污水處理廠(chǎng)三相異步電動(dòng)機常見(jiàn)故障維修和保護——安科瑞張浩彬

摘 要：三相異步電動(dòng)機是污水處理廠(chǎng)常見(jiàn)的設備，針對故障進(jìn)行維修是機電維修人員的技能。結合筆者所學(xué)知識和歷次維修實(shí)踐總結了三相異步電動(dòng)機常見(jiàn)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(dòng)機是污水處理廠(chǎng)機電維修人員的一項基本技能。由于污水處理廠(chǎng)環(huán)境比較復雜，三相異步電動(dòng)機經(jīng)常受到進(jìn)水、短路、老化、各種化學(xué)藥品腐蝕以及誤操作等影響，會(huì )引起多種多樣的故障。雖然一般來(lái)說(shuō)普通機電維修人員只要找出損壞的位置，通過(guò)更換零件使電動(dòng)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(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有明確的接線(xiàn)圖， 維修會(huì )有一定困難，有時(shí)會(huì )無(wú)從下手。同時(shí)， 操作不慎也可能造成電動(dòng)機二次損壞，甚至引起觸電事故。筆者對電動(dòng)機無(wú)法轉動(dòng)的原因進(jìn)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(jiàn)故障

2.1原理和系統結構

三相異步電動(dòng)機是根據電磁感應原理發(fā)明的一種設備。它一般分定子與轉子兩部分，當電動(dòng)機的三相定子繞組（各相差120°電角度）通入三相對稱(chēng)交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉磁場(chǎng)，該旋轉磁場(chǎng)切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產(chǎn)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(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電動(dòng)機轉軸上形成電磁轉矩，驅動(dòng)電動(dòng)機旋轉，并且電動(dòng)機旋轉方向與旋轉磁場(chǎng)方向相同。相較于同樣大小的單相電動(dòng)機，三相異步電動(dòng)機一般具有功率大的優(yōu)勢，所以在污水處理廠(chǎng)幾乎處處可見(jiàn)。

在污水處理廠(chǎng)中,三相異步電動(dòng)機一般用作水泵，也有用作其他設備的動(dòng)力部分，比如污泥脫水機、隔柵和螺桿等。在用作水泵時(shí)，若功率較小且臨時(shí)架設，用完后就拆除，只需將其簡(jiǎn)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(dòng)機電路，一般從電學(xué)意義上來(lái)說(shuō)，分主回路與控制回路兩部分。主回路就是電動(dòng)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(kāi)關(guān)、緊急停止按鈕、接觸器控制觸頭、指示燈、接觸器線(xiàn)圈、時(shí)間繼電器、中間繼電器和熱繼電器等，有時(shí)還帶有故障判斷回路，比如漏油指示電路。隨著(zhù)科技的發(fā)展，出現了一些精密設備，比如變頻器（VFD）與可編程邏輯控制器（PLC），給控制回路帶來(lái)了新的更精密的控制方法。這些新的精密設備為了準確控制交流輸出，有時(shí)還有直流控制電路，并用電位器控制這個(gè)電路，或另有接觸屏進(jìn)行控制。從空間分布來(lái)說(shuō)，供手動(dòng)操作的起動(dòng)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(shí)用來(lái)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(dòng)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(dòng)機本體需要連接端子排。

2.2常見(jiàn)故障及原因分析

對于不需要控制回路控制的電動(dòng)機，比如臨時(shí)架設的潛水泵等，常見(jiàn)的損壞有兩種情況：一種是由于吸到雜物，造成過(guò)載，繼而導致過(guò)熱、燒壞線(xiàn)圈，引起短路或相線(xiàn)接地；還有一種是搬運時(shí)不注意，拉拽電纜線(xiàn)力量過(guò)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(dòng)機，造成故障的人為因素主要有兩個(gè)：一是墊片、彈簧墊片或螺母在安裝時(shí)遺漏，卡在接線(xiàn)樁頭之間，引起短路；二是安裝時(shí)，觸頭沒(méi)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(dòng)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(lái)說(shuō)，老化、風(fēng)化和銹蝕等是常見(jiàn)故障原因， 它們會(huì )造成這些設備斷路、接觸不良以及急停開(kāi)關(guān)內的彈簧失去彈性等。對于電箱內部設備，進(jìn)水、連接各元件的導線(xiàn)或銅排短路，由于積灰引起的接觸器無(wú)法吸合，是導致其大面積損壞的原因。對于電動(dòng)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(wú)法轉動(dòng)的原因。這些故障如果存在時(shí)間過(guò)長(cháng)，或出現在一些大功率電動(dòng)機設備上，還會(huì )引起電路過(guò)載發(fā)熱，造成繞組燒壞，引起短路或相線(xiàn)接地。

