7.7MW異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子故障分析與處理

邢迎春1裴 云趙念源

（1.大連海洋大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116300；2.武鋼股份公司，湖北 武漢 430083）

7.7MW異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子故障分析與處理

邢迎春1裴 云2趙念源2

（1.大連海洋大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，遼寧 大連 116300；2.武鋼股份公司，湖北 武漢 430083）

介紹了7.7MW異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡配重塊脫落的故障情況，對(duì)故障原因進(jìn)行分析，并對(duì)故障的診斷及處理方法進(jìn)行了探討。

異步電動(dòng)機(jī)；動(dòng)平衡；故障分析；處理

一、故障現(xiàn)象

某氮壓機(jī)配套的10kV異步電動(dòng)機(jī)功率為7.7MW，主電機(jī)由西門子制造，該電機(jī)在運(yùn)行過程中突然停機(jī)，故障顯示為差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，電機(jī)檢測絕緣發(fā)現(xiàn)電機(jī)三相繞組中每相各有一根引線對(duì)地絕緣為零。解體發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子上動(dòng)平衡配重塊固定螺栓斷裂，配重塊脫落，固定該配重塊的兩根螺栓斷裂，定子繞組燒毀，并有明顯劃痕。

二、轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡的原因及處理方法

目前動(dòng)平衡處理方式主要有影響系數(shù)法和諧分量法，其中影響系數(shù)法最常用，對(duì)于單平面，通過測量原始振動(dòng)、試加重量后振動(dòng)，計(jì)算影響系數(shù)，確定需要加（去）重的大小和角度，即在轉(zhuǎn)子上打磨去重或增加配重塊，通常的做法是在轉(zhuǎn)子允許面上打孔，然后用螺栓對(duì)配重塊進(jìn)行固定，如圖1所示。文中涉及的7.7MW電動(dòng)機(jī)所采取的就是這種方式進(jìn)行動(dòng)平衡處理。

三、故障現(xiàn)象及分析

通過對(duì)電機(jī)解體檢查，首先發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)側(cè)繞組已完全燒黑，同時(shí)在電機(jī)內(nèi)部發(fā)現(xiàn)斷裂的螺栓及配重塊殘片（圖2），將轉(zhuǎn)子抽出后，在轉(zhuǎn)子內(nèi)部找到了動(dòng)平衡塊脫落處的固定印跡（圖3），對(duì)定子進(jìn)行清洗后，可以清楚地看到繞組明顯被劃傷的痕跡（圖4）。

根據(jù)解體檢查情況判斷故障原因?yàn)椋弘姍C(jī)在運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子上的動(dòng)平衡配重塊固定螺栓松脫，導(dǎo)致配重塊自轉(zhuǎn)子上甩出后擊中定子繞組，在電機(jī)旋轉(zhuǎn)過程中摩擦定子繞組，從而造成定子繞組絕緣層受損，最終導(dǎo)致電機(jī)定子繞組匝間短路。

圖1 轉(zhuǎn)子及其動(dòng)平衡配重塊

圖2 斷裂螺栓及配重塊殘片圖

圖3 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡配重塊由此處脫落

圖4 繞組劃傷痕跡

電機(jī)設(shè)計(jì)及制造過程中存在缺陷，動(dòng)平衡配重塊防松措施不到位，是造成此次故障的直接原因。

四、故障處理

由于電機(jī)定子三相繞組絕緣均被破壞，必須整體更換定子繞組，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡處理，并對(duì)動(dòng)平衡配重塊進(jìn)行加固，以避免再次發(fā)生同類事故。為提高修復(fù)質(zhì)量，此次修復(fù)主要對(duì)繞組采取了冷拆法，真空壓力浸漆等工藝，保證電機(jī)修復(fù)后能長期可靠運(yùn)行，主要關(guān)鍵處理工藝如下。

1.測繪并記錄繞組有關(guān)技術(shù)參數(shù)

