高壓電機故障原因分析和防范措施

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

        異步電機之所以得到廣泛的應用，是因為它具有結構簡(jiǎn)單、運行可靠、維護方便、效率較高、堅固耐用等優(yōu)點(diǎn)，并且性能良好。

        異步電機的缺點(diǎn)：功率因數低，啟動(dòng)電流大，運行中從電網(wǎng)吸收大量的無(wú)功功率，大量的異步電機運行給電網(wǎng)帶來(lái)了嚴重的負擔，不能在較廣泛的范圍內經(jīng)濟、平滑地調速。雖然有上述缺點(diǎn)，但據統計，異步電機生產(chǎn)總容量約占電機制造工業(yè)生產(chǎn)總容量的65%，這也充分說(shuō)明異步電機應用的廣泛性和在國民經(jīng)濟中的地位。

1 高壓電動(dòng)機故障的分類(lèi)

        發(fā)電廠(chǎng)的廠(chǎng)用機械，如給水泵、循環(huán)泵、凝結泵、凝升泵、引風(fēng)機、送風(fēng)機、排粉機、磨煤機、碎煤機、一次風(fēng)機、灰漿泵等都是用電動(dòng)機來(lái)拖動(dòng)。這些機械在極短的時(shí)間停止運行，也足以引起發(fā)電廠(chǎng)出力的降低，甚至停機，并有可能造成嚴重的事故。所以，當電動(dòng)機運行中發(fā)生事故及異�，F象時(shí)，運行人員應根據事故現象，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，防止事故擴大(如發(fā)電廠(chǎng)出力降低、整個(gè)汽輪發(fā)電機組停止運行、重大設備損壞)，造成不可估量的經(jīng)濟損失。

        電動(dòng)機在運行過(guò)程中，由于維護和使用不當，如頻繁啟動(dòng)、長(cháng)期過(guò)負荷、電機受潮、機械性碰傷等，都有可能使電機發(fā)生故障。

        電動(dòng)機的故障一般可分為以下幾類(lèi)：①由于機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)機塵埃過(guò)多，劇烈振動(dòng)，潤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由于絕緣的電氣強度不夠而引起的絕緣擊穿。如電動(dòng)機的相間短路、匝間短路、一相與外殼接地短路等故障；③由于過(guò)負荷而造成的繞組故障。如電動(dòng)機的缺相運行、電動(dòng)機的頻繁啟動(dòng)和自啟動(dòng)、電動(dòng)機所拖動(dòng)的機械負荷過(guò)重、電動(dòng)機所拖動(dòng)的機械損壞或轉子被卡住等，都會(huì )造成電機繞組故障。