3檢查排除故障的方法

3.1無(wú)控制回路的三相異步電動(dòng)機

對于不需要控制回路控制的三相異步電動(dòng)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(xiàn)與金屬外殼或者地線(xiàn)（PE 線(xiàn)）間電阻，若電纜有明顯的損壞點(diǎn)，或兆歐表檢測出相線(xiàn)與金屬外殼間電阻過(guò)小，則可證明該電動(dòng)機已損壞，需返廠(chǎng)維修。

3.2普通三相異步電動(dòng)機

對于那些由控制回路來(lái)控制的三相異步電動(dòng)機，首先要確定是否有誤報故障的情況，比如在之前維修時(shí)按下緊急停止按鈕，修復完成后未重新復位，一般也會(huì )在控制中心有故障信號，但此時(shí)三相異步電動(dòng)機或控制回路并沒(méi)有損壞，只需要將開(kāi)關(guān)復位即可消除故障信號。

若確認沒(méi)有誤報，同時(shí)上一級電氣裝置沒(méi)有損壞，即電箱輸入電壓正常，對于普通方式控制的電動(dòng)機，則可按先機后電、先主后輔的大致順序來(lái)排查各個(gè)設備的故障。首先根據先機后電，對電動(dòng)機本身進(jìn)行排查，嘗試按下電動(dòng)機起動(dòng)開(kāi)關(guān)，用耳朵聽(tīng)電動(dòng)機動(dòng)作情況，如電動(dòng)機振動(dòng)或嗡嗡發(fā)響但不轉動(dòng)，則可確定存在機械部分的問(wèn)題。此時(shí)，將電動(dòng)機風(fēng)葉罩打開(kāi)， 嘗試撥弄風(fēng)葉，如無(wú)法撥動(dòng)，則拆除風(fēng)葉，用管鉗或扳手撥動(dòng)轉軸，若仍無(wú)法撥動(dòng)，則查看管子，清除其他雜物（針對水泵），或查看電動(dòng)機轉軸帶動(dòng)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(wú)堵轉，或堵轉已排除，電動(dòng)機仍無(wú)法運轉，那就按照先主后輔的原則，先檢查電動(dòng)機主回路是否存在短路、相線(xiàn)接地的問(wèn)題。先拉掉電閘，將電動(dòng)機接線(xiàn)盒拆開(kāi)，用測電筆或萬(wàn)用表檢測是否正確切斷電源，然后拆除各條接連線(xiàn)，在拆之前一定要首先記下線(xiàn)號或線(xiàn)色，或用電工膠布做好標記，以便檢查后無(wú)誤地將電源線(xiàn)接回電動(dòng)機。再拆除各個(gè)接線(xiàn)樁頭間金屬導條，否則可能會(huì )由于原先電動(dòng)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(jìn)行測量。為了更好地說(shuō)明測量順序，下圖所示為實(shí)際的接線(xiàn)盒照片，并對其中的樁頭進(jìn)行編號。其中PE為接地樁頭，U1、V1和W1為進(jìn)線(xiàn)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(shuō)明有相線(xiàn)接地情況，電動(dòng)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(shuō)明電動(dòng)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(huì )大致如U1－U2，V1－ V2，W1－W2循三匝線(xiàn)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(xiàn)圈有問(wèn)題，需要更換。

若電動(dòng)機本身沒(méi)有損壞，將接在進(jìn)線(xiàn)任意兩個(gè)接頭上和進(jìn)線(xiàn)與地線(xiàn)間，如測出接近0，則進(jìn)線(xiàn)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(xiàn)管僅有一根導線(xiàn)異常，同時(shí)該電動(dòng)機需要急用的話(huà)，有的修理工可能不規范地將損壞相線(xiàn)與原先接地線(xiàn)進(jìn)行互換，用原有接地線(xiàn)臨時(shí)替代損壞相線(xiàn)功能，以減少電動(dòng)機停用時(shí)間。此時(shí)接地的可靠性得不到保證，甚至可能給電動(dòng)機使用者帶來(lái)危險，千萬(wàn)不能這么做。

