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機，由于它是用電磁感應原理制成的，所以它又叫感應電動機。它是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用最為廣泛的一種電機。在發(fā)電廠中絕大部分電機是用來拖動鍋爐和汽機附屬設備的旋轉(zhuǎn)機械的，如水泵和風機。

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

        異步電機的缺點：功率因數(shù)低，啟動電流大，運行中從電網(wǎng)吸收大量的無功功率，大量的異步電機運行給電網(wǎng)帶來了嚴重的負擔，不能在較廣泛的范圍內(nèi)經(jīng)濟、平滑地調(diào)速。雖然有上述缺點，但據(jù)統(tǒng)計，異步電機生產(chǎn)總?cè)萘考s占電機制造工業(yè)生產(chǎn)總?cè)萘康?5%，這也充分說明異步電機應用的廣泛性和在國民經(jīng)濟中的地位。

1 高壓電動機故障的分類

        發(fā)電廠的廠用機械，如給水泵、循環(huán)泵、凝結(jié)泵、凝升泵、引風機、送風機、排粉機、磨煤機、碎煤機、一次風機、灰漿泵等都是用電動機來拖動。這些機械在極短的時間停止運行，也足以引起發(fā)電廠出力的降低，甚至停機，并有可能造成嚴重的事故。所以，當電動機運行中發(fā)生事故及異�，F(xiàn)象時，運行人員應根據(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，及時處理，防止事故擴大(如發(fā)電廠出力降低、整個汽輪發(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。

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

        電動機的故障一般可分為以下幾類：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，電動機塵埃過多，劇烈振動，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由于過負荷而造成的繞組故障。如電動機的缺相運行、電動機的頻繁啟動和自啟動、電動機所拖動的機械負荷過重、電動機所拖動的機械損壞或轉(zhuǎn)子被卡住等，都會造成電機繞組故障。

2 高壓電機定子故障

        某發(fā)電廠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，嚴重地威脅著高壓電動機的安全運行。再加上電機制造質(zhì)量不良，運行維護存在問題，管理工作差等原因，高壓電動機事故很頻繁，嚴重影響發(fā)電機的出力和電網(wǎng)的安全運行。例如：引、送風機雙側(cè)只要有一側(cè)故障不能運行，就引起發(fā)電機出力下降50%。

        2.1常見故障有以下幾種

        ①由于啟停頻繁，啟動時間長，加上帶負荷啟動，加速定子絕緣老化，導致啟動過程中或運行過程中發(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，發(fā)生連線斷裂，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。原因是選擇引線規(guī)格低、質(zhì)量差，運行時間長，啟停次數(shù)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(shù)由于檢修人員在修理過程中，操作不規(guī)范，作業(yè)不慎造成機械損傷，發(fā)展到電機故障；④機械損壞引起電機過載燒壞，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(zhuǎn)子之間進粉進灰進物造成散熱不良、嚴重摩擦，致使溫度升高燒損電機；⑦電機有進水進汽現(xiàn)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水或設備漏水漏汽發(fā)現(xiàn)不及時而造成電機燒損；⑧電壓過低，電機啟動力矩小，轉(zhuǎn)不起來，并且連續(xù)多次啟動電機，造成電機過電流燒損電機；⑨電機控制回路故障、元件過熱擊穿、特性不穩(wěn)定、斷線、串動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，保護定值未及時更改，形成大電機小定值，多次啟動不成功；11�ｋ姍C一次回路上的開關、電纜斷線缺相或接地造成電機燒損；12�＠@線式電機定、轉(zhuǎn)子開關時限配合不當，造成電機燒壞或達不到額定轉(zhuǎn)速；13�ｋ姍C基礎不牢固、地腳未緊固好引起振動、晃動大大超標，將電機損壞。

        2.2原因分析

        電動機制造過程中少數(shù)靜子線圈引線頭(段)殘留嚴重缺陷，如裂紋、裂口等內(nèi)在因素，而電機運行過程中由于工況不同，(重負載以及啟動頻繁的轉(zhuǎn)動機械等)只是起著加速故障發(fā)生的作用。此時電動力較大，它引起靜子線圈的連線與極相之間聯(lián)線的強烈振動，促使靜子線圈引線頭殘留的裂紋或裂口逐漸擴展。結(jié)果是線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。單根銅導線繞制的線圈，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，但是隨后的每次啟動先斷裂銅導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)增加了相當大電流密度的銅導線。

