大型立式電機常見故障分析及處理

陳文杰，史濟方

(上海上電電力工程有限公司，上海 200090)

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大型立式電機常見故障分析及處理

陳文杰，史濟方

(上海上電電力工程有限公司，上海 200090)

在目前裝備有600 MW及900 MW機組的大型火力發電廠中最常見的大型立式電機多為循環水泵電機，且多是YLKS(空水冷卻)型及YKSS型(空空冷卻)系列電機,介紹了YKKL型電機運行過程中所遇見的如振動大、瓦溫高、有異聲等異常情況，分析處理。

大型立式電機振動溫度異常分析處理建議

1 YKKL型電機概況

YKKL型電機為懸垂立式安裝，由定子、轉子、上機架、下軸承室等組成。上機架與定子端蓋為可分離式結構。上機架內裝有上軸承、推力盤和油冷卻器。上軸承采用上導及推力式滑動軸承(表層嵌有減摩特性的巴氏合金面)，推力盤與副軸伸套裝后用卡環將兩者夾緊，吊住整個轉子。下機軸承室內裝有下導軸承(圓柱滾子軸承)和不停機加、排油脂裝置。轉子采用籠型結構，籠條和短路環采用中頻焊，焊接牢固。定子鐵心為外壓裝結構，繞組采用F級絕緣和防暈材料，并進行真空壓力浸漬F級無溶劑漆(VPI)工藝處理，具有優良可靠的絕緣性能和防潮、抗沖擊能力。電機主出線盒為密封結構，防護等級IP55，盒內有單獨的接地端子。該電機的冷卻器設計成新型的高效節能空空冷卻器。冷卻器箱體由鋼板焊接而成，冷卻管采用鋁管，沿電機軸向方向布管。冷卻器外帶軸流風扇，安裝在冷卻器上端，將冷卻管內熱空氣抽出，電機的內部空氣由內風扇進行循環，根據交叉氣流的原理，通過鋁管壁進行熱交換，使熱空氣冷卻，冷卻風再由壁板通風孔、鐵心通風孔、轉子幅板、氣隙進入定子鐵芯、轉子鐵心、繞組，外風扇攪動電機外面的冷空氣通過冷卻器帶走熱空氣，依次循環以達到很好的冷卻效果。

2 YKKL型電機運行過程中的故障現象

2.1 電機振動

江蘇大唐集團呂四港發電廠裝備有8臺YKKL3100-16/2150-1W型電機。分別對其中的5臺進行過解體檢修，在檢修完成后進行空載試運轉，其中4A電機存在著上機架徑向振動不穩定且偏大。用數字測振儀VA-63a測得上機架東西側振動為0.014 mm(合格)，南北振動為0.025～0.040 mm(偏大且不穩定)。人站在電機頂部能明顯感覺到間歇性震感，特別是振動飄至0.040 mm時尤為明顯。將手貼在上油室壁能感覺到有輕微的撞擊聲。連續運行2小時上述異常并無減弱，反倒有加重趨勢(徑向振動最大達到了0.045 mm)，遂決定停機檢查。

2.2 上導瓦溫度偏高及燒瓦

呂四港4B電機解體檢修后，空載試運振動情況正常(上機架測得振動≤0.02 mm)，但導瓦溫度比修前要高。修前重載及修后空載溫度見圖1、圖2?？梢娫撾姍C在修前重載運行中其導瓦溫度最高僅為46.8℃，而修后空載已經達到50.5℃。由于當時沒有引起足夠的重視導致第二天重載試運時15分鐘就燒毀了所有上導瓦(見圖3)。遂打開上油室進行檢修。

