機(jī)軸承室廢油脂過多,，電動(dòng)機(jī)軸承溫度過高，發(fā)生軸承抱軸事故,。3.2 變頻器保護(hù)參數(shù)設(shè)置整改措施經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次觀察,，EVA料倉(cāng)脫氣風(fēng)機(jī)變頻器起動(dòng)時(shí)，變頻器電流不超過120A,；正常運(yùn)行電流最大在120～140A范圍內(nèi),，最大運(yùn)行不超過150A，電動(dòng)機(jī)額定電流235A,，電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行電流比電動(dòng)機(jī)額定電流小85A,，稱為半載負(fù)荷。如果變頻器熱過載保護(hù)按電動(dòng)機(jī)額定電流設(shè)定,，即使投入變頻器熱過載保護(hù),，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸承故障時(shí)，變頻器也不能發(fā)生熱過載跳閘保護(hù),。考慮電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況,，變頻器熱過載保護(hù)預(yù)留一定安全系數(shù)，變頻器熱過載保護(hù)修改見表1,。30.04MOTOR THERM PROT電動(dòng)機(jī)溫度保護(hù)選擇FAULT故障跳閘,；30.05MOT THERM P MODE電動(dòng)機(jī)熱保護(hù)模式選擇USER MOODE用戶模式；30.06MOTOR THERM TIME熱時(shí)間常數(shù)設(shè)定為256s,；30.07MOTOR LOAD CURVE允許電動(dòng)機(jī)過載持續(xù)電流按170A考慮,，設(shè)定為72.3%；30.08ZERO SPEED LOAD零速下允許的電動(dòng)機(jī)持續(xù)電流設(shè)定為51%,；30.09BREAK POINT 100%負(fù)載下的傳動(dòng)輸出頻率設(shè)定為50Hz,。變頻器堵轉(zhuǎn)保護(hù),，30.11STALL FREQ HI由原來的堵轉(zhuǎn)頻率20Hz改為47Hz,；30.12STALL TIME堵轉(zhuǎn)時(shí)間由原來的20s修改為10s。查閱ACS800變頻器說明書,，32 SUPERVISION是監(jiān)控極限值,，具有電動(dòng)機(jī)電流監(jiān)控報(bào)警輸出功能,。把32.05CURRENT FUNCTION電動(dòng)機(jī)電流監(jiān)控功能并選擇極限值監(jiān)控的類型設(shè)定為HIGH LIMIT上限；32.06CURRENT LIMIT電動(dòng)機(jī)電流監(jiān)控極限值設(shè)定為170A,；14.01 RELAY RO1 OUTPUT選擇繼電器輸出RO1顯示的傳動(dòng)狀態(tài)設(shè)定為達(dá)到電動(dòng)機(jī)電流監(jiān)控極限值,；14.04 RO1 TON DELAY延時(shí)吸合時(shí)間設(shè)定為3s；14.05 RO1 TOFF DELAY延時(shí)釋放時(shí)間設(shè)定為1s,，見表2,。 
表2 電動(dòng)機(jī)電流監(jiān)控功能設(shè)置極限電流監(jiān)視繼電器RO1常開觸點(diǎn)控制中間繼電器KA6，KA6常閉觸點(diǎn)串入變頻器起動(dòng)回路中,，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流達(dá)到170A時(shí),，繼電器RO1延時(shí)3s起動(dòng)中間繼電器KA6，KA6常閉觸點(diǎn)斷開變頻器起動(dòng)回路,，變頻器停止輸出,，電動(dòng)機(jī)停車。同時(shí),，KA6常開觸點(diǎn)自保持,，KA6中間繼電器自帶得電指示燈，方便電氣運(yùn)行人員查出變頻器跳車原因,，如圖4所示,。1）較大功率的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)在線排油功能國(guó)內(nèi)臥龍電氣南陽防爆集團(tuán)股份有限公司、哈電集團(tuán)佳木斯電機(jī)股份有限公司以及國(guó)外ABB公司,，11kW及以上功率電動(dòng)機(jī)都可以設(shè)計(jì)安裝在線注油,、排油孔，如圖5所示,。建議甲方采購(gòu)11kW及以上功率的電動(dòng)機(jī)時(shí),，要求電動(dòng)機(jī)具備在線注油、排油孔功能,。通過電動(dòng)機(jī)在線更換潤(rùn)滑脂,，可以延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)軸承的使用壽命，降低電氣檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,，延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)維修周期,，降低設(shè)備維修費(fèi)用，減少企業(yè)運(yùn)行成本,。