【技术】制浆造纸厂引入关键电机自动绝缘电阻测试技术

  本刊讯（Paper360 消息) 数十年来，制浆造纸厂的工人们使用手持兆欧表进行绝缘电阻测试，以防止电动机故障而导致昂贵的计划外停机和修理，但这些测试也有一定的弊端，例如在人工测试的短短几天内，可能就会将电机绕组和电缆暴露于潮湿、化学物质、污染物中，在电机使用时就可能会受损并在启动时失效。

    便携式兆欧表还要求电气技术人员手动断开设备电缆的连接，并将测试导线连接到可能通电或损坏的设备上，以执行手动测试。这些测试使技术人员在接触机柜时可能会产生电弧。在美国，非致命性电弧闪光事件每天大约发生5至10次，死亡人数约为每天1次。

    面对如此高的风险，制浆造纸厂的管理人员逐渐认识到连续自动兆欧测试的价值，并监测绝缘电阻，这种绝缘电阻会在电动机关闭重启之前启动。有了这些实时信息，维护人员便可以提前采取纠正措施，以避免中断生产的故障。这样可以为制浆造纸厂节省数十万美元的维修费用，此外，永久性安装的自动测试设备无需手动操作即可进行监控，使技术人员免受伤害。

纸厂内的电机保护

    制浆和造纸厂内，电机数量和类型取决于纸机的大小和生产的产品类型，但是无论多大规模的纸厂，电机的地位都很重要。纸厂内，三分之一的电机处于关键部位，关键部位电机就是指那些一旦停机就会严重影响生产的电机，例如从锅炉的水泵和鼓风机电机到造纸机泵电机等。一般而言造纸厂都有3000～4000hp（1hp＝0.75kW）功率的电机，用于锅炉给水泵或造纸机风扇泵。对于某些锅炉给水泵，关键电机的功率可高达15000hp。

    “我们工厂约有3800台电机，例如锅炉给水泵和锅炉风扇，造纸机风扇泵以及工厂给水泵，”美国东南部一家大型造纸厂的电力分配维护经理Tim Forrester说，“这些电机中有一部分是至关重要的。”大多数纸浆和造纸厂都通过基于时间的预防性维护（PM）程序来维护这些电动机，绝缘电阻测试通常每半年进行一次，尽管考虑到大多数工厂的人员减少了，频率可能更低，不过尽管有预防性维护程序，但离线或频繁循环的电机仍会迅速受损。

    Forrester表示，造纸厂中的电动机数量众多，关键电动机故障而导致的任何生产中断，代价都是非常昂贵的。例如，一家造纸厂通常会出现六到八个小时的停机时间，每小时损失约6000美元，加上关键的电机维修费用从7.5万美元到10万美元。

    一些大型同步电动机的更换成本可能高达100万美元。“尽管制浆造纸厂试图保持足够的备用电动机供应，但Forrester补充说，购买新的关键电动机通常可能需要16～20周的时间，或者在工厂收到电动机之前，大型同步电动机甚至需要六到九个月的交货时间。

    为了避免出现这种情况，Forrester说，他所在的工厂的政策要求在启动前，必须用兆欧表测试任何关闭了四个小时或更长时间的电动机。“在南部，我们的湿度很高，随着电机冷却，它们吸收了水分，水分很快会进入电动机并引起许多问题。因此，在启动电动机之前，必须先对电动机进行测试。”他说。

    造纸厂面对手动兆欧表的挑战之一是，由于技术人员之间的主观性，设备无法始终提供必要的一致性。

    Forrester说：“手动兆欧表测试为人为误差带来了很大的空间，因为它受技术人员的理解。”另一个问题是设备只能提供现场检查，一旦环境条件（例如温度或湿度）发生变化，这种检查就缺乏准确性。相反，该工厂就需要自动、连续的兆欧表测试，以消除人为错误并确保更高的精度，据Forrester称。

因此，当造纸厂的一位工程师发现了Meg-Alert连续测试和监测设备后，便开始安装于关键的备用泵上，如果需要，该泵必须能够立即启动。那么我们就可以在任何不连续运行的中压电机应用中成功使用自动测试设备。”Forrester说，“多年来，我们已经节省了许多电机，甚至预防了一次严重的电机故障。”

Meg-Alert自动检测单元永久安装在MCC或开关柜的高压室内，并直接连接到电动机或发电机绕组。该单元检测电动机或发电机何时离线，然后对绕组绝缘进行连续地介电测试，直到设备重新启动。

    该单元通过向相绕组施加无损、限流的直流测试电压来运行，然后安全地测量通过绝缘体的漏电流回到地面。系统使用符合IEEE、ABS、ANSI/NETA和ASTM International标准的500、1000、2500或5000伏的直流测试电压电平，以根据设备的工作电压进行适当的测试电压。该测试不会导致绝缘性能下降，并且采用了限流技术来保护人员。

自动监测技术优势

    连续监控系统的另一个优势就是，无需技术人员访问控制柜，是一种可替代手动绝缘电阻测试的自动方法。此外，控制柜门上的模拟量仪表外侧会实时显示绝缘电阻兆欧读数。该仪表还通过简单的“绿色、黄色、红色”配色方案指示了良好、中等和较差的绝缘水平。当达到预定的绝缘电阻设定点水平时，指示灯点亮发出警报状态信号，并且可以将自动通知发送到监视网络。连续监控还可显示用于维持温度和防止冷凝的加热器是否正常工作。

    Forrester说：“了解电动机绝缘系统的健康状况非常宝贵，而且您还可以获得预测性的维护能力。我们已经安装了大多数Meg-Alert装置，因此，如果兆欧表的读数很低，它将在控制室发出警报。然后，维护人员可以在电动机故障之前调查问题。这些单位从未发生过负面事件。”

防止电弧闪光

    根据Forrester的说法，提高员工安全性并防止电弧闪光造成的潜在伤害是决定安装连续绝缘电阻测试和监视设备的另一个关键因素。

    电弧闪光能通过导体之间的空气或从导体传播到地面。闪光是即时的，可产生非常高的温度。强烈的热量还会引起空气的突然膨胀，从而导致爆炸波，这可能会使工人跨过房间并将他们撞下梯子。弧光闪伤可能包括三度烧伤、失明、听力下降、神经损伤、心脏骤停甚至死亡。NFPA 70E列出的电弧闪光的潜在原因包括“测试设备使用不当”。

    尽管建议在测试前为设备断电并穿着适当的个人防护设备，但最好的解决方案是消除对控制柜进行绝缘电阻测试的需要。“永久安装的测试设备（例如Meg-Alert）可以进行手动测试和监测，而无需访问电气柜，这使技术人员免受伤害，” Forrester说，“这就产生了很大的价值。”

    据Forrester称，至少有四家工厂已经就连续不间断绝缘电阻测试设备的使用表现出了强烈兴趣，并且在该公司的其他纸浆和造纸厂中，受欢迎程度也正在提高。他总结说：“我们基本上已经将这些设备作为工厂的标准设备，对于任何非连续中压电机或任何关键的NEMA电机，它们实际上都应该成为行业标准做法。”