高壓電機(jī)故障原因分析和防范措施

異步電機(jī)主要用于電動(dòng)機(jī)，由于它是用電磁感應(yīng)原理制成的，所以它又叫感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。它是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的一種電機(jī)。在發(fā)電廠(chǎng)中絕大部分電機(jī)是用來(lái)拖動(dòng)鍋爐和汽機(jī)附屬設(shè)備的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的，如水泵和風(fēng)機(jī)。

        異步電機(jī)之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗�具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率較高、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)，并且性能良好。

        異步電機(jī)的缺點(diǎn)：功率因數(shù)低，啟動(dòng)電流大，運(yùn)行中從電網(wǎng)吸收大量的無(wú)功功率，大量的異步電機(jī)運(yùn)行給電網(wǎng)帶來(lái)了嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)，不能在較廣泛的范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)、平滑地調(diào)速。雖然有上述缺點(diǎn)，但據(jù)統(tǒng)計(jì)，異步電機(jī)生產(chǎn)總?cè)萘考s占電機(jī)制造工業(yè)生產(chǎn)總?cè)萘康?5%，這也充分說(shuō)明異步電機(jī)應(yīng)用的廣泛性和在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位。

1 高壓電動(dòng)機(jī)故障的分類(lèi)

        發(fā)電廠(chǎng)的廠(chǎng)用機(jī)械，如給水泵、循環(huán)泵、凝結(jié)泵、凝升泵、引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、排粉機(jī)、磨煤機(jī)、碎煤機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、灰漿泵等都是用電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)。這些機(jī)械在極短的時(shí)間停止運(yùn)行，也足以引起發(fā)電廠(chǎng)出力的降低，甚至停機(jī)，并有可能造成嚴(yán)重的事故。所以，當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中發(fā)生事故及異�，F(xiàn)象時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)事故現(xiàn)象，迅速正確地判斷故障性質(zhì)及原因，采取有效措施，及時(shí)處理，防止事故擴(kuò)大(如發(fā)電廠(chǎng)出力降低、整個(gè)汽輪發(fā)電機(jī)組停止運(yùn)行、重大設(shè)備損壞)，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。

        電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，由于維護(hù)和使用不當(dāng)，如頻繁啟動(dòng)、長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷、電機(jī)受潮、機(jī)械性碰傷等，都有可能使電機(jī)發(fā)生故障。

        電動(dòng)機(jī)的故障一般可分為以下幾類(lèi)：①由于機(jī)械原因引起的絕緣損壞，如軸承磨損或軸承烏金熔化，電動(dòng)機(jī)塵埃過(guò)多，劇烈振動(dòng)，潤(rùn)滑油落到定子繞組上而引起絕緣腐蝕、破壞，從而使絕緣擊穿造成故障；②由于絕緣的電氣強(qiáng)度不夠而引起的絕緣擊穿。如電動(dòng)機(jī)的相間短路、匝間短路、一相與外殼接地短路等故障；③由于過(guò)負(fù)荷而造成的繞組故障。如電動(dòng)機(jī)的缺相運(yùn)行、電動(dòng)機(jī)的頻繁啟動(dòng)和自啟動(dòng)、電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)荷過(guò)重、電動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)的機(jī)械損壞或轉(zhuǎn)子被卡住等，都會(huì)造成電機(jī)繞組故障。

2 高壓電機(jī)定子故障

        某發(fā)電廠(chǎng)的主要輔機(jī)都配備的是高壓電機(jī)，電壓等級(jí)為6kV，由于電機(jī)運(yùn)行條件比較惡劣，且電機(jī)啟動(dòng)頻繁，水泵漏水、漏汽和安裝在負(fù)米以下的受潮等，嚴(yán)重地威脅著高壓電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。再加上電機(jī)制造質(zhì)量不良，運(yùn)行維護(hù)存在問(wèn)題，管理工作差等原因，高壓電動(dòng)機(jī)事故很頻繁，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的出力和電網(wǎng)的安全運(yùn)行。例如：引、送風(fēng)機(jī)雙側(cè)只要有一側(cè)故障不能運(yùn)行，就引起發(fā)電機(jī)出力下降50%。