2）根據(jù)實(shí)際最大運(yùn)行電流整定熱保護(hù)電流生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有少數(shù)電動(dòng)機(jī)存在半載負(fù)荷的現(xiàn)象,。半載負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行電流遠(yuǎn)低于電動(dòng)機(jī)額定電流，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸承或者拖動(dòng)設(shè)備軸承發(fā)生故障時(shí),，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流上升,。變頻器熱過載保護(hù)如果按電動(dòng)機(jī)額定電流整定，變頻器熱過載保護(hù)一般不會(huì)動(dòng)作跳閘,，電動(dòng)機(jī)在軸承故障的情況下繼續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,，造成設(shè)備機(jī)械故障進(jìn)一步擴(kuò)大,。
圖5 具有在線排油孔功能的電動(dòng)機(jī)為實(shí)現(xiàn)半載負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)變頻器對(duì)設(shè)備軸承故障的可靠保護(hù)，建議變頻器熱過載保護(hù)按電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行最大電流乘1.05～1.2倍的可靠系數(shù)整定變頻器熱過載保護(hù),，提高變頻器熱過載保護(hù)的可靠性,。3）變頻器增加定時(shí)限過電流保護(hù)功能如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)設(shè)備跳車后對(duì)生產(chǎn)影響較小，為使變頻器對(duì)電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)設(shè)備的軸承故障進(jìn)行可靠保護(hù),，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,，ACS800變頻器通過32組極限監(jiān)控值，增加定時(shí)限過電流保護(hù)功能,。半載負(fù)荷的變頻器定時(shí)限過電流保護(hù),，建議按電動(dòng)機(jī)日常運(yùn)行最大電流值乘1.1～1.3倍的可靠系數(shù)整定過電流保護(hù)定值，增加3～5s延時(shí)跳閘功能,，提高變頻器對(duì)設(shè)備軸承故障的保護(hù)范圍,。實(shí)際運(yùn)行中電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)軸承故障導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)軸彎曲、轉(zhuǎn)子掃膛或者斷軸事故,，多數(shù)是半載負(fù)荷的電動(dòng)機(jī)熱過載保護(hù),、定時(shí)過電流保護(hù)起動(dòng)門檻值按電動(dòng)機(jī)額定電流設(shè)定，忽略了半載負(fù)荷電動(dòng)機(jī)日常運(yùn)行最大電流較電動(dòng)機(jī)額定電流偏小的現(xiàn)實(shí),。當(dāng)半載負(fù)荷電動(dòng)機(jī)軸承故障時(shí),，雖然電動(dòng)機(jī)運(yùn)行電流較電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行最大電流增加，但是沒有達(dá)到或者沒有及時(shí)達(dá)到保護(hù)裝置熱過載保護(hù),、定時(shí)過電流保護(hù)起動(dòng)門檻值,，電動(dòng)機(jī)保護(hù)裝置沒能及時(shí)保護(hù)跳閘，電動(dòng)機(jī)在軸承故障的情況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,，進(jìn)一步擴(kuò)大為電動(dòng)機(jī)軸彎曲,、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子掃膛事故。通過改造后的設(shè)備運(yùn)行效果良好,。本文編自2021年第2期《電氣技術(shù)》,，論文標(biāo)題為“軸承抱軸模式下變頻器保護(hù)失效的分析及處理”，作者為龐忠,、王志剛,、張偉偉、張琪,、顏銘志,。
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