污水處理廠三相異步電動機常見故障維修和保護
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易允恒
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備，針對故障進行維修是機電維修人員的技能。結合筆者所學知識和歷次維修實踐總結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。
1研究背景
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。由于污水處理廠環境比較復雜，三相異步電動機經常受到進水、短路、老化、各種化學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，通過換零件使電動機恢復正常運行即可，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常見故障
2.1原理和系統結構
三相異步電動機是根據電磁感應原理發明的一種設備。它一般分定子與轉子兩部分，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，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產生感應電流（轉子繞組是閉合通路）。載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力，從而在電動機轉軸上形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，并且電動機旋轉方向與旋轉磁場方向相同。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，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、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。隨著科技的發展，出現了一些設備，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的控制方法。這些新的設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備來說，老化、風化和銹蝕等是常見故障原因， 它們會造成這些設備斷路、接觸不良以及急停開關內的彈簧失去彈性等。對于電箱內部設備，進水、連接各元件的導線或銅排短路，由于積灰引起的接觸器無法吸合，是導致其大面積損壞的原因。對于電動機本身，由于化學腐蝕引起的老化或被雜物卡住，是造成其無法轉動的原因。這些故障如果存在時間過長，或出現在一些大功率電動機設備上，還會引起電路過載發熱，造成繞組燒壞，引起短路或相線接地。
3檢查排除故障的方法
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，修復完成后未重新復位，一般也會在控制中心有故障信號，但此時三相異步電動機或控制回路并沒有損壞，只需要將開關復位即可消除故障信號。
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備的故障。首先根據先機后電，對電動機本身進行排查，嘗試按下電動機起動開關，用耳朵聽電動機動作情況，如電動機振動或嗡嗡發響但不轉動，則可確定存在機械部分的問題。此時，將電動機風葉罩打開， 嘗試撥弄風葉，如無法撥動，則拆除風葉，用管鉗或扳手撥動轉軸，若仍無法撥動，則查看管子，清除其他雜物（針對水泵），或查看電動機轉軸帶動的其他機械零件是否斷裂或卡住，消除由機械原因引起的堵轉。
若機械部分無堵轉，或堵轉已排除，電動機仍無法運轉，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，一一對應檢測出三組接近0的數據。若不是這種情況，則線圈有問題，需要換。
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線異常，同時該電動機需要急用的話，有的修理工可能不規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，如果沒有故障，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，反而卡在樁頭或導線之間造成短路，引起電動機二次損壞。然后轉到控制柜或電箱，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，則行換，再檢測各個熔斷器，看是否有損壞，如有則進行換。之后按下起動開關，看電動機是否可以點動，若可以，則是負責自鎖的接觸器壞了，需換；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動，若可以起動，并能保持旋轉，那再檢查開關本身和接觸器線圈，具體找到壞點進行換。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損壞，需換；若仍無法排除，則檢查熱繼電器本身。注意若要換熱繼電器，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，甚至造成多問題。
檢查完熱繼電器，還應該檢查時間繼電器。首先檢查旋鈕，查看是否松脫，如果松脫，則繼電器內部彈簧已經損壞。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，否則該繼電器已失效。這兩種情況均需要換時間繼電器。
如果檢查完各接觸器、繼電器和端子牌無故障，電動機仍無法起動，則還應該檢查故障回路， 有時由于故障回路元件損壞，會產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別。所以普通維修工如果沒有針對性地學過具體變頻器（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絡，甚至需要聯合生產廠家專業人員重新進行調試才能解決。所以對于這些器件，具體的維修方法非常專業，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的錯誤，可以通過網絡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。如果能消除錯誤，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，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電機，搖的過程中會反送電，可能燒毀VFD或PLC。
4安科瑞ARD系列智能電動機保護器介紹與綜合選型
4.1產品簡介
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、堵轉等保護功能。可與接觸器、電動機起動器等電器元件構成電動機控制保護單元，具有遠程自動控制、現場直接控制、面板指示、信號報警、現場總線通信等功能。應用范圍：可廣泛應用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業的配電領域。
4.2產品選型
產品功能
5結束語
本文總結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驗豐富的老師傅討論后再維修。機電維修人員務必注意，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。
【參考文獻】
[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]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
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