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高壓電動機本體的故障主要有三個方面：1、定子繞組故障；2、轉(zhuǎn)子籠條故障；3、軸承故障。 標準檢修項目中，對定子繞組通過測量其絕緣、直阻、交直流耐壓和泄漏電流等方式進行檢測；對軸承通過測量其游隙、配合間隙、檢查滾道等方式進行檢測；而對于轉(zhuǎn)子在檢修時通常是通過目測、敲擊等手段憑經(jīng)驗進行檢查，缺少數(shù)據(jù)測量項目，大多是發(fā)現(xiàn)問題后才選擇進一步檢測，對于隱性的和制造方面的缺陷往往難以發(fā)現(xiàn)。 如果能結(jié)合多次故障分析及處理總結(jié)出的經(jīng)驗，采取相應(yīng)的防范措施、增加標準項目中的轉(zhuǎn)子籠條專項檢查和檢測，可以在很大程度上減少設(shè)備在運行中跳閘的風險。 1 轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂后的表現(xiàn)特征 1.1 運行中特征 1）電動機振動增大，且與籠條斷裂數(shù)量成正比；2）定子電流出現(xiàn)大幅度波動；3）電動機溫度上升。 1.2 解體后現(xiàn)象 1）斷裂處鐵心及籠條有過熱痕跡，嚴重時會在斷裂處將籠條燒融；2）故障點較多在籠條與端環(huán)焊接處發(fā)生開焊或斷裂；3）在斷裂處的籠條或端環(huán)多會發(fā)生變形，甚至損傷到定子繞組；4）雙鼠籠電動機多發(fā)生在外籠； 1.3 故障多發(fā)電動機特點 1）起動過程中故障發(fā)生概率較大；2）負荷變化較大；3）轉(zhuǎn)動慣量較大。 2 轉(zhuǎn)子籠條斷裂的原因分析 轉(zhuǎn)子籠條斷裂主要原因是轉(zhuǎn)子在運行中受各種應(yīng)力相互作用的結(jié)果，而且應(yīng)力超出了轉(zhuǎn)子籠條所能承受的極限。綜合起來有以下幾個方面： 1）受制造工藝及運行過程特點產(chǎn)生的應(yīng)力變形。 端環(huán)或籠條制造材質(zhì)或工藝不滿足電動機運行條件。高壓電動機轉(zhuǎn)子籠條及端環(huán)多采用紫銅、黃銅或鋁鐵青銅制造，受制造工藝限制或工藝不良，使各籠條或端環(huán)阻值不同、其通過電流后發(fā)熱量也不同，則可能在各籠條中產(chǎn)生較大的溫升差異，使各籠條彎曲系數(shù)不同造成籠條軸向或扭曲的應(yīng)力；而端環(huán)在通過大電流發(fā)熱后會產(chǎn)生徑向應(yīng)力；如果籠條嵌裝工藝不良，籠條與轉(zhuǎn)子鐵心間存在間隙，籠條在鐵心內(nèi)會產(chǎn)生電磁振動應(yīng)力；起動過程中電流不斷增大、各種應(yīng)力也不斷增加并且匯集在籠條與端環(huán)連接處附近，因而很容易在籠條與端環(huán)連接處造成斷裂和變形。另外，如果負荷變化大也可能導(dǎo)致各應(yīng)力的匯集作用。 2）設(shè)計失誤導(dǎo)致的籠條斷裂。 如果籠條伸出轉(zhuǎn)子鐵心部分過長，受定子交變磁場力和轉(zhuǎn)子磁場作用力的相互作用，很容易使籠條伸出部分變成應(yīng)力集中的作用點，造成伸出部分扭曲、變形、直至斷裂損壞；如果設(shè)計原因?qū)е碌幕\條或端環(huán)載流量不足則更容易使籠條過熱損壞。 3）制造過程中的工藝缺陷。 如果制造過程中籠條與端環(huán)焊接質(zhì)量監(jiān)督不到位，產(chǎn)生了虛焊、焊縫夾渣、焊點附近熱應(yīng)力的存在等焊接工藝不良現(xiàn)象，其焊縫處及其附近可能造成機械強度的降低。 4）運行人員短時間內(nèi)多次起動對籠條和端環(huán)造成損壞。 電動機起動時，若首次起動不成功，須查明原因并在間隔1-2小時后再次起動。此時運行人員如果在短時間內(nèi)再次或多次連續(xù)起動電動機，則會使轉(zhuǎn)子繞組在上次起動過程中的溫升不能得到釋放并與后幾次起動的溫升疊加，轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)情況下，溫升甚至能達到700℃以上，加之應(yīng)力的疊加，很可能立即會造成轉(zhuǎn)子的損壞。 5）檢修不到位造成的籠條斷裂。 標準檢修項目中沒有對轉(zhuǎn)子籠條的具體數(shù)據(jù)測量，實際檢修中也很難有相應(yīng)的檢查方法來發(fā)現(xiàn)一些隱性的轉(zhuǎn)子籠條缺陷，如籠條或端環(huán)的疲勞損傷、籠條內(nèi)部的輕微裂痕等。對轉(zhuǎn)子的檢修目前還只是采用目測檢查、通過敲擊聽音判斷籠條是否有問題，如果發(fā)現(xiàn)有問題則可以采取轉(zhuǎn)子籠條短路環(huán)檢測法等判斷故障位置。轉(zhuǎn)子籠條發(fā)生輕微的斷裂后處理工藝不當或未能及時發(fā)現(xiàn)都可能造成籠條斷裂故障的迅速擴大。 