        2.1常見(jiàn)故障有以下幾種

        ①由于啟停頻繁，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，加上帶負(fù)荷啟動(dòng)，加速定子絕緣老化，導(dǎo)致啟動(dòng)過(guò)程中或運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生絕緣損壞，燒毀電機(jī)；②電機(jī)質(zhì)量差，定子繞組端部連接線(xiàn)焊接不良，機(jī)械強(qiáng)度不夠，定子槽楔松，絕緣薄弱。尤其是槽口之外，經(jīng)多次啟動(dòng)，發(fā)生連線(xiàn)斷裂，繞組端部絕緣脫落，造成電機(jī)絕緣擊穿短路或接地短路，燒損電機(jī)；③電機(jī)引線(xiàn)斷裂、電纜接線(xiàn)斷裂發(fā)生短路或接地短路放炮起火燒損電機(jī)。原因是選擇引線(xiàn)規(guī)格低、質(zhì)量差，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，啟停次數(shù)多，金屬機(jī)械老化，形成接觸電阻大，絕緣變脆、發(fā)熱，導(dǎo)致電機(jī)燒損。電纜接頭多數(shù)由于檢修人員在修理過(guò)程中，操作不規(guī)范，作業(yè)不慎造成機(jī)械損傷，發(fā)展到電機(jī)故障；④機(jī)械損壞引起電機(jī)過(guò)載燒壞，軸承損壞引起電機(jī)掃膛，造成電機(jī)燒壞；⑤配電裝置檢修質(zhì)量不佳、失修引起三相不同期合閘，形成的操作過(guò)電壓，引起絕緣擊穿，燒壞電機(jī)；⑥電機(jī)處在多灰塵環(huán)境中，電機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間進(jìn)粉進(jìn)灰進(jìn)物造成散熱不良、嚴(yán)重摩擦，致使溫度升高燒損電機(jī)；⑦電機(jī)有進(jìn)水進(jìn)汽現(xiàn)象造成絕緣下降，導(dǎo)致短路放炮燒壞電機(jī)。大部分是運(yùn)行人員沖洗地面不注意造成電機(jī)進(jìn)水或設(shè)備漏水漏汽發(fā)現(xiàn)不及時(shí)而造成電機(jī)燒損；⑧電壓過(guò)低，電機(jī)啟動(dòng)力矩小，轉(zhuǎn)不起來(lái)，并且連續(xù)多次啟動(dòng)電機(jī)，造成電機(jī)過(guò)電流燒損電機(jī)；⑨電機(jī)控制回路故障、元件過(guò)熱擊穿、特性不穩(wěn)定、斷線(xiàn)、串動(dòng)失壓等造成電機(jī)損壞；10電機(jī)保護(hù)不健全，電機(jī)增容更新保護(hù)不及時(shí)造成電機(jī)損壞。尤其是低壓電機(jī)零序保護(hù)未安裝或更換大容量新電機(jī)，保護(hù)定值未及時(shí)更改，形成大電機(jī)小定值，多次啟動(dòng)不成功；11�ｋ姍C(jī)一次回路上的開(kāi)關(guān)、電纜斷線(xiàn)缺相或接地造成電機(jī)燒損；12�＠@線(xiàn)式電機(jī)定、轉(zhuǎn)子開(kāi)關(guān)時(shí)限配合不當(dāng)，造成電機(jī)燒壞或達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速；13�ｋ姍C(jī)基礎(chǔ)不牢固、地腳未緊固好引起振動(dòng)、晃動(dòng)大大超標(biāo)，將電機(jī)損壞。

        2.2原因分析

        電動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中少數(shù)靜子線(xiàn)圈引線(xiàn)頭(段)殘留嚴(yán)重缺陷，如裂紋、裂口等內(nèi)在因素，而電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中由于工況不同，(重負(fù)載以及啟動(dòng)頻繁的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械等)只是起著加速故障發(fā)生的作用。此時(shí)電動(dòng)力較大，它引起靜子線(xiàn)圈的連線(xiàn)與極相之間聯(lián)線(xiàn)的強(qiáng)烈振動(dòng)，促使靜子線(xiàn)圈引線(xiàn)頭殘留的裂紋或裂口逐漸擴(kuò)展。結(jié)果是線(xiàn)匝缺陷處未斷裂部分的電流密度達(dá)到相當(dāng)大的程度，該處銅導(dǎo)線(xiàn)遂由于溫度的上升而引起剛度陡降，從而發(fā)生燒斷、飛弧。單根銅導(dǎo)線(xiàn)繞制的線(xiàn)圈，當(dāng)其中一根發(fā)生斷裂后，另外一根通常是完好的，所以尚能啟動(dòng)，但是隨后的每次啟動(dòng)先斷裂銅導(dǎo)線(xiàn)斷口距離只要在可以起弧的距離以?xún)?nèi)，均可能飛弧燒傷相鄰的另一根已經(jīng)增加了相當(dāng)大電流密度的銅導(dǎo)線(xiàn)。

