西門子1120kW立式電機修復工藝技術研究

黎愛軍

（鋼集團工程技術有限公司，四川 攀枝花 617000）

1 電機損壞原因的分析

該電機損壞的主要原因是電機堵轉時間過長造成。堵轉時，電機的電流達到了額定電流的8倍左右，此電機采用自扇風冷卻系統，在堵轉的情況下是失效的。加之未設堵轉保護時間，電堵轉時間遠超廠家規定的時間，因此導致電機定、轉子的溫度急劇升高，最終使得轉子上籠籠條熔化，定子線圈在高溫作用下，絕緣失效，定子線圈接地放炮。

2 修復工藝技術研究

該電機為雙鼠籠異步立式電機。額定功率2240kW，額定電壓6000V，額定電流134A，頻率50Hz，轉速1485r/min，防護等級IP55。

相比國內電機，該電機單位體積容量大、起動轉矩大（國內同容量、同轉速的電機，重量達15噸，而該電機重近10噸）；同時電機的起動轉矩大，電機的設計起動時間為5秒，而國內同類型的電機的起動時間一般在15～25秒。由此可見，在設計、工藝、材料等方面有其特殊性，這給修復工作帶來了挑戰。

2.1 電機損壞程度的確定

采用磁化試驗檢測電機定子鐵芯。除了已明確轉子上籠籠條端部全部熔化損壞和定子線圈接地放炮外，其定子鐵芯在高溫下是否片間短路，如果片間短路，則還需要對定子鐵芯進行處理。為此，我們制定了定子鐵芯磁化試驗方案并進行了試驗。試驗數據如下。

（1）經計算：鐵芯平均周長 286．211cm，鐵芯截面積 874．38cm2，鐵芯體積 0．250257m3，鐵芯重量1952kg，勵磁線圈匝數5．15匝（取5匝），勵磁電流90A。

（2）試驗：勵磁電壓100V，勵磁電流76A，鐵芯損耗2100W（單位鐵損1．076W/kg）。

（3）鐵芯溫升試驗：鐵芯表面溫度無明顯的異常過熱點，最高點溫度與最低點溫度的溫差為2℃；鐵芯溫度穩定后與試驗開始時的溫差為12℃。

平衡條件：55 ℃，30 min；萃取頭解吸條件：250 ℃，3 min；萃取頭吸附條件：55 ℃，40 min；氣相色譜條件：進樣口溫度：230 ℃，質譜條件為四極桿溫度：150 ℃，離子源溫度：230 ℃，電離電壓：70 eV，方式為：EI，質量掃描范圍：20～500 u[13,14]。

試驗表明：定子鐵芯的溫升合格，鐵芯質量合格，符合國家相關標準。

另外，采用短路偵察器對電機轉子下籠檢測是否開焊、斷條；采用在機床上檢測是否存在嚴重的同心度變形等問題。通過檢測，定子鐵芯和轉子下籠不存在問題。

2.2 電機拆除工藝技術

西門子電機定子采用了真空壓力浸漬，其漆具有相當強的粘結力。為此，我們采用逐根拆除電磁線的辦法拆除線圈，對于殘留在槽內的絕緣漆，則采用旋轉銼削的辦法予以清除；制作專用銑削工具對籠條進行對半銑削、打出。

2.3 電機各部材料選用

對電機過電壓計算后，選用電磁線絕緣、匝間絕緣材料為亞胺薄膜和玻璃絲，主絕緣材料為聚酰亞胺薄膜少膠云母帶和環氧玻璃少膠粉云母帶。由于該電機的定子槽楔（我國無這類的磁性槽楔材料）較國內電機厚度少近二分之一，為了保證定子槽楔的強度、提高電機的起動轉矩，經計算確定：采用高強度環氧玻璃絲布板、取消磁性槽楔（電機噪音和振動會略有增加，空載電流增加約0．8A，但不會對其安全運行構成威脅。起動轉矩提高7%左右。）

從外觀、顏色等特征看，該轉子上籠籠條材質與國產籠條材質明顯不一樣。為此，我們對該籠條進行了電阻測試、抗拉強度試驗、屈服強度試驗和光譜分析儀掃描分析，確定了其化學元素的構成（接近Qsn7-0．2錫磷青銅）。結合該電機的各項技術參數，對其起動轉矩、籠條的安全性能等進行了核算，在國內某公司特制了轉子上籠籠條材料。

