劉昶

（寶武集團鄂城鋼鐵有限公司，湖北 鄂州 436000）

低壓三相異步電動機的一次主回路中，由于斷路器故障、接觸器故障、接線端子虛接等，造成其中一相斷電，稱為缺相。電動機缺相后，停止的電動機無法正常啟動，正在運轉(zhuǎn)的電動機會產(chǎn)生異響、減速甚至堵轉(zhuǎn)。通常，缺相運行會造成電動機繞組溫度急速上升而燒毀，影響生產(chǎn)。最近，本單位出現(xiàn)了一起“特殊”的電動機缺相故障。

1 故障情形及其原因

本人在對運行中的鋼渣破碎生產(chǎn)線點檢的過程中，隱約聽到對輥破碎機的一臺主電機有異響聲，讓操作人員暫停了破碎線的生產(chǎn)。然后，單獨運行對輥破碎機，發(fā)現(xiàn)兩臺主電機啟動時不同步，由于是無負荷試車，其中一臺電動機的嗡嗡聲，聽得很明顯，初步判斷該電動機存在缺相故障。試車完，我讓操作人員停機并關(guān)掉對輥破碎機的電源開關(guān)，觸摸兩臺主電機，均未有發(fā)燙冒煙的狀況。排查故障電動機一次主回路，發(fā)現(xiàn)異響電動機的接線盒內(nèi)一根接線柱斷了，如圖1所示。

接著，檢查電動機，結(jié)果顯示正常，沒有燒壞?；謴徒泳€后，試車運行，電動機運行正常，沒有再出現(xiàn)嗡嗡聲。

當有塊度大、含鐵量高、硬度硬的渣鋼通過對輥破碎機時，為保障機器不被損壞，對輥破碎機的彈簧壓緊調(diào)整裝置會自動產(chǎn)生較大壓縮彈性形變讓渣鋼落下，但是，形變回彈恢復會讓破碎機機體包括底座劇烈振動，再加上電動機使用時間已久，就出現(xiàn)了電動機繞組出線接線柱被震斷的情況。

令人感到奇怪的是，這起因接線柱斷而造成的缺相故障并不是我在點檢過程中碰巧才發(fā)生的，而是電動機“帶病”作業(yè)了一段時間才被發(fā)現(xiàn)。通常電動機缺相運行會產(chǎn)生嚴重后果，為什么這臺電動機“帶病”作業(yè)，并未出現(xiàn)這樣的后果呢？下面將對這一疑問做合理分析。

2 電動機缺相的嚴重后果

對輥式破碎機主電機額定功率30kW，一次主回路如圖2所示，采用Y-△降壓啟動，我們按定子繞組不同接法的兩個階段進行討論。

圖1

圖2 主電機一次回路圖

2.1 定子繞組Y接法的降壓啟動階段

接觸器KM、KMY吸合，定子繞組如圖3所示。接線柱未斷前，各繞組電流為：

式中，IY為每相繞組的啟動電流，IΔ為電機直接啟動時的相電流。

忽略電動機自身損耗，電動機輸出功率PN=3UANIANcosφ=UABIANcosφ，UAB為電源線A、B兩端電壓，cosφ為電機功率因數(shù)。

接線柱斷后，將形成缺少一相繞組、另二相繞組串聯(lián)的狀態(tài)，如圖4所示。

圖3 繞組Y接法

圖4

串聯(lián)二相繞組兩端電壓仍為UAB，每相繞組上的電壓為0.5UAB，假設(shè)故障前后轉(zhuǎn)速不變、負載不變，功率因數(shù)無變化，電動機輸出功率也不變。則

IBN后、ICN后分別是故障后BN、CN繞組的故障電流。

通過上述分析得知：缺相故障發(fā)生后，每相繞組的啟動電流是無故障時啟動電流的倍，與電動機直接啟動時的相電流相等，在短時間的啟動階段（KMY吸合時間僅3秒），電動機繞組不易燒毀。處于啟動階段的對輥破碎機是嚴禁帶負荷的，這跟Y接法啟動時電動機啟動轉(zhuǎn)矩偏小有關(guān)，實際運行發(fā)現(xiàn)，缺相后電動機啟動轉(zhuǎn)矩更小，無法帶動擠壓輥筒運轉(zhuǎn)。