        2.3防范措施

        建議制造廠(chǎng)加強(qiáng)工藝流程管理，如繞組的繞制工序、線(xiàn)圈的引線(xiàn)頭清理打砂工序、線(xiàn)圈嵌線(xiàn)后的綁扎工藝、靜止線(xiàn)圈連線(xiàn)、焊頭前引線(xiàn)頭的彎折(平彎成立彎)整理工序，對(duì)中型以上的高壓電機(jī)最好采用銀焊接頭處理。運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)新安裝和大修后的高壓電機(jī)利用機(jī)組定期小修機(jī)會(huì)做耐壓試驗(yàn)和直阻測(cè)量。定子端部線(xiàn)圈綁扎不牢，墊木塊松動(dòng)，絕緣磨損，由此而引發(fā)電動(dòng)機(jī)繞組擊穿和短路，燒損電機(jī)。此故障大都發(fā)生在端部引線(xiàn)，主要原因是線(xiàn)棒成型較差，端部線(xiàn)型不規(guī)則，還有端部綁環(huán)太少，而且線(xiàn)圈與綁環(huán)靠得不緊，還有檢修工藝差，運(yùn)行中常發(fā)生墊塊脫落。槽楔松動(dòng)是各種電機(jī)普遍存在的問(wèn)題，主要是由線(xiàn)圈造型差，槽內(nèi)線(xiàn)圈的結(jié)構(gòu)和工藝不良引起的，同時(shí)，電機(jī)運(yùn)行中槽楔松動(dòng)導(dǎo)致線(xiàn)圈在鐵芯槽內(nèi)劇烈振動(dòng)，造成對(duì)地短路，使線(xiàn)圈和鐵芯燒損。

3 高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子故障

        高壓籠型異步電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)故障有：①轉(zhuǎn)子鼠籠條松動(dòng)，斷裂和開(kāi)焊；②平衡塊及其固定螺絲在運(yùn)行中甩出將定子端部線(xiàn)圈損傷；③運(yùn)行中轉(zhuǎn)子鐵芯松動(dòng)，變型、凹凸不平造成掃膛和振動(dòng)。其中最嚴(yán)重的是鼠籠條斷裂問(wèn)題，這是發(fā)電廠(chǎng)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題之一。

        在火電廠(chǎng)中高壓雙鼠籠感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)籠(又稱(chēng)外籠)銅導(dǎo)條斷裂、甚至折斷，因而損壞電機(jī)的靜止線(xiàn)圈，直到目前仍然是最常見(jiàn)的故障。從生產(chǎn)實(shí)踐中我們認(rèn)識(shí)到，脫焊或斷裂的最初階段是啟動(dòng)時(shí)有冒火現(xiàn)象，脫焊或斷裂端側(cè)的半開(kāi)口轉(zhuǎn)子鐵芯迭片燒熔，并逐步擴(kuò)大，最終導(dǎo)致斷裂或脫焊的銅導(dǎo)條部分甩出，擦傷靜止鐵芯和線(xiàn)圈絕緣(甚至折斷一小股)，使電動(dòng)機(jī)靜止線(xiàn)圈嚴(yán)重?fù)p壞，還可能造成更大的事故。在火電廠(chǎng)中，鋼球磨由于在停機(jī)時(shí)鋼球與煤凝結(jié)在一起產(chǎn)生較大的靜力矩，給水泵由于出口門(mén)不嚴(yán)帶負(fù)荷啟動(dòng)，還有引風(fēng)機(jī)由于擋板不嚴(yán)電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)。因此，這些電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)要克服很大的阻力矩。

