淺談火電廠高壓電動機的故障處理

摘要：在火力發電中，電動機運行常常會出現很多的故障，本文就火電廠電動機運行故障及處理的相關問題進行了簡要的闡述和分析。

關鍵詞：高壓電動機 轉子斷條 故障分析 應對措施

0 引言

全國大型火力發電廠廠用高壓電動機故障中轉子斷條及由此引起的電機燒毀事故占電機故障的80％，經濟損失也最大，不僅嚴重影響了電廠的安全生產；也給國家造成重大經濟損失。因此解決高壓異步鼠籠斷條問題是大型火電廠長期存在的主要生產問題之一。

1 轉子斷條原因分析

電機轉子頻繁發生斷條，是轉子受各種應力作用且應力超過了籠條所能承受的極限或是交變應力的長期作用使籠條發生疲勞的結果。主要有以下幾方面的原因：

1.1制造工藝產生的應力和啟動時交變應力籠條之間產生的較大溫差是焊接質量不穩定造成的，由于焊接質量不良，引起籠條熱膨脹有差異；另外籠條在啟動過程中具有集流效應，使籠條電流大都集中在槽口，引起籠條上下之間有很大的電流密度差，端環中強大的啟動電流使之發熱產生徑向位移，籠條產生背離轉子中心的彎曲應力。由于籠條鐵蕊沖孔工藝差異使籠條在嵌裝時松緊程度不一樣，當籠條在槽內存在徑向間隙時，則籠條上的徑向振動力會傳遞給端環。由于各籠條的電流相位不同，傳遞給端環的振動力會使端環產生扭曲，受力最大部位是籠條的焊接處，而此處是鼠籠結構最弱點。由于熱傳導性能差異使各籠條間產生不均勻的溫升，造成各籠條間不同的軸向位移而使籠條產生軸向的拉應力，使籠條電磁振動。特別是在電動機的啟動的瞬間，振動幅值達到最大值，是正常運行時的50～60倍，頻率為100Hz，振動隨著轉速的升高和啟動電流的增加而增大。

1.2負載變化使鼠籠條產生切向交變應力籠條在槽內有一定的間隙，轉子鐵蕊和與它保持一定距離的端環共同構成一個扭振系統，運行中由于負載變化，例如鋼球磨煤機內的煤和鋼球由于重力作用向下堆積，而磨內上部的煤和鋼球重量最少，這樣磨煤機轉動力矩經常變化，電動機轉動阻力矩也是變化的。這樣使籠條與端環的連接部位受到很大的切向彎曲應力，尤其當原動機的轉動阻力矩擺動在共振區附近時，其應力會達到最大，危害也最嚴重。

1.3制造和焊接工藝差國產鼠籠電機籠條與端環之間的焊接質量較差，焊縫夾渣，焊縫高低不平，更為落后的是籠條與端環之間的連接是平面接觸后在內側焊接，焊接時不注意控制溫度，使焊口附近的材料因過熱變形，并產生應力，機械強度降低，焊口附近又是應力最集中和宜發生斷條的部位。國內焊接工具大多采用氧焊，而不像國外采用氬弧保護焊接和高頻或中頻焊接先進技術，焊接時先將端環預熱，焊后保溫冷卻，消除熱應力。

1.4誤操作連續二次以上啟動鼠籠型異步電機在冷態下啟動一次，籠條和端環的溫度會達到很高，第一次啟動不成功，應隔2h后才能進行第二次啟動。若運行操作人員不注意在短時間內連續第二次甚至第三次啟動，籠條和端環的溫度就會達到不能允許的程度，機械強度嚴重下降，發生焊接處開焊和斷條事故。

1.5斷條后檢查不及時和檢修質量差鼠籠型電機斷條很難查出，斷條很少對電機的正常運行影響較小，沒有明顯特征而難以發現，只有很有經驗的運行檢修人員能從電機輕微異常聲音中判別出來。一旦發現冒火，振動，噪聲增大，轉速下降等異常時，斷條已經很嚴重了。籠條斷條后，斷條中仍有電流，其電流經兩側鐵心流入相鄰的籠條中，這樣既增加了相鄰籠條的負擔，造成相鄰籠條斷裂，又會燒壞轉子鐵心。斷條在離心力作用下甩出槽口刮傷定子造成定子接地短路，許多電機就是這樣燒壞的。修理電機斷條故障時，對修理工藝質量不重視，尤其是焊接工藝，由于采用氧焊，焊接溫度高，使焊口附近的材質變脆，機械強度下降。另外焊接不預熱，焊完后不保溫，熱應力無法消除使籠條與端環產生應力變形，并使熱應力集中在焊接處。重復修理電機將使轉子槽孔增大，而新換的籠條又是原尺寸。故檢修后籠條在槽中的氣隙增大而松動，造成振動增大，電場強度分布不均，修后的電機質量較差。