2.2 定子繞組△接法

啟動完成，接觸器KMY釋放，KM、KM△吸合，定子繞組為△接法，如圖5所示。

三相繞組電流為：

忽略電動機自身損耗，電動機輸出功率PN=3UACIACcosφ。

式（1）中，IAB為AB繞組電流，IBC為BC繞組電流，IAC為AC繞組電流，IN為額定線電流。

接線柱震斷后，正常△接法的定子一相繞組斷路，另兩相繞組構(gòu)成V形接法，如圖6所示。

圖5

圖6

假設(shè)故障前后轉(zhuǎn)速不變、負載不變，功率因數(shù)無變化，電動機輸出功率也不變。因此

式（2）中，UAC為電源線A、C兩端電壓，IAC為缺相故障前AC繞組的運行電流，IAC后為缺相故障后AC繞組的故障電流。通過上式可以推出：

各繞組的電流為：

IAB后、IBC后分別為缺相故障后AB、BC繞組的故障電流。

通過上述分析得知：發(fā)生缺相故障后，電動機斷路繞組的電流為0，另外，兩組繞組電流增大到正常運行時的1.5倍，電動機處于過載狀態(tài)。實際在發(fā)生突然缺相時，轉(zhuǎn)速會稍微下降，軸負載功率由兩相繞組承擔，繞組運行電流甚至會超過1.5倍的額定運行電流，足以導致電動機繞組由于過電流發(fā)熱而燒毀。

3 未出現(xiàn)嚴重后果的原因

對輥破碎機的工作原理如圖7所示，輥筒1及其可動軸承可水平左右移動，兩輥筒分別與兩臺主電機通過三角皮帶傳動，相向旋轉(zhuǎn)工作。兩輥筒之間縫隙一般在2mm左右(見圖8），輥筒在生產(chǎn)一段間后，輥縫會由于輥筒表面磨損嚴重而變大，如圖9所示。這可以通過對輥面的堆焊進行修復，我們檢查發(fā)現(xiàn)，輥筒1的兩端由于局部堆焊過厚導致旋轉(zhuǎn)起來會剮蹭到輥筒2，如圖10所示。而缺相故障的就是輥筒2的主電機。

圖7

圖8 進料口俯視圖

圖9

圖10

在Y接法的啟動階段，要使輥筒2轉(zhuǎn)速增加的條件是：動轉(zhuǎn)矩矢量和ΔT=T1+T2-TL1＞0，其中，TL1為輥筒2的負載轉(zhuǎn)矩，T2為剮蹭產(chǎn)生的驅(qū)動力矩，T1為輥筒2的電機拖動轉(zhuǎn)矩。當輥筒1剮蹭到輥筒2時，由于無負荷啟動，T2＞TL1,即使T1=0，即故障電機無輸出轉(zhuǎn)矩也能讓輥筒2加速轉(zhuǎn)起來。既然故障電機基本無須輸出轉(zhuǎn)矩，那么，故障電機的繞組不會過流，電機不過載。

在△接法的生產(chǎn)作業(yè)階段，輥筒2運行轉(zhuǎn)速不變。在主電機無故障、輥筒間無剮蹭時，圖11所示，輥筒2動轉(zhuǎn)矩矢量和ΔT=T前-TL=0，得出T前=TL，T前為此時輥筒2的電機拖動轉(zhuǎn)矩，TL為輥筒2的負載轉(zhuǎn)矩；在輥筒間有剮蹭、主電機故障時，圖12所示，輥筒2動轉(zhuǎn)矩矢量和ΔT=T+T2-TL=0，得出T=TL-T2，T為此時輥筒2的電機拖動轉(zhuǎn)矩。該階段輥筒穩(wěn)定轉(zhuǎn)速快，T2較大，TL不變，所以T遠小于T前，即故障時電機輸出電磁轉(zhuǎn)矩遠小于正常運行時的輸出轉(zhuǎn)矩，那么，缺相故障時電機繞組電流不會超過額定運行電流，電機不會因過電流燒毀。

圖11

圖12

4 結(jié)語

對輥破碎機主電機由于接線柱震斷造成的缺相故障是發(fā)生在電動機繞組△接法的帶負荷生產(chǎn)階段，缺相后的電動機繞組電流是正常運行時的1.5倍，電動機會因繞組過流而燒毀；在Y接法的啟動階段，故障電機繞組電流是正常啟動時的倍，并且無法讓輥筒轉(zhuǎn)起來。由于擠壓輥筒間的剮蹭作用及輥筒工作方式的影響，兩階段故障電機均不會過流過載，因此，出現(xiàn)了缺相電動機仍在“帶病”作業(yè)的特殊情況發(fā)生。

主電機接線柱震斷在生產(chǎn)過程中不易及時發(fā)現(xiàn)，需增加電氣專檢頻率、力度，及時發(fā)現(xiàn)隱患及時整改；產(chǎn)線上增加除鐵裝置，控制對輥破碎機的入口鋼渣流量，減少對輥破碎機的機體震動。