压缩机驱动电机绕组温度升高原因分析及处理

甘 捷

(国家管网集团川气东送天然气管道有限公司，湖北 武汉 430000)

1 引言

目前，天然气长输管道上使用的压缩机最常见的驱动装置是高压电动机，但随着高压电机使用年限和运行工况的影响，在运行中会出现电动机绕组温度较高的现象，电机如果长期在绕组温度较高的状态下运行，会影响到电机绝缘性能和使用寿命，严重时还会发生电气火灾安全事故。对于电机运行时的绕组温度变化往往是用温升来进行衡量，电机的允许温升跟电机绝缘材料的绝缘等级相关，当温升突然增大或超过最高工作温度时，说明电机可能已出现故障，需要停机检修；当环境温度和运行负载发生改变，温升也会随之发生变化，虽然此时电机绕组温度较高，但可以通过外部条件因素进行控制。在某天然气长输管道上曾出现过压缩机的驱动电机绕组温度较高的现象，通过对电机绕组温度高的原因进行查找分析，采取了清理电机换热器、增大冷却水流量和降低电机转速来减少电机运行电流的措施进行处理，确保电机绕组温度不高于安全工作温度。

2 压缩机驱动电机绕组温度高的影响

压缩机驱动电机正常运行时，根据电机的绝缘等级不同，对绕组温度的要求也不同，压缩机的驱动电机绝缘等级往往是F级，电机绕组极限工作温度要求不高于155 ℃。对此，为了确保电机的安全运行，往往对电机绕组温度设置连锁停机逻辑，连锁停机一般设置在145 ℃，这是因为当电机的运行温度长期超过极限工作温度时，电机的绝缘性能老化将加剧，严重影响使用寿命，特别是电机使用年限已达到10年以后，这种影响将会更加明显。因此，时刻关注电机绕组温度的变化，有助于判断电动机运行状态是否异常[1]。

3 压缩机驱动电机绕组温度高的原因分析

造成电机绕组温度偏高的影响因素主要有电机运行工况的变化、电机通风散热问题和电机自身故障等方面。针对电机绕组温度偏高的问题，也是建议先从这些影响因素进行排查确定。

3.1 电机运行工况的影响

电机运行工况的影响主要体现在电网频率异常、电机三相电压不平衡和电机过载运行等方面[2]。电机一般是由变频装置进行供电驱动，电机转速和功率会跟随变频装置的频率变化，当频率增大时，电机转速就会增大，对应的电机做功就更多，运行电流也会增大，导致电机绕组温度升高。当电机的三相电压不平衡时，电机内就会有逆序电流和逆序磁场存在，产生较大的逆序扭矩，造成电机三相电流分配不平衡，使某相绕组电流增大，从而使电机绕组温度升高。当压缩机的进口流量较大，电机高转速下运行时，电机驱动压缩机的机械负荷很容易超过正常值，电机虽然可以勉强带动，但电机已处于过载运行状态，这样会使电机电流增大，严重的时候会超过额定电流值，这些都会使电机绕组温度升高。

3.2 通风散热方面的影响

当电机通风散热效果不好时，也是会造成电机内部温度升高，而影响电机通风散热的因素主要有电机冷却器堵塞、电机转子两端的风扇卡滞、电机绕组表面存在较多污垢灰尘等。电动机在运行过程中，当电机的发热量大于散热量时，电机的内部温度会不断升高，导致电机烧坏，因此，为了确保电机的散热量大于发热量，都会采取一些技术措施对电机进行散热降温。电机散热有风冷、油冷和水冷等方式，压缩机的高压电动机最常见的散热方式就是外置水冷和内置风冷，外置水冷是在电机上方安装一台管束冷却器，采用外循环水换热降温的方法对电机内部温度进行降低，如果冷却器的管束存在堵塞，就会造成通过电机的外循环水流量低，换热面积小从而影响电机的内部换热，造成电机内部温度升高。内置风冷是电机转子两端安装有冷却风扇，风扇出现卡滞问题也会影响到电机的正常散热[3]，电机内的绕组表面附着较多污垢灰尘也是会直接影响到电机绕组的热交换。

3.3 电机自身内部故障

电机内部出现绕组测温元件故障，电机绝缘性能降低或电机轴承故障等也会导致电机绕组温度升高。当电机绕组测温元件出现故障时，测量的温度值变大，在后台监控主机上就会出现绕组温度升高的情况。电动机的温升与绝缘等级直接相关，当电机绝缘性能降低时，热传导能力将会下降，电动机的温升相应的会增加。电机轴承出现故障时，电机在运行过程中很容易出现过载现象，导致电机运行电流增加，从而是电机绕组温度升高。