2 高壓電機定子故障

        某發(fā)電廠(chǎng)的主要輔機都配備的是高壓電機，電壓等級為6kV，由于電機運行條件比較惡劣，且電機啟動(dòng)頻繁，水泵漏水、漏汽和安裝在負米以下的受潮等，嚴重地威脅著(zhù)高壓電動(dòng)機的安全運行。再加上電機制造質(zhì)量不良，運行維護存在問(wèn)題，管理工作差等原因，高壓電動(dòng)機事故很頻繁，嚴重影響發(fā)電機的出力和電網(wǎng)的安全運行。例如：引、送風(fēng)機雙側只要有一側故障不能運行，就引起發(fā)電機出力下降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(cháng)，加上帶負荷啟動(dòng)，加速定子絕緣老化，導致啟動(dòng)過(guò)程中或運行過(guò)程中發(fā)生絕緣損壞，燒毀電機；②電機質(zhì)量差，定子繞組端部連接線(xiàn)焊接不良，機械強度不夠，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，造成電機絕緣擊穿短路或接地短路，燒損電機；③電機引線(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。原因是選擇引線(xiàn)規格低、質(zhì)量差，運行時(shí)間長(cháng)，啟停次數多，金屬機械老化，形成接觸電阻大，絕緣變脆、發(fā)熱，導致電機燒損。電纜接頭多數由于檢修人員在修理過(guò)程中，操作不規范，作業(yè)不慎造成機械損傷，發(fā)展到電機故障；④機械損壞引起電機過(guò)載燒壞，軸承損壞引起電機掃膛，造成電機燒壞；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；⑥電機處在多灰塵環(huán)境中，電機定、轉子之間進(jìn)粉進(jìn)灰進(jìn)物造成散熱不良、嚴重摩擦，致使溫度升高燒損電機；⑦電機有進(jìn)水進(jìn)汽現象造成絕緣下降，導致短路放炮燒壞電機。大部分是運行人員沖洗地面不注意造成電機進(jìn)水或設備漏水漏汽發(fā)現不及時(shí)而造成電機燒損；⑧電壓過(guò)低，電機啟動(dòng)力矩小，轉不起來(lái)，并且連續多次啟動(dòng)電機，造成電機過(guò)電流燒損電機；⑨電機控制回路故障、元件過(guò)熱擊穿、特性不穩定、斷線(xiàn)、串動(dòng)失壓等造成電機損壞；10電機保護不健全，電機增容更新保護不及時(shí)造成電機損壞。尤其是低壓電機零序保護未安裝或更換大容量新電機，保護定值未及時(shí)更改，形成大電機小定值，多次啟動(dòng)不成功；11�ｋ姍C一次回路上的開(kāi)關(guān)、電纜斷線(xiàn)缺相或接地造成電機燒損；12�＠@線(xiàn)式電機定、轉子開(kāi)關(guān)時(shí)限配合不當，造成電機燒壞或達不到額定轉速；13�ｋ姍C基礎不牢固、地腳未緊固好引起振動(dòng)、晃動(dòng)大大超標，將電機損壞。

        2.2原因分析

        電動(dòng)機制造過(guò)程中少數靜子線(xiàn)圈引線(xiàn)頭(段)殘留嚴重缺陷，如裂紋、裂口等內在因素，而電機運行過(guò)程中由于工況不同，(重負載以及啟動(dòng)頻繁的轉動(dòng)機械等)只是起著(zhù)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展。結果是線(xiàn)匝缺陷處未斷裂部分的電流密度達到相當大的程度，該處銅導線(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。單根銅導線(xiàn)繞制的線(xiàn)圈，當其中一根發(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)先斷裂銅導線(xiàn)斷口距離只要在可以起弧的距離以?xún)�，均可能飛弧燒傷相鄰的另一根已經(jīng)增加了相當大電流密度的銅導線(xiàn)。

        2.3防范措施

        建議制造廠(chǎng)加強工藝流程管理，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，對中型以上的高壓電機最好采用銀焊接頭處理。運行現場(chǎng)對新安裝和大修后的高壓電機利用機組定期小修機會(huì )做耐壓試驗和直阻測量。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)機繞組擊穿和短路，燒損電機。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，運行中常發(fā)生墊塊脫落。槽楔松動(dòng)是各種電機普遍存在的問(wèn)題，主要是由線(xiàn)圈造型差，槽內線(xiàn)圈的結構和工藝不良引起的，同時(shí)，電機運行中槽楔松動(dòng)導致線(xiàn)圈在鐵芯槽內劇烈振動(dòng)，造成對地短路，使線(xiàn)圈和鐵芯燒損。

3 高壓電機轉子故障

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

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

        3.1故障機理

        國產(chǎn)中型以上高壓雙鼠籠感應電機啟動(dòng)籠在結構上存在問(wèn)題。一般是：①短路端環(huán)托于全部外籠銅導條，與轉子鐵芯間距較大，端環(huán)內周?chē)�與轉子鐵芯不同心；②短路端環(huán)穿銅導條的孔眼多為直通空眼形式；③轉子銅導條與線(xiàn)槽的間隙往往小于0��5mm,銅導條在運行中振動(dòng)幅度較大。