2 防止鼠籠型電機籠條斷條和開焊的措施

2.1加固籠條伸長部位或采用楔形籠條對籠條伸出較長的電機在兩端伸長部位補焊一短黃銅條，一端焊在端環上，一端頂在鐵心上。將短銅條與原籠條平面焊接在一起，這樣可防止籠條在運行中竄動，同時一旦籠條與端環連接外開焊，也會由于短銅棒與原籠條焊接在一起而不會由于離心力甩出刮傷定子線棒造成相對地短路燒毀定子的事故。

2.2改造端環與籠條連接方式排粉風機電動機頻繁斷條后，將端環平面上開一矩形孔并將籠條加長伸進端環外側，采用兩端焊接可以延長轉子使用時間。對磨煤機的端環采用適當增大幾何尺寸，將凹形槽的凹槽深度加深，更多卡住籠條伸長部位。這樣不僅提高了端環的機械強度，而且降低了端環的啟動電流密度，對防止斷條是有效的。對籠條伸出過長的電機轉子在籠條外側和端環內側加焊一根30×4mm紫銅板三面焊接，形成一條加強筋，既增加了端環的幾何尺寸，又縮短了距鐵心的距離。

2.3選用梯形鼠籠型電機電動機與機械選配的容量比應大于1.3，費用雖然大一點，但這些費用在長時間發電和無須更換籠條及斷條造成燒毀電機費用中早已收回。若在基建選型時對水泵，風機制造廠配套電機選用高啟動力矩和梯形籠條使容量比大于1.3以上，可以避免電廠頻繁斷條所造成的巨大的經濟損失。

2.4對在籠條伸長部位用無緯環氧玻璃繩綁扎的評前幾年鼠籠電機發生斷條時，就在JSQ-700kW系列鼠籠型引風機電機上采用在籠條伸長部位用無緯環氧玻璃繩交叉綁扎技術，然后涂刷環氧樹脂固化辦法，運行一段時間后又發生斷條現象，解體檢查發現無緯環氧繩與籠條的結合面被高溫烤焦松動，斷條后無緯玻璃繩仍舊擋不住因離心力甩出的斷條而刮傷定子線棒，這是因為籠條在啟動時溫度高于200～300℃，而環氧無緯玻璃繩最怕高溫，熱積累逐步將無緯環氧玻璃繩與籠條的結合部烤焦碳化而松動失去緊固力。所以除非采用耐高溫的固化劑，否則只能將斷條的時間間隙稍為延長一點而并不能杜絕斷條和斷條后籠條因離心力甩出刮傷定子線棒的事故頻發現象。

3 定子線棒損壞情況及修理

電廠鼠籠型電機定子損壞故障時有發生，‘這類故障是由于轉子籠條甩出后刮傷定子線棒。大型電機端部在極相組連接處發熱短路事故也時有發生，故障點主要在定子線圈極相組連接引出線接頭處，發生的時間在投運后不久啟動中。電機廠給水泵電機發生第一臺極相組連接線燒斷時，便將全部極相組連線導線截面積增大，并對另外3臺給水泵電機全部返工補焊處理，運行至今未發生燒斷現象。

4 軸承質量問題

軸承質量故障占電機故障比例很高，關鍵問題是軸承質量差，壽命短，有時剛換上去運行不久就發生振動和發熱。這表明國產軸承材質硬度低，熱處理工藝不過關，運行一段時間后，軸承間隙增大，造成電機振動，使籠條振動加大，引起斷條。另外Y系列電機軸承端蓋鋼板太薄，沒有加強筋，鋼性差，造成振動使軸承損壞，更換軸承周期短，電動機大修周期一般為2～3年，檢修規定要更換軸承，即使軸承質量好的也要換掉，這樣軸承拔出次數過多使軸頸外徑變小，造成軸承跑外園發熱燒軸承。

而磨煤機軸承按制造廠說明書標定壽命可達10萬h，運行10多年從未更換過軸承，也沒有發生過軸承損壞現象，大修時只是將潤滑油進行更換，可見軸承的質量非常關鍵。