4 处理措施

在某压缩机站场有3台高压电动机，绝缘等级都是F级，1#压缩机在夏季运行时，驱动电机的绕组温度一直处于较高状态，当时环境温度是28 ℃，电动机绕组温度最高达到133 ℃，接近高报值135 ℃。于是，对该台机组进行停机，启动运行2#压缩机，但是2#压缩机在运行过程中，也出现电机绕组温度较高的现象，接近报警值，又对3#压缩机进行启动运行，电机绕组温度同样接近报警值。由于这3台机组都出现电机绕组温度较高的现象，先从电机自身故障进行排查，查看近期电机的绝缘性能测试记录，未发现异常；电机的测温元件和轴承都进行了检查，也无异常，可以排除电机自身故障引起的。对此，接下来从电机的运行工况和通风散热效果进行考虑分析。

4.1 电机运行工况分析

为了查找3台机组都出现电机绕组较高的问题原因，查看电网频率、电机三相电压都正常。从机组的运行工况变化来进行对比分析，以1#机组为例，通过1#机组的电机转速、进口流量、电机电流和绕组温度之间的变化情况来看，如表1，在进出口压力接近，电机转速不变的情况下，电机电流随着压缩机进口流量成正向关系，进口流量越大，对应的电机电流也就越大，这是因为压缩机进口流量增加以后，电机需要更多的能量驱动压缩机对气体做功，以致电机电流随之增加，对应的电机绕组温度也升高。考虑到大气环境温度的影响，表1中收集的数据是在夏季同期一段时间内进行记录的，同期环境温度影响范围会在1～2 ℃，在电机转速、进口流量变化不大的情况下可以不做比较。

表1 1#机组相关运行参数

电机的通风散热效果直接会影响到电机的绕组正常情况下，电机转速越大、电机电流应该越大，但从表1中也可以看出，电机转速分别在1360 r/min、1430 r/min的条件下运行时，进口流量对电机电流的大小起到了主导作用，即使电机转速很高，但进口流量不大，电机电流也不会很高，对应的电机绕组温度也不会高。进一步说明了进口流量对电机电流和绕组温度的影响是非常大的，也可以判断电机绕组温度异常升高的主要原因是压缩机进口流量大大增加，使得电机运行负荷增加，从而导致电机电流增大，绕组温度升高。因此，在不影响管道生产的情况下，可以通过降低电机转速来减小电机运行电流，对降低电机绕组温度也能起到一定的作用。

4.2 电机通风散热情况排查

温度变化，也是需要对电机通风散热情况进行检查。打开电机换热器的管束接口，对各个管束进行检查，用毛刷子对各个管束通道进行清理，未发现堵塞现象，对电机的绕组进行检查，定子线圈绕组表面未发现较多的灰尘和油污，对电机转子两端的风扇进行了检查，风扇叶片完好，也未发现异常情况。当电机换热器外循环水的进水流量较低或进水温度较高时，这对电机就起不到很好的换热降温效果。通过对电机外循环水的冷却塔由原先的3台运行调整为4台运行，观察发现电机的绕组温度可以下降2～3 ℃。当外循环水的冷却塔由原先的3台运行调整为2台运行时，观察发现电机的绕组温度会上升5 ℃左右，这说明了冷却塔对外循环水的换热冷却效果也是影响电机绕组温度的因素之一。这是因为只有当电机换热器外循环水进水温度较低、流量较大时，才能更好地与电机进行换热来降低电机内部温度，但随着冷却塔运行年限长，它的冷却换热效果也必然会变差，如果冷却塔的换热能力达不到要求，对外循环水冷却降温的作用有限，电机无法正常热交换，也是会导致电机绕组温度升高。

5 结论

本文对可能影响压缩机驱动电机绕组温度升高的因素进行分析，得出电机在非自身内部故障的情况下，电机绕组温度升高与电机运行电流大和电机换热器外循环水进水温度高及流量小有关。当电机绕组温度较高时，可以通过适当降低电机转速来减小电机运行电流，从而降低电机绕组温度。在电机通风换热方面，要保证电机换热器外循环水的进水温度和流量满足工作要求，这样电机换热器才能起到很好地换热冷却作用。