圖1 修前重載溫度圖示

圖2 修后空載溫度圖示

圖3 重載試運15分鐘后上導瓦燒毀溫度圖示

3 故障原因分析及解決

3.1 電機振動偏大且不穩定

3.1.1 電磁方面引起振動的原因

(1)氣隙動態偏心引起電磁振動

氣隙偏心的位置向對定子鐵心是不固定的，但相對轉子鐵心是固定的，所以偏心的位置會隨轉子的轉動而轉動。氣隙動態偏心產生電磁振動其表象特征為轉子旋轉頻率和定子磁場旋轉頻率的電磁振動都可能出現；電磁振動的振幅隨時間變化而脈動。但由于4 A電機在修前空載運行時，東西、南北向振動均≤0.02 mm，解體后也對轉子籠條進行過檢查，沒有斷條，虛焊等現象。同時該轉子還上車床進行過各軸檔的校調，同軸度均≤0.03 mm。故排除由轉軸彎曲、轉子鐵心與轉軸或軸承不同心、轉子鐵心不圓所造成的氣隙動態偏心而引發電磁振動的可能。

(2)氣隙靜態偏心引起的電磁力

電機定子鐵心的中心線與轉子軸心不重合時，定、轉子之間氣隙將會出現偏心現象，偏心固定在一個位置上，氣隙偏心誤差不超過氣隙平均值的上下10%是允許的，但過大的偏心值產生很大的單邊磁拉力。氣隙靜態偏心的表象特征為電磁振動頻率是源頻率的2倍；振動隨偏心值的增大在增加。由于該類型電機的結構是驅動側安裝有一套NU1052/C3的圓柱滾子軸承(軸承工作油隙0.012～0.016 mm)，上油室內則安裝有一套在裝配是SMZ-15-250-8AK整體立式滑動推力軸承，由于驅動側直接由軸承定位定轉子中心，純在的中心偏差可能會是由軸承的油隙、軸承外圈與軸承室的配合間隙以及軸承室與下端蓋之間的配合間隙累計而成。但此次解體檢查時都經過測量，所有間隙累計后不會超過0.3 mm，相對于該電機定轉子氣隙單邊2.5 mm計，絕對不會超過平均值的10%。但是電機非驅動側中心則是可以調整的，調整中心以往參照的都是以推力盤的外徑與導瓦支架內壁四個方向的距離一致(偏差≤0.02 mm)為準。事后分析，雖然轉子驅動端中心已定，非驅動端的中心也已經調整，但如果該電機在裝配過程中或是出廠時，導瓦支架的內壁中心與下軸承室中心的同軸度偏差較大的話會造成轉子傾斜可能。所以停機后從電機上部用1 000 mm塞尺測量定轉子四個方向的間隙分別為：東西2.40 mm、2.35 mm，南北1.95 mm，2.0 mm。從數據上分析，會造成東西、南北數值不一致有三種可能見圖4：一是轉子傾斜，二是轉子鐵心橢圓，三是定子鐵心橢圓。由于轉子是上車床校驗過的，故可以排除轉子鐵心橢圓。而從電機下方檢測孔內用塞尺自下而上測量四個方向間隙分別為：東西2.35 mm、2.30 mm，南北2.25 mm，2.20 mm，從而排除定子鐵心橢圓的可能。解開聯軸器，測量聯軸器張口：南張0.10 mm、東西0.02 mm，如圖5所示。因此判定該轉子南向北傾斜，南北向氣隙不均，可能會導致電機振動。

圖4 振動隨偏心值增大的三種可能

圖5 聯軸器張口

3.1.2 機械方面引起振動的原因

(1)轉子不平衡產生的機械振動由于制造誤差、安裝偏心或材料與結構形狀等原因，很難使電機轉子各橫截面上的質量中心都剛好落在旋轉軸線上。旋轉產生的離心力將使電機產生振動；電機轉子質量分布不均勻，產生重心位移，與轉子中心不同心；聯軸器、推力盤及冷卻風扇不平衡(由于制造誤差，風扇風葉部位幾何尺寸大小不均及其橫截面質量中心都偏離旋轉軸線，風扇旋轉產生的受力不均和離心力都將使電動機產生振動)；冷卻風扇與轉子表面不均勻積垢。由于該電機轉子在檢修的過程中上平衡機校過動平衡，原始不平衡量兩端分別為1.2 kg及780 g，通過增加平衡塊使得該轉子兩端的剩余不平衡量分別為39 g及78 g精度已超G2.5級。且在進行轉子動平衡校驗時將聯軸器、推力盤及風葉都安裝在轉子上，可排除轉子及其附件不平衡產生振動的原因。