測繪繞組線規(guī)、匝數(shù)、槽數(shù)、跨槽距、接法及線圈外形尺寸；并與西門子提供的原始線圈圖紙進(jìn)行校對(duì)。

2.拆去舊繞組

舊繞組拆除最簡單常用的方法是火燒法，但由于定子鐵芯經(jīng)過火燒后會(huì)發(fā)生松動(dòng)變形，失去原來的機(jī)械配合，硅鋼片分子結(jié)構(gòu)也會(huì)遭到破壞，其導(dǎo)磁性能和氣隙磁密隨之降低，同時(shí)硅鋼片間的絕緣必定遭到破壞，導(dǎo)致渦流增大，鐵損增加，溫度升高，輸出功率下降。因此，為確保不損傷定子鐵芯，拆除舊繞組時(shí)不能采用火燒法，應(yīng)采用冷拆法，用直流電源對(duì)線棒加熱后直接拆除。

3.定子鐵芯清槽

清理鐵芯中剩余的絕緣材料，如定子鐵芯有損傷，對(duì)燒損處打磨，并用稀硫酸表面侵蝕后清洗烘干；定子鐵心槽形用槽樣棒整形，槽口處去毛刺。

4.鐵耗試驗(yàn)

試驗(yàn)要求按磁通1.2×104高斯，試驗(yàn)時(shí)間90min，用熱成像儀監(jiān)測鐵芯溫度，鐵芯最高溫升不超過20K，鐵芯齒部各部件溫差≤15℃。試驗(yàn)結(jié)果顯示：最高溫升16K，各部件最大溫差5℃，滿足規(guī)范要求，說明鐵芯情況較好。

5.重新制作安裝定子繞組線圈

鐵耗試驗(yàn)合格，確認(rèn)鐵芯無損傷后，重新制作安裝定子繞組線圈，按西門子圖紙標(biāo)準(zhǔn)要求，絕緣等級(jí)F級(jí)，主要技術(shù)要求如下。

（1）銅線選用玻璃絲包雙亞胺繞包扁銅線；線圈制作按西門子VPI整浸軟嵌成型線圈工藝規(guī)范，線圈拉型由進(jìn)口數(shù)控拉型機(jī)設(shè)定有關(guān)參數(shù)，自控頂弧。

（2）對(duì)地絕緣為F級(jí)粉云母帶與亞胺薄膜復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)；用自動(dòng)包帶機(jī)包扎對(duì)地絕緣。線圈防電暈處理；直線部分繞包低阻帶，端部繞包高阻帶。

（3）定子嵌線：將線棒嵌入鐵心槽內(nèi)，采用西門子專用層間墊條和磁性槽楔，槽楔配合緊密平整；繞組端部綁扎二重三道，線圈端部填充西門子專用膨脹性適型材料。

（4）繞組鼻子和過橋線連接處采用45%銀焊絕緣包扎和綁扎固定，按西門子工藝規(guī)范；嵌線時(shí)預(yù)埋繞組測溫元件PT100，每相2組，共6組。

6.烘焙固化

定子繞組制作嵌線完成后，采用兩次VPI（真空壓力浸漆）烘焙固化。VPI是指在真空及加壓狀態(tài)下將絕緣漆涂到繞組表面并滲透到內(nèi)部縫隙的過程，這種工藝處理不僅提高電機(jī)繞組絕緣性能、降低溫升、提高效率，還可以增加其機(jī)械強(qiáng)度，解決繞組在運(yùn)行過程中的松動(dòng)現(xiàn)象，防止短路等絕緣故障，提高防潮能力，延長電機(jī)使用壽命。