圖1 接線(xiàn)盒參考

在檢測完電動(dòng)機本身與進(jìn)線(xiàn)后，如果沒(méi)有故障，則將連線(xiàn)重新接好，注意如果電動(dòng)機本身沒(méi)有短路損壞，則在接線(xiàn)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(méi)裝上樁頭，反而卡在樁頭或導線(xiàn)之間造成短路，引起電動(dòng)機二次損壞。然后轉到控制柜或電箱，首先檢查各個(gè)電器元件外觀(guān)是否正常，如有明顯老化、燒毀或進(jìn)水的，則先進(jìn)行更換，再檢測各個(gè)熔斷器，看是否有損壞，如有則進(jìn)行更換。之后按下起動(dòng)開(kāi)關(guān)，看電動(dòng)機是否可以點(diǎn)動(dòng)，若可以，則是負責自鎖的接觸器壞了，需更換；若不可點(diǎn)動(dòng)，再用螺絲旋具按下主回路接觸器，看電動(dòng)機是否可以轉動(dòng)，若可以起動(dòng)，并能保持旋轉，那再檢查開(kāi)關(guān)本身和接觸器線(xiàn)圈，具體找到壞點(diǎn)進(jìn)行更換。若起動(dòng)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(xiàn)端子排是否有松動(dòng)，若有則一一擰緊。若長(cháng)時(shí)間無(wú)法擰緊，則說(shuō)明接線(xiàn)端子排螺絲已經(jīng)損壞，需更換；若仍無(wú)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(dòng)機，要將熱繼電器撥碼撥回原來(lái)的檔位， 否則可能無(wú)法起動(dòng)，甚至造成更多問(wèn)題。

檢查完熱繼電器，還應該檢查時(shí)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(jīng)損壞。若彈簧正常，然后再將繼電器拆下，撥動(dòng)旋鈕到一定時(shí)間，檢查延時(shí)接通和延時(shí)斷開(kāi)觸頭是否處于斷開(kāi)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(shí)間繼電器。

如果檢查完各接觸器、繼電器和端子牌無(wú)故障，電動(dòng)機仍無(wú)法起動(dòng)，則還應該檢查故障回路， 有時(shí)由于故障回路元件損壞，會(huì )產(chǎn)生錯誤的故障信號也會(huì )鎖死接觸器或繼電器，造成電動(dòng)機無(wú)法起動(dòng)。

3.3VFD或PLC控制的三相異步電動(dòng)機

對于VFD或PLC控制的電動(dòng)機,由于變頻器（VFD）與可編程邏輯控制器（PLC）種類(lèi)較多， 操作方式各不一樣，故障時(shí)顯示的故障代碼也有區別。所以普通維修工如果沒(méi)有針對性地學(xué)過(guò)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(shuō)明書(shū)和網(wǎng)絡(luò )，甚至需要聯(lián)合生產(chǎn)廠(chǎng)家專(zhuān)業(yè)人員重新進(jìn)行調試才能解決。所以對于這些精密器件，具體的維修方法非常專(zhuān)業(yè)，這里僅作簡(jiǎn)要探討。一般而言，如果有電流輸入，且VFD或PLC本身沒(méi)有嚴重損壞的情況下，VFD或PLC能啟動(dòng)，并能通過(guò)指示燈或顯示屏顯示相應的錯誤，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )或手冊查閱錯誤的原因。如果問(wèn)題不是出在VFD 或PLC硬件或控制程序的話(huà)，則嘗試拆除報錯的信號線(xiàn)或輸出線(xiàn)，看是否依然報錯。如果能消除錯誤，則與修普通電動(dòng)機類(lèi)似，循線(xiàn)排除各零件故障。注意如果錯誤與電動(dòng)機本身短路或相線(xiàn)接地有關(guān)，此時(shí)也需要用搖表確定具體故障位置，然而與普通電動(dòng)機不同的是，在測量前，除了斷開(kāi)進(jìn)線(xiàn)與三相異步電動(dòng)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(kāi)，否則因為搖表中有一個(gè)小發(fā)電機，搖的過(guò)程中會(huì )反送電，可能燒毀VFD或PLC。

4安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機保護器介紹與綜合選型

4.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介

ARD該系列低壓電動(dòng)機保護器，具有過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉等保護功能?？膳c接觸器、電動(dòng)機起動(dòng)器等電器元件構成電動(dòng)機控制保護單元，具有遠程自動(dòng)控制、現場(chǎng)直接控制、面板指示、信號報警、現場(chǎng)總線(xiàn)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(yè)的配電領(lǐng)域。

4.2產(chǎn)品選型

產(chǎn)品功能

5結束語(yǔ)

本文總結了筆者入職以來(lái)遇到的各種故障和歷次排查故障進(jìn)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(jiàn)的未提到的故障，切忌驚慌，可以通過(guò)查閱接線(xiàn)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(kāi)始前需要斷電，否則很可能引起觸電事故或造成電動(dòng)機二次損害。