        3.1故障機(jī)理

        國(guó)產(chǎn)中型以上高壓雙鼠籠感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)籠在結(jié)構(gòu)上存在問(wèn)題。一般是：①短路端環(huán)托于全部外籠銅導(dǎo)條，與轉(zhuǎn)子鐵芯間距較大，端環(huán)內(nèi)周?chē)�與轉(zhuǎn)子鐵芯不同心；②短路端環(huán)穿銅導(dǎo)條的孔眼多為直通空眼形式；③轉(zhuǎn)子銅導(dǎo)條與線(xiàn)槽的間隙往往小于0��5mm,銅導(dǎo)條在運(yùn)行中振動(dòng)幅度較大。

        3.2防范措施

        ①銅導(dǎo)條在短路端環(huán)外圓堆焊連接，豐鎮(zhèn)發(fā)電廠(chǎng)的排粉機(jī)電機(jī)為高壓雙鼠籠電機(jī)，啟動(dòng)籠銅導(dǎo)條全部焊接于短路端環(huán)外圓周。堆焊質(zhì)量差，經(jīng)常出現(xiàn)脫焊或斷裂，造成定子線(xiàn)圈損壞事故。②短路端孔眼形式:目前生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的國(guó)產(chǎn)高壓雙鼠籠電機(jī)的短路端環(huán)的孔眼形式，一般常見(jiàn)有以下4種形式：直通孔眼式、半開(kāi)口直通孔式、魚(yú)眼孔式、深沉孔式，尤以直通孔式為最多。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)更換的新短路端環(huán)，通常采用魚(yú)眼孔式和深沉孔式兩種形式，當(dāng)銅導(dǎo)體下料長(zhǎng)度適宜時(shí)，填充焊料的空間并不大，使用銀焊料也不多，且焊接質(zhì)量易于保證。③銅導(dǎo)條與短路環(huán)的焊接和脫焊、斷裂情況：在所有接觸的百余臺(tái)高壓電機(jī)中所遇到的啟動(dòng)籠銅導(dǎo)條脫焊與斷裂的故障事例，基本上是短路端環(huán)的孔眼為直通孔眼式。導(dǎo)體穿出短路環(huán)外側(cè)面，其銅導(dǎo)體端頭也有部分熔溶狀態(tài)，焊接質(zhì)量一般良好。銅導(dǎo)體穿入端環(huán)二分之一左右，由于焊條與焊料溫度太高施焊時(shí)間長(zhǎng)，部分焊料通過(guò)銅導(dǎo)體外圓表面與端環(huán)孔眼之間的間隙流出聚集，易出現(xiàn)銅導(dǎo)體斷裂。④簡(jiǎn)易查找焊接質(zhì)量的焊點(diǎn)：對(duì)于啟動(dòng)或運(yùn)行中經(jīng)常冒火花的高壓電動(dòng)機(jī)一般說(shuō)來(lái)都有啟動(dòng)籠銅導(dǎo)體脫焊或斷裂現(xiàn)象發(fā)生，也容易找到脫焊或斷裂的銅導(dǎo)體故障點(diǎn)。新安裝和投入運(yùn)行后的第一、二次大修中的高壓雙鼠籠電動(dòng)機(jī)全面檢查啟動(dòng)籠銅導(dǎo)體工作是非常重要的。在重焊處理時(shí)，應(yīng)注意全部更換啟動(dòng)籠導(dǎo)體，要對(duì)稱(chēng)交叉焊接，不要從一個(gè)方向依次進(jìn)行焊接，以免使短路端環(huán)瓢偏。另外，短路端環(huán)內(nèi)側(cè)與銅條進(jìn)行補(bǔ)焊時(shí)，應(yīng)防止焊接處呈球珠狀外形。