2.4 電機部分結構改進設計

由于西門子電機的絕緣相當薄，其匝間絕緣材質和結構無法確定，而且我國絕緣材料的電氣強度達不到國外技術要求，加之電機的槽滿率高，為了保證絕緣的電氣強度，我們根據電機現場工況，核算其相關電磁參數后，認為可以通過減小20%導線截面積，提高絕緣的耐熱等級等措施，增加線圈的主絕緣和匝間絕緣厚度，以保證線圈絕緣的電氣強度。電機原電磁線線規2．80×4．75，改后線規 2．6×4．10。為了確定匝間絕緣結構，我們對電機線圈匝間的最大過電壓值進行了計算，其值達2991V。根據匝間最大過電壓值和相關國家標準，受槽滿率高的影響，選用雙玻璃絲包雙層亞胺薄膜線的匝間絕緣結構，雙邊絕緣厚度0．45mm，電磁線絕緣結構為SBEMB-45/180-2YF1。為了提高主絕緣的電氣強度和耐熱等級，采取對線圈主絕緣半迭包6層少膠云母帶，與電磁線接觸的頭2層云母帶采用H級亞胺增強少膠云母帶，并對定子線圈絕緣采取防暈處理。

采取縮短線圈的端部長度、直線寬度等措施減小線圈的漏抗，提高電機的起動轉矩。

轉子上籠的結構設計：一是由于轉子短路環已掉落，其上籠籠條長度無據可查，通過核算，重新確定了上籠籠條長度。二是原電機的上籠短路環與上籠籠條是采用高頻快速焊接（T形），采用端環銑沉孔的辦法，形成人工溶池，保證短路環焊接質量。三是在轉子上部均布的4根上籠籠條上，加裝了同材質的4根銅管，防止籠條（立式電機）在運行過程中下滑。

2.5 電機匝間絕緣處理工藝和焊接工藝

先采用D005漆作為匝間絕緣膠化漆，在線圈直線部位浸完D005漆2小時后，采用1/2～1/3疊包包扎0．03mm聚四氟乙烯薄膜脫模材料，入模膠化成型；線圈在170～190℃的條件下，對線圈進行匝間模壓；采用脫模帶直接作為保護帶；對電機定子采用VPI真空壓力浸漆。

上籠籠條的材質為錫磷青銅，短路環的材質又為紫銅，焊件是不同材質。焊接前，我們制定了詳細的焊接工藝（進行了評定），保證了焊接質量。

2.6 電機施工相關工裝

由于轉子上籠短路環需要利舊，且上籠短路環已經沒有任何加工余量，因此需要保證在焊接時上籠短路環與轉子軸心線同心。為此，我們設計了電機轉子短路環精準定位裝置，保證了上籠短路環與轉子軸心線同心度的要求。

2.7 電機相關保護參數

結合所使用材料性能和電機相關技術參數，進行了相關計算后，我們給出了電機的保護參數。

溫度保護值：定子線圈報警值145℃、跳閘值155℃；軸承報警值90℃、跳閘值95℃。

電機堵轉時間保護：堵轉時間不得超過1．5秒（原系統中沒設置）。

正常運行時電機的過流保護：按相關國家標準。

啟動瞬間時的過流保護： 按額定電流的8～9倍進行設定。

達到5秒啟動時間時的過流保護： 按相關國家標準。

3 應用效果

（1）電機修復后、出廠前，電機進行了定子繞組工頻耐壓試驗、定子線圈匝間絕緣耐壓試驗、定子繞組絕緣及吸收比測試、定子繞組直流電阻測試、短路試驗、空載試驗、短時升高電壓試驗、振動值測量（負荷端）以及定子繞組及軸承溫度測量，各項指標均符合國家標準要求。

（2）電機帶負荷的運行狀況。2012年12月15日，該電機修復后正式投入運行，至今運行狀況良好。2014年3月29日，我們到該電機的運行現場進行回訪，現場數據（視頻）顯示：3#塔磨機電機的電流比1#和2#塔磨機電機分別只大了4．2A和0．9A，最高溫度分別只高了5．1℃和7．3℃，完全滿足生產需要。

（3）形成的技術成果。我們總結該電機修復系列新技術和新工藝，成功申請了兩項發明專利和一項實用新型專利（《電動機轉子籠條及電動機轉子》、專利號：2013 1 0752939．9；《轉子籠條和短路環的焊接方法》、專利號：2013 1 0752068．0；《一種電機轉子短路環精準定位裝置》、專利號：2013 2 0882027．9）。