綜上所述，轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)斷裂的主要部位是其連接處，所以重點解決對其連接處的檢查和處理，增加其機械強度，可以較為有效地減少轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)的斷裂故障發(fā)生。 3 減少轉(zhuǎn)子籠條斷裂的防范措施 1）對有設(shè)計缺陷的籠條和端環(huán)進行分析處理。 針對籠條和端環(huán)故障的重點部位，加強對其焊接工藝的檢查，如發(fā)現(xiàn)有問題的焊點、焊縫，可以采用銀焊或磷銅焊對問題點進行補焊；采取在焊縫上加補焊一塊同材質(zhì)銅板，以提高焊縫處的機械強度和增加焊縫處容量；對于端環(huán)伸出過長的轉(zhuǎn)子，可以根據(jù)情況在伸出部分的外圈或內(nèi)圈加焊一個同材質(zhì)端環(huán)，以增加其機械強度、提高端環(huán)容量、減小伸出部分的應(yīng)力變形。要注意的是在對籠條或端環(huán)進行處理后要對轉(zhuǎn)子做動平衡，調(diào)整合格后才能投入運行。 2）提高檢修水平。 通過加強培訓、改進檢修工藝標準等方式提升檢修人員對轉(zhuǎn)子故障的分析判斷能力，在檢修中善于發(fā)現(xiàn)隱性和微小的缺陷，及時處理，減少轉(zhuǎn)子籠條故障造成的損失。由于條件和經(jīng)驗的限制，在更換籠條時很難使籠條安裝后與轉(zhuǎn)子槽的配合達到原出廠值，建議在修復(fù)過程中需要更換轉(zhuǎn)子籠條時，由專業(yè)的廠家進行處理。 3）提高監(jiān)測水平、加強運行監(jiān)測。 很多轉(zhuǎn)子籠條斷裂的缺陷都是在以電流波動、電動機振動等方式在運行中表現(xiàn)出來，而轉(zhuǎn)子籠條損壞的故障在初期其電動機振動值很小、電流波動幅度也很小，如果不注意很難從運行數(shù)據(jù)上及時發(fā)現(xiàn)問題，這需要提高運行人員和點檢人員對各種數(shù)據(jù)趨勢分析的能力，及早發(fā)現(xiàn)、及早處理。 由于目前還沒有成熟的轉(zhuǎn)子故障測量儀器來進行直觀判斷，必要時也可以由專業(yè)的技術(shù)人員通過對故障電流、電壓、振動頻率、脈動磁場等相關(guān)數(shù)據(jù)的分析計算，得出相應(yīng)的結(jié)果，來提高對故障的分析和判斷能力，如采用傅里葉變換、小波分析等方法對早期和預(yù)防性的缺陷發(fā)現(xiàn)比較困難，故進行前期對舊式電機進行預(yù)防性籠條和端環(huán)改造還是有必要的。 4 實例分析 2008年10月2日，某公司15號甲側(cè)碎煤機電動機起動后發(fā)“速斷保護”動作跳閘，解體檢查發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)子籠條斷裂10根，驅(qū)動端端環(huán)與籠條焊接處斷裂3處并變形，變形部分將電動機定子端部繞組部分損壞。 4.1 原因分析 1）電動機轉(zhuǎn)子鼠籠條結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，端環(huán)離轉(zhuǎn)子鐵心距離過長，達120mm，在應(yīng)力作用下焊縫開裂。 2）起動過程中轉(zhuǎn)子鼠籠條端部由于電流的熱損耗作用引起電動機溫度升高，局部過熱銅條融化造成轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂。 4.2 處理及防范措施 1）更換全部鼠籠條，對電動機進行端環(huán)改造。在端環(huán)外部加焊一圈5mm厚紫銅帶，對伸出籠條伸出部分截面增加50%，主要用于增強籠條伸出部分的機械強度、增加端環(huán)載流容量。 2）改造后的電動機經(jīng)過一段時期運行正常后，對同類型電動機進行改造。 3）大電容電動機小修時增加轉(zhuǎn)子鼠籠條檢查項目，測量其各籠條伸出部分數(shù)據(jù)、及其變形情況，加強對轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)及其焊縫的檢查。 4）運行人員在進行大容量電動機試運行時，注意監(jiān)視電動機電流、振動、聲音的變化情況，必要時用儀器開展數(shù)據(jù)分析。 5 結(jié)論 對轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)斷裂的一些常見故障原因進行分析，能為同類故障的處理提供一些借鑒經(jīng)驗。但實際運行過程中，還有一部分此類型缺陷很難及時發(fā)現(xiàn)，期待著目前已經(jīng)研制的多信號融合智能分析系統(tǒng)能早日投入到現(xiàn)場實踐中來，使高壓電動機轉(zhuǎn)子故障能及時被發(fā)現(xiàn)和消除。 |
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