（1）預(yù)烘：將定子進(jìn)烘房預(yù)烘，加熱溫度至150℃。

（2）抽真空：在定子冷卻到≤40℃時(shí)，將定子吊入真空浸漆罐內(nèi)，抽真空≤100Pa，保真空4h。

（3）輸漆：使用F級(jí)6895#絕緣漆充分地浸沒繞組。

（4）加壓：分階段解除真空逐漸加壓，壓力加至0.6MPa，保持壓力4h。

（5）回漆、滴漆：吊出定子、滴漆2h。

（6）烘焙固化，定子進(jìn)烘房烘焙，溫度160℃，固化時(shí)間約18h，直到繞組絕緣電阻穩(wěn)定為止。

7.引出電纜線

采用后接線工藝更換引出電纜線，引線電纜采用F級(jí)硅橡膠絕緣電機(jī)引接線。

8.噴絕緣覆蓋漆

對(duì)定子鐵心表面和線圈端部噴8037#抗弧絕緣覆蓋漆。轉(zhuǎn)子清復(fù)保養(yǎng)：清洗、烘干，表面噴8037#絕緣覆蓋漆。

9.檢查校驗(yàn)

（1）對(duì)轉(zhuǎn)子平衡塊、風(fēng)扇所有連接螺栓緊力檢查，檢查籠條及導(dǎo)電環(huán)。

（2）轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡校驗(yàn)；動(dòng)平衡精度按國標(biāo)G2.5級(jí)，試驗(yàn)技術(shù)檢定記錄如表1所示。對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行整體動(dòng)平衡試驗(yàn)之后，對(duì)所有的動(dòng)平衡配重塊焊接加固，并進(jìn)行打磨防銹處理（圖5），以避免再次發(fā)生類似部件脫落事故。

表1 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)技術(shù)檢定記錄

圖5 動(dòng)平衡配重塊焊接加固

（3）軸瓦清洗檢查。該電機(jī)為端蓋式軸瓦，兩端軸瓦都有絕緣層，絕緣層結(jié)構(gòu)為哈夫式裝配式絕緣墊。對(duì)兩端軸承室進(jìn)行清洗，檢查密封圈，對(duì)軸瓦合金面檢查保養(yǎng)，并壓鉛測檢瓦隙。

表2 出廠試驗(yàn)主要項(xiàng)目報(bào)告

（4）冷卻器清掃保養(yǎng)，水冷卻器做水壓泄漏試驗(yàn)。

（5）電機(jī)總裝調(diào)試，全部溫控元件功能性檢查應(yīng)完好。

10.整機(jī)試驗(yàn)

按國標(biāo)GB755整機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)主要項(xiàng)目及技術(shù)要求如下。

（1）繞組冷態(tài)直流電阻的測定，三相直流電阻不平衡≤2%。

（2）測量繞組絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)。

（3）繞組匝間絕緣電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)沖擊電壓29 000V。

（4）交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓21 000V，耐壓1min。

（5）整機(jī)空載試驗(yàn)：全電壓運(yùn)轉(zhuǎn)后測量電壓、三相電流和損耗的測定，電機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)2h，檢查軸承溫度應(yīng)符合要求。電機(jī)振動(dòng)測試：振速≤2.8 mm/s。出廠試驗(yàn)主要項(xiàng)目報(bào)告見表2。

帶負(fù)荷運(yùn)行，電機(jī)振動(dòng)等各項(xiàng)參數(shù)與改造前基本一致，證明此次修復(fù)處理成功。

五、故障預(yù)防

由轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡配重塊脫落導(dǎo)致電機(jī)繞組燒毀的故障在工廠首次發(fā)生，因此在電機(jī)日常檢修過程中也并未引起重視，但是在送至西門子指定維修工廠檢修期間，了解到這種結(jié)構(gòu)的電機(jī)之前也發(fā)生過類似事故，因此在該電機(jī)正常運(yùn)行兩個(gè)月后，對(duì)另一臺(tái)同樣型號(hào)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)有配重塊松動(dòng)現(xiàn)象，為安全起見，對(duì)所有配重塊進(jìn)行加固后，并重新校核動(dòng)平衡，現(xiàn)在兩臺(tái)電機(jī)均運(yùn)行正常。

TM343

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1671-0711（2014）10-0054-03

2014-09-01）