綜上所述，該電機振動的主要原因還是來自轉子傾斜導致氣隙靜態偏心引起單邊磁拉力引起的，這也很好的解釋了為什么油池內部會有輕微的撞擊聲。根據制造廠的標準，單邊導瓦間隙一般是0.08～0.12 mm，但是從南北向氣隙及聯軸器開口方向來，看該電機偏心約2.5-1.95/=0.55 mm，約大于4倍導瓦間隙，所以電機通電后在電磁拉力的作用下，該電機的轉子有一股由北向南的電磁拉力，但由于導瓦限制了該電機轉子移動，因此會產生推力盤撞擊南面導瓦塊的聲音。

3.1.3 解決方案

松開所有導瓦，在推力盤南面架一百分表，將轉子自北向南用頂絲頂約0.50mm，收緊所有導瓦(此時導瓦單邊間隙約為0.02mm)，盤動轉子一周，從電機頂部檢測空測量定轉子間隙分別為：東西向2.40 mm、2.25 mm，南北向2.25 mm、2.30 mm。張口方向東張0.03 mm，南張0.02 mm。再次松開所有導瓦，東面架一百分表，將轉子自西向東頂約0.10 mm，收緊所有導瓦，盤動轉子一周，測得間隙分別為：東西向2.35 mm、2.30 mm，南北向2.25 mm、2.30 mm。再次基礎上復測推力盤外徑至導瓦支架內壁四點距離分別為：東西向5.25 mm、5.28 mm，南北向4.80 mm，5.75 mm，由此可見，該電機在制造過程中，導瓦支架中心與下軸承室的中心南北向同軸度偏差約0.5 mm，由此使得以推力盤外徑與導瓦支架內壁找正中心出現了較大的誤差。完全裝復后，空載試轉電機上機架東西、南北向振動分別為：0.014 mm，0.016 mm，滿足使用要求。

3.2 上導瓦溫度偏高及燒瓦

3.2.1 由導瓦間隙過小引起

4B循泵電機燒瓦前該電機空載溫度比檢修之前的重載溫度還要高出去多，翻看修后數據該電機的導瓦間隙調整為單邊0.08 mm，通常電機廠給出的標準為0.08～0.12 mm，為此經過討論決定將換上新瓦后的間隙調整至上限單邊0.12 mm(舊瓦因損壞嚴重，不做修整，見圖6)。電機裝復后，再次進行單機試運轉，試轉溫度分別為：43.8℃、45.1℃、46.7℃、46.1℃(以DCS上測點的順序進行排列)，空載導瓦溫度雖然就先前試轉要低出少許，但還是偏高。由于電廠正值迎峰渡夏，急需該電機，故決定次日聯泵重載，重載20分鐘，2號測點溫度已經升至55.3℃且上升速率還沒明顯放緩。電廠運行決定立即停機。但由于沒有條件徹底解體檢查，所以還是決定采取臨時措施。從測溫元件上顯示出來導瓦2，3測點溫度較高(55.3℃，51.5℃)且對應的導瓦編號分別為5號、7號。由于6號瓦上無測點，根據現象判定6號瓦溫度也應較高。故決定將該轉子向6號位推0.10 mm(頂2號導瓦)。最終該電機重載運行24小時后導瓦溫度分別穩定在：53.5℃、50.6℃、54.9℃、54.8℃，由此可見導瓦與推力盤之間的間隙的大小與導瓦溫度沒有明顯關聯。