        3.3對(duì)轉(zhuǎn)子斷籠分析

        ①發(fā)電廠(chǎng)主要輔機(jī)的電動(dòng)機(jī)不少均發(fā)生過(guò)斷籠條故障，然而經(jīng)常發(fā)生斷籠的電動(dòng)機(jī)大都是那些啟動(dòng)載荷較重、啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)和啟動(dòng)比較頻繁的電動(dòng)機(jī)，如磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)；②新投入運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)一般并不立即發(fā)生斷籠，總要經(jīng)過(guò)幾個(gè)月或幾年運(yùn)行才會(huì)發(fā)生斷籠故障；③目前，常用的籠條截面為矩形或梯形的深槽轉(zhuǎn)子和圓形的雙籠轉(zhuǎn)子都發(fā)生過(guò)斷籠，且雙籠轉(zhuǎn)子的斷籠一般均限于外籠條；④發(fā)生斷籠的電機(jī)籠條與短路環(huán)的連接結(jié)構(gòu)也是各式各樣的，一個(gè)廠(chǎng)家的和一個(gè)系列的電機(jī)有時(shí)也不一樣；有短路環(huán)只靠籠條端頭支持的懸空結(jié)構(gòu)，也有短路環(huán)直接嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵芯的壓鐵上的結(jié)構(gòu)。發(fā)生斷籠的轉(zhuǎn)子，其籠條由鐵芯伸出至短路環(huán)的距離(伸出端)長(zhǎng)短不等，一般雙籠轉(zhuǎn)子外籠條的伸出端長(zhǎng)約50mm~60mm；深槽轉(zhuǎn)子籠條的伸出端長(zhǎng)約為20mm~30mm；⑤籠條斷口發(fā)生的部位絕大多數(shù)在伸出端與短路連接外(籠條焊接端)。以前豐鎮(zhèn)發(fā)電廠(chǎng)電動(dòng)機(jī)在檢修時(shí)，曾用兩半截舊籠條拼接使用，但因拼接質(zhì)量差在以后的運(yùn)行中拼接接口開(kāi)裂，便表現(xiàn)為斷口移出槽內(nèi)。有的籠條原來(lái)就有氣孔、砂眼、夾皮等局部缺陷，斷口也會(huì)發(fā)生在槽內(nèi)；⑥籠條斷開(kāi)沒(méi)有顯著的變形，沒(méi)有塑性材料被拉斷時(shí)的縮頸，斷口吻合的很?chē)?yán)密，屬疲勞性斷裂。還有籠條與短路環(huán)焊接處開(kāi)焊也很多，這與焊接質(zhì)量有關(guān)，然而與籠條斷性質(zhì)一樣，兩者受破壞的外力來(lái)源是同一個(gè)；⑦凡是發(fā)生斷籠的電機(jī)，籠條在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)都比較松，修理更換下來(lái)的舊籠條上有被鐵芯槽壁硅鋼片凸出部分磨出的槽向細(xì)溝，這說(shuō)明籠條在槽內(nèi)是活動(dòng)的；⑧斷籠條不多時(shí)，在啟動(dòng)過(guò)程中可以從定子出風(fēng)口和定轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)看到火花，斷籠條多的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間明顯加長(zhǎng)，并伴有明顯的雜音。當(dāng)斷裂集中在圓周的某一部位時(shí)，電機(jī)的振動(dòng)會(huì)加強(qiáng)，有時(shí)導(dǎo)致電機(jī)軸承損壞和掃膛。

4 其他故障

        主要表現(xiàn)為：電動(dòng)機(jī)軸承損壞、機(jī)械卡死、電源開(kāi)關(guān)缺相、電纜引線(xiàn)接頭燒斷缺相、冷卻器漏水、風(fēng)冷卻器進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口積灰堵死等原因造成電機(jī)燒損。
5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述對(duì)高壓電機(jī)故障及故障性質(zhì)的分析，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所采取措施的闡述，有力地保證了高壓電動(dòng)機(jī)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，提高了供電的可靠性。但是由于制造，檢修工藝不良，再加上在運(yùn)行中又受到漏水、漏汽、受潮、運(yùn)行管理不當(dāng)?shù)纫蛩氐挠绊�，均�?huì)出現(xiàn)各種異常運(yùn)行現(xiàn)象及較嚴(yán)重的故障現(xiàn)象。因此，只有加強(qiáng)對(duì)高壓電機(jī)檢修質(zhì)量的嚴(yán)格把關(guān)和加強(qiáng)對(duì)電機(jī)全方位的運(yùn)行管理，使電機(jī)達(dá)到健康運(yùn)行狀態(tài)，才能保證發(fā)電廠(chǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。