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)電廠中絕大部分電機(jī)是用來拖動(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)吸收大量的無功功率，大量的異步電機(jī)運(yùn)行給電網(wǎng)帶來了嚴(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%，這也充分說明異步電機(jī)應(yīng)用的廣泛性和在國民經(jīng)濟(jì)中的地位。

1 高壓電動(dòng)機(jī)故障的分類

        發(fā)電廠的廠用機(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)行過程中，由于維護(hù)和使用不當(dāng)，如頻繁啟動(dòng)、長期過負(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：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(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)電廠的主要輔機(jī)都配備的是高壓電機(jī)，電壓等級為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常見故障有以下幾種

        ①由于啟停頻繁，啟動(dòng)時(shí)間長，加上帶負(fù)荷啟動(dòng)，加速定子絕緣老化，導(dǎo)致啟動(dòng)過程中或運(yùn)行過程中發(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)引線斷裂、電纜接線斷裂發(fā)生短路或接地短路放炮起火燒損電機(jī)。原因是選擇引線規(guī)格低、質(zhì)量差，運(yùn)行時(shí)間長，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電壓過低，電機(jī)啟動(dòng)力矩小，轉(zhuǎn)不起來，并且連續(xù)多次啟動(dòng)電機(jī)，造成電機(jī)過電流燒損電機(jī)；⑨電機(jī)控制回路故障、元件過熱擊穿、特性不穩(wěn)定、斷線、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)一次回路上的開關(guān)、電纜斷線缺相或接地造成電機(jī)燒損；12�＠@線式電機(jī)定、轉(zhuǎn)子開關(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)制造過程中少數(shù)靜子線圈引線頭(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，它引起靜子線圈的連線與極相之間聯(lián)線的強(qiáng)烈振動(dòng)，促使靜子線圈引線頭殘留的裂紋或裂口逐漸擴(kuò)展。結(jié)果是線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)線繞制的線圈，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)線斷口距離只要在可以起弧的距離以內(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。

        2.3防范措施

        建議制造廠加強(qiáng)工藝流程管理，如繞組的繞制工序、線圈的引線頭清理打砂工序、線圈嵌線后的綁扎工藝、靜止線圈連線、焊頭前引線頭的彎折(平彎成立彎)整理工序，對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)場對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)和直阻測量。定子端部線圈綁扎不牢，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，主要原因是線棒成型較差，端部線型不規(guī)則，還有端部綁環(huán)太少，而且線圈與綁環(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)普遍存在的問題，主要是由線圈造型差，槽內(nèi)線圈的結(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)致線圈在鐵芯槽內(nèi)劇烈振動(dòng)，造成對地短路，使線圈和鐵芯燒損。

3 高壓電機(jī)轉(zhuǎn)子故障

        高壓籠型異步電動(dòng)機(jī)常見故障有：①轉(zhuǎn)子鼠籠條松動(dòng)，斷裂和開焊；②平衡塊及其固定螺絲在運(yùn)行中甩出將定子端部線圈損傷；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題，這是發(fā)電廠長期存在的問題之一。

        在火電廠中高壓雙鼠籠感應(yīng)電機(jī)啟動(dòng)籠(又稱外籠)銅導(dǎo)條斷裂、甚至折斷，因而損壞電機(jī)的靜止線圈，直到目前仍然是最常見的故障。從生產(chǎn)實(shí)踐中我們認(rèn)識到，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，擦傷靜止鐵芯和線圈絕緣(甚至折斷一小股)，使電動(dòng)機(jī)靜止線圈嚴(yán)重?fù)p壞，還可能造成更大的事故。在火電廠中，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)周圍與轉(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，造成定子線圈損壞事故。②短路端孔眼形式:目前生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用的國產(chǎn)高壓雙鼠籠電機(jī)的短路端環(huán)的孔眼形式，一般常見有以下4種形式：直通孔眼式、半開口直通孔式、魚眼孔式、深沉孔式，尤以直通孔式為最多。生產(chǎn)現(xiàn)場更換的新短路端環(huán)，通常采用魚眼孔式和深沉孔式兩種形式，當(dāng)銅導(dǎo)體下料長度適宜時(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，部分焊料通過銅導(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簡易查找焊接質(zhì)量的焊點(diǎn)：對于啟動(dòng)或運(yùn)行中經(jīng)常冒火花的高壓電動(dòng)機(jī)一般說來都有啟動(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，要對稱交叉焊接，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對轉(zhuǎn)子斷籠分析

        ①發(fā)電廠主要輔機(jī)的電動(dòng)機(jī)不少均發(fā)生過斷籠條故障，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)長短不等，一般雙籠轉(zhuǎn)子外籠條的伸出端長約50mm~60mm；深槽轉(zhuǎn)子籠條的伸出端長約為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)行中拼接接口開裂，便表現(xiàn)為斷口移出槽內(nèi)。有的籠條原來就有氣孔、砂眼、夾皮等局部缺陷，斷口也會(huì)發(fā)生在槽內(nèi)；⑥籠條斷開沒有顯著的變形，沒有塑性材料被拉斷時(shí)的縮頸，斷口吻合的很嚴(yán)密，屬疲勞性斷裂。還有籠條與短路環(huán)焊接處開焊也很多，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，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、電源開關(guān)缺相、電纜引線接頭燒斷缺相、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

經(jīng)過上述對高壓電機(jī)故障及故障性質(zhì)的分析，以及對現(xiàn)場所采取措施的闡述，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)對高壓電機(jī)檢修質(zhì)量的嚴(yán)格把關(guān)和加強(qiáng)對電機(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)電廠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。