圖6 損壞嚴重的舊瓦

3.2.2 由導瓦缺油引起

4B循泵電機8月1日下午投運，至8月28號11：00因冷油盤管漏水而停機。從投運至停機的這28天里，這臺電機的上導瓦溫度始終偏高，特別是3，4號測點的導瓦溫度在最接近冷油水管漏水之前的時間里達到55.05℃和55.69℃。且通過近一個月來的溫度監測發現，這臺電機的導瓦溫度對外界環境及冷卻水溫的變化的并不敏感(通過對同時間點內該電機導瓦溫度與其他幾臺循泵電機的導瓦的溫度變化以及該電機的導瓦溫度與自身推力瓦溫度的變化反映得出)。在DCS上翻看運行記錄，發現該電機于8月25號晚間發現盤管漏水至28號11：00停機的這段時間里，電機的導瓦溫度有了明顯的變化，見表1。

表1 電機導瓦溫度變化 ℃

從表1可以看出，從8月25日發現冷卻水管漏水至8月28日停機之前，導瓦溫度總體呈下降趨勢，究其爆管之后的工況變化無非是兩點,一是油位上升，二是冷卻水進入油池后使得油質發生變化。但后者會使油產生乳化，乳化后的潤滑油的粘度將會降低，軸與瓦之間的油膜厚度減小，造成直接摩擦，瓦溫應該上升。所以就我個人分析來看，油位的升高很有可能是造成導瓦溫度下降的原因。通過查閱相關資料發現，電機在運轉過程中，油池的中心位置油位要大大低于周圍，原先加油的高度為制造廠給出的標準，即導瓦中心位置，但由于種種原因導致該電機在此油位運行時，導瓦的上半部分沒有油膜建立，形成半液潤滑，熱量無法及時帶走，使溫度一直穩定在高位，甚至隨著時間而慢慢的爬升(1天約0.5℃)。所以該電機導瓦燒毀且之后溫度適中居高不下的主要原因是缺油造成的。

3.2.3 解決方案

該電機在油池的中心位置有一油堰孔，主要作用是防止電機運行時機油倒灌進電機定子之內。況且如果油室內油加的過于多也會導致冷卻水的冷卻效果變差。為此不能無限制的提高油位。翻閱圖紙找出了極限油位即略低于油堰孔的位置。但事實上電機在運轉時，油溫會升高，油位也會升高，最終通過靜止時油位及重載運轉時油位的比較，決定再原有的高度上再升高4公分。實踐證明這次處理的方向是正確的，投運之后的導瓦溫度見圖7。最高溫度僅為46.7℃。

圖7 故障消除后的導瓦溫度圖

4 結語

該類型的電機在檢修之后最常見的問題就是振動大、溫度高。當檢修人員在進行解體前一定要重視對修前運行狀況的了解。在清理、檢查的過程中，也要根據實際情況進行非常規的檢查(轉子校調及動平衡等)，只有這樣才能在檢修完成之后萬一發生問題時，能有效排除各種干擾因數，找出真正的原因所在。

[1]胡虔生.電機學[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]劉景峰.電機檢修[M].北京：中國電力出版社， 2005.

[3]成大先.機械設計手冊[M].北京： 化學工業出版社，2008.

[3]中國大唐集團公司.600 MW火電機組系列培訓教材[M].北京：中國電力出版社，2009.

(本文編輯：楊林青)

Common Fault Analysis and Treatment for Large Vertical Motor

CHEN Wen-jie, SHI Ji-fang

(Shanghai Shangdian Electric Power Engineering Co., Ltd.，Shanghai 200090，China)

The large vertical motors are commonly the circulating water pump motors in large-scale thermal power plants equipped with 600 MW and 900 MW units, particularly the series of YLKS (air/water cooling) and YKSS (air/air cooling) motors. This paper introduces the operational anomalies common to YKKL motor, such as high temperature, vibration and noise, and presents the corresponding treatment recommendations.

large vertical motor；viberation; temperature; anomaly analysis; treatment recommendations

10.11973/dlyny201506034

陳文杰(1962)，男，高級工程師，從事電力企業技術管理工作。

TM33

A

2095-1256(2015)06-0890-04

2015-10-17