        2.3防范措施

        建議制造廠加強工藝流程管理，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最好采用銀焊接頭處理。運行現(xiàn)場對新安裝和大修后的高壓電機利用機組定期小修機會做耐壓試驗和直阻測量。定子端部線圈綁扎不牢，墊木塊松動，絕緣磨損，由此而引發(fā)電動機繞組擊穿和短路，燒損電機。此故障大都發(fā)生在端部引線，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，運行中常發(fā)生墊塊脫落。槽楔松動是各種電機普遍存在的問題，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，電機運行中槽楔松動導致線圈在鐵芯槽內(nèi)劇烈振動，造成對地短路，使線圈和鐵芯燒損。

3 高壓電機轉(zhuǎn)子故障

        高壓籠型異步電動機常見故障有：①轉(zhuǎn)子鼠籠條松動，斷裂和開焊；②平衡塊及其固定螺絲在運行中甩出將定子端部線圈損傷；③運行中轉(zhuǎn)子鐵芯松動，變型、凹凸不平造成掃膛和振動。其中最嚴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電機啟動籠(又稱外籠)銅導條斷裂、甚至折斷，因而損壞電機的靜止線圈，直到目前仍然是最常見的故障。從生產(chǎn)實踐中我們認識到，脫焊或斷裂的最初階段是啟動時有冒火現(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，擦傷靜止鐵芯和線圈絕緣(甚至折斷一小股)，使電動機靜止線圈嚴重損壞，還可能造成更大的事故。在火電廠中，鋼球磨由于在停機時鋼球與煤凝結(jié)在一起產(chǎn)生較大的靜力矩，給水泵由于出口門不嚴帶負荷啟動，還有引風機由于擋板不嚴電機反轉(zhuǎn)啟動。因此，這些電動機啟動時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)穿銅導條的孔眼多為直通空眼形式；③轉(zhuǎn)子銅導條與線槽的間隙往往小于0��5mm,銅導條在運行中振動幅度較大。

        3.2防范措施

        ①銅導條在短路端環(huán)外圓堆焊連接，豐鎮(zhèn)發(fā)電廠的排粉機電機為高壓雙鼠籠電機，啟動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(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，當銅導體下料長度適宜時，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(cè)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間長，部分焊料通過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(xiàn)銅導體斷裂。④簡易查找焊接質(zhì)量的焊點：對于啟動或運行中經(jīng)常冒火花的高壓電動機一般說來都有啟動籠銅導體脫焊或斷裂現(xiàn)象發(fā)生，也容易找到脫焊或斷裂的銅導體故障點。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機全面檢查啟動籠銅導體工作是非常重要的。在重焊處理時，應注意全部更換啟動籠導體，要對稱交叉焊接，不要從一個方向依次進行焊接，以免使短路端環(huán)瓢偏。另外，短路端環(huán)內(nèi)側(cè)與銅條進行補焊時，應防止焊接處呈球珠狀外形。

        3.3對轉(zhuǎn)子斷籠分析

        ①發(fā)電廠主要輔機的電動機不少均發(fā)生過斷籠條故障，然而經(jīng)常發(fā)生斷籠的電動機大都是那些啟動載荷較重、啟動時間較長和啟動比較頻繁的電動機，如磨煤機、送風機、引風機的電動機；②新投入運行的電動機一般并不立即發(fā)生斷籠，總要經(jīng)過幾個月或幾年運行才會發(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)生斷籠的電機籠條與短路環(huán)的連接結(jié)構(gòu)也是各式各樣的，一個廠家的和一個系列的電機有時也不一樣；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)電廠電動機在檢修時，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的縮頸，斷口吻合的很嚴密，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，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；⑦凡是發(fā)生斷籠的電機，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溝，這說明籠條在槽內(nèi)是活動的；⑧斷籠條不多時，在啟動過程中可以從定子出風口和定轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)看到火花，斷籠條多的電動機啟動時間明顯加長，并伴有明顯的雜音。當斷裂集中在圓周的某一部位時，電機的振動會加強，有時導致電機軸承損壞和掃膛。

4 其他故障

        主要表現(xiàn)為：電動機軸承損壞、機械卡死、電源開關缺相、電纜引線接頭燒斷缺相、冷卻器漏水、風冷卻器進風口與出風口積灰堵死等原因造成電機燒損。
5 結(jié)束語

經(jīng)過上述對高壓電機故障及故障性質(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機的安全和穩(wěn)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?shù)纫蛩氐挠绊�，均會出現(xiàn)各種異常運行現(xiàn)象及較嚴重的故障現(xiàn)象。因此，只有加強對高壓電機檢修質(zhì)量的嚴格把關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)電廠安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。