高壓電機(jī)故障原因分析和防范措施
對高壓電動機(jī)的故障及燒毀的原因進(jìn)行了各方面 的分析，對高壓電機(jī)故障及故障性質(zhì)、現(xiàn)場采取的措施做了詳細(xì)的闡述。
關(guān)鍵詞：高壓電機(jī)；異步電機(jī)；故障分析
異步電機(jī)主要用于電動機(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，是因為它具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率較高 、堅固耐用等優(yōu)點，并且性能良好。
異步電機(jī)的缺點：功率因數(shù)低，啟動電流大，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，但據(jù)統(tǒng)計，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機(jī)來拖動。這些機(jī)械在極短的時間停止運(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)電動機(jī)運(yùn)行 中發(fā)生事故及異常現(xiàn)象時，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，及時處理，防止事故擴(kuò)大(如發(fā)電廠出力降低、整個汽輪發(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、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，電動機(jī)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(qiáng)度不夠而引起的絕緣擊穿。如電動機(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 機(jī)的缺相運(yùn)行、電動機(jī)的頻繁啟動和自啟動、電動機(jī)所拖動的機(jī)械負(fù)荷過重、電動機(jī)所拖動 的機(jī)械損壞或轉(zhuǎn)子被卡住等，都會造成電機(jī)繞組故障。
2 高壓電機(jī)定子故障
北方聯(lián)合電力有限公司豐鎮(zhèn)發(fā)電廠(以下簡稱豐鎮(zhèn)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，啟動時間長，加上帶負(fù)荷啟動，加速定子絕緣老化，導(dǎo)致啟動過程中或運(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，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)不及時而造成電機(jī)燒損；⑧電壓過低 ，電機(jī)啟動力矩小，轉(zhuǎn)不起來，并且連續(xù)多次啟動電機(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)定值未及時更改，形成大電機(jī)小定值，多次啟動不成功；11電機(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繞線式電機(jī)定、 轉(zhuǎn)子開關(guān)時限配合不當(dāng)，造成電機(jī)燒壞或達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速；13電機(jī)基礎(chǔ)不牢固、地腳未緊固好引起振動、晃動大大超標(biāo)，將電機(jī)損壞。
2.2 原因分析
電動機(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)載以及啟動頻繁的轉(zhuǎn)動機(jī)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(qiáng)烈振動，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，但 是隨后的每次啟動先斷裂銅導(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(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，電機(jī)運(yùn)行中槽楔松動導(dǎo)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(jī)轉(zhuǎn)子故障
高壓籠型異步電動機(jī)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(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，變型、凹凸不平造成掃膛和振 動。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)實踐中我們認(rèn)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(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 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，還有引風(fēng)機(jī)由于擋板不 嚴(yán)電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動。因此，這些電動機(jī)啟動時要克服很大的阻力矩。
3.1 故障機(jī)理
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，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高壓電機(jī)中所遇到的 啟動籠銅導(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：對于啟動或運(yùn)行中經(jīng) 常冒火花的高壓電動機(jī)一般說來都有啟動籠銅導(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。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機(jī)全面檢 查啟動籠銅導(dǎo)體工作是非常重要的。在重焊處理時，應(yīng)注意全部更換啟動籠導(dǎo)體，要對稱交 叉焊接，不要從一個方向依次進(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，應(yīng)防止焊接處呈球珠狀外形。
3.3 對轉(zhuǎn)子斷籠分析
4 其他故障
主要表現(xiàn)為：電動機(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?，均會出現(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 。
［參考文獻(xiàn)］
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［2］ 許實章.電機(jī)學(xué)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.
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