        3.2防范措施

        ①銅導條在短路端環(huán)外圓堆焊連接，豐鎮發(fā)電廠(chǎng)的排粉機電機為高壓雙鼠籠電機，啟動(dòng)籠銅導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)現場(chǎng)應用的國產(chǎn)高壓雙鼠籠電機的短路端環(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，當銅導體下料長(cháng)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高壓電機中所遇到的啟動(dòng)籠銅導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。導體穿出短路環(huán)外側面，其銅導體端頭也有部分熔溶狀態(tài)，焊接質(zhì)量一般良好。銅導體穿入端環(huán)二分之一左右，由于焊條與焊料溫度太高施焊時(shí)間長(cháng)，部分焊料通過(guò)銅導體外圓表面與端環(huán)孔眼之間的間隙流出聚集，易出現銅導體斷裂。④簡(jiǎn)易查找焊接質(zhì)量的焊點(diǎn)：對于啟動(dòng)或運行中經(jīng)常冒火花的高壓電動(dòng)機一般說(shuō)來(lái)都有啟動(dòng)籠銅導體脫焊或斷裂現象發(fā)生，也容易找到脫焊或斷裂的銅導體故障點(diǎn)。新安裝和投入運行后的第一、二次大修中的高壓雙鼠籠電動(dòng)機全面檢查啟動(dòng)籠銅導體工作是非常重要的。在重焊處理時(shí)，應注意全部更換啟動(dòng)籠導體，要對稱(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)內側與銅條進(jìn)行補焊時(shí)，應防止焊接處呈球珠狀外形。

        3.3對轉子斷籠分析

        ①發(fā)電廠(chǎng)主要輔機的電動(dòng)機不少均發(fā)生過(guò)斷籠條故障，然而經(jīng)常發(fā)生斷籠的電動(dòng)機大都是那些啟動(dòng)載荷較重、啟動(dòng)時(shí)間較長(cháng)和啟動(dòng)比較頻繁的電動(dòng)機，如磨煤機、送風(fēng)機、引風(fēng)機的電動(dòng)機；②新投入運行的電動(dòng)機一般并不立即發(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子和圓形的雙籠轉子都發(fā)生過(guò)斷籠，且雙籠轉子的斷籠一般均限于外籠條；④發(fā)生斷籠的電機籠條與短路環(huán)的連接結構也是各式各樣的，一個(gè)廠(chǎng)家的和一個(gè)系列的電機有時(shí)也不一樣；有短路環(huán)只靠籠條端頭支持的懸空結構，也有短路環(huán)直接嵌裝在轉子鐵芯的壓鐵上的結構。發(fā)生斷籠的轉子，其籠條由鐵芯伸出至短路環(huán)的距離(伸出端)長(cháng)短不等，一般雙籠轉子外籠條的伸出端長(cháng)約50mm~60mm；深槽轉子籠條的伸出端長(cháng)約為20mm~30mm；⑤籠條斷口發(fā)生的部位絕大多數在伸出端與短路連接外(籠條焊接端)。以前豐鎮發(fā)電廠(chǎng)電動(dòng)機在檢修時(shí)，曾用兩半截舊籠條拼接使用，但因拼接質(zhì)量差在以后的運行中拼接接口開(kāi)裂，便表現為斷口移出槽內。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；⑥籠條斷開(kāi)沒(méi)有顯著(zhù)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)烂�，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，籠條在轉子槽內都比較松，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溝，這說(shuō)明籠條在槽內是活動(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)口和定轉子氣隙內看到火花，斷籠條多的電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)間明顯加長(cháng)，并伴有明顯的雜音。當斷裂集中在圓周的某一部位時(shí)，電機的振動(dòng)會(huì )加強，有時(shí)導致電機軸承損壞和掃膛。

4 其他故障

        主要表現為：電動(dòng)機軸承損壞、機械卡死、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燒損。
5 結束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述對高壓電機故障及故障性質(zhì)的分析，以及對現場(chǎng)所采取措施的闡述，有力地保證了高壓電動(dòng)機的安全和穩定運行，提高了供電的可靠性。但是由于制造，檢修工藝不良，再加上在運行中又受到漏水、漏汽、受潮、運行管理不當等因素的影響，均會(huì )出現各種異常運行現象及較嚴重的故障現象。因此，只有加強對高壓電機檢修質(zhì)量的嚴格把關(guān)和加強對電機全方位的運行管理，使電機達到健康運行狀態(tài)，才能保證發(fā)電廠(chǎng)安全、穩定、經(jīng)濟運行。