高壓電機轉子鐵芯膨出故障與處理

范孟湘

(大唐環境產業集團股份有限公司三門峽項目部，河南 陜縣 472100)

0 引言

高壓電動機是發電廠的重要電氣設備之一，由于高壓電動機具有額定電壓高、功率大、應用范圍廣、所帶負荷重要等特點，往往運行中一旦出現故障，會對發電機組正常運行造成很大影響，甚至造成非計劃停機等嚴重后果[1]。電動機運行中損壞的原因與出廠質量、運行環境、運行情況、日常檢修維護、使用時間等有直接關系[2-3]。本文對電動機轉子故障及維護進行分析，僅供處理故障時參考。

1 大型高壓電機檢修存在的問題

在運行中發現增壓風機電機冷卻風罩與電機結合面處向外冒煙，運行人員聯系緊急停運增壓風機。對風機、電機軸承溫度、振動、線圈溫度、電流等歷史參數調閱和比對分析，均未發現異常。對電機驅動端、非驅動端軸瓦進行解體檢查未見異常，打開電機前后端蓋及定子頂部蓋板檢查電機內部鐵芯、線圈等未見明顯異常。測量電機絕緣、直阻測量合格，電機進行耐壓試驗合格，某發電廠增壓風機主要參數見表1。

為進一步查找故障原因，決定進行對電機進行抽轉子檢查。由于升壓風機電機自重39 730 kg，頂部檢修葫蘆最大起重量為16 t。風機電機抽轉子受到限制，據現場實際情況，需采用拉電機定子的方案進行檢修[4]。具體方法如下。

在電機風葉端基座處安裝2根#30工字鋼加長基座，長度為4 000 mm，寬度為308 mm。2根工字鋼之間用#10槽鋼連接加固，并將加長基座用水平尺找平、找正，并在末端焊接2只吊環，用于將電機外殼向后移動。在工字鋼上平面焊接上寬60 mm厚5 mm的扁鋼，并涂抹黃油，利于電機定子外殼順利向后滑動。將對輪端用鋼架固定，后端將外風葉輪轂拆除。選用φ325×10厚壁無縫鋼管，且對管口加固，套于風葉軸上。形成加長軸。在加長軸末端用鋼支架固定，翻出軸瓦。拆掉前軸承端蓋放于對輪支座處固定。將內風扇葉輪拆除，固定在電機殼內，防止碰傷繞組。拔出電機定位銷，拆掉固定螺釘。在加長基座末端吊環處掛上2只5 t手拉葫蘆，并連接電機外殼，緩慢拉動電機外殼，并注意保持平衡，動靜氣隙。檢查修理后,利用原基座起重點,拉回電機外殼,觀察定位銷孔,就位后,安裝風葉,端蓋,回裝軸承,調整氣隙中心,恢復電機原始狀態。

表1 某發電廠增壓風機電機主要參數

電機解體后檢查發現電機定子、轉子中間段部位有摩擦掃膛痕跡，定子膛內七點鐘方向部位摩擦痕跡較重。進一步檢查發現轉子有2根鼠籠條從端部與短路環聯接焊縫有開焊現象，并有松動；定子鐵心與機殼焊接位置開焊4處；轉子鐵心緊固螺絲開焊6處，鐵心與支撐筋有開焊現象，掃膛部位通風槽堵塞。轉子鐵心用百分表測量發現，掃膛部位通風槽堵塞，大部分鐵心有膨脹突出(以下簡稱膨出)現象，如圖1所示。掃膛部位膨出最大2.2 mm，未掃膛部位膨出在0.8～1.3 mm之間。經測量，線圈絕緣、直阻合格。定子鐵心溫升試驗結果：溫升15 ℃，溫差45 ℃，最高溫度80 ℃(磨損部位)，最低溫度35 ℃(正常部位)，嚴重不合格。

2 電機轉子故障原因分析

對電機的解體詳細檢查，電機異常的原因如下。

圖1 某高壓電機鐵芯膨脹突出故障

(1)直接原因是電機轉子鼠籠條端部、加強筋開焊，電機轉子存在較大彎曲，電機中間部位氣隙超差，電機運行過程中鐵芯逐步松動、造成螺絲開焊，鐵心膨出，膨出(轉子鐵芯中間部位膨出最大2.2 mm)超出定轉子鐵心間隙時，發生定、轉子掃膛故障。

(2)電機轉子在制造過程中存在工藝缺陷，轉子鐵芯與內部加強筋只在轉子兩端焊接，中間部位沒有焊接，轉子大部分鐵心有膨出現象。

(3)高壓電動機啟動頻繁，其啟動電流是籠條額定工作電流的數倍。電流熱效應使籠條迅速發熱，使其機械強度下降，導致籠條斷裂。

(4)增壓風機電機轉子鐵芯質量12 t，由于剛性的因素，轉子中間部位是薄弱部位，有下沉的可能。

3 解決措施與效果

對電機定子鐵芯與機殼結合處補焊，電機定子鐵芯與機殼結合處全部進行焊接(之前只有點焊并未滿焊)，保證電機定子鐵芯與機殼接觸牢固；電機通風槽修復及清洗烘干；確定好電機轉子尺寸，利用車床將電機轉子膨出部位鐵芯車削加工處理，將轉子鼠籠條補焊，轉子鼠籠條兩端開焊處加固；固定螺絲進行補焊加固；驅動端和非驅動端軸瓦修復，轉子鐵芯與支撐筋全部加固焊接，定、轉子清洗烘干；真空壓力浸漆。

轉子彎曲度檢查；轉子動平衡試驗初始不平衡量首端56 g，末端69 g，動平衡試驗剩余不平衡量首端8 g，末端9 g；定轉子鐵芯酸洗處理；溫升試驗；定、轉子噴高阻絕緣覆蓋漆；定子線圈耐壓9 kV試驗通過，直流泄漏合格，整體回裝。直流電阻測量值符合相關要求，電機空載試運合格，帶負荷投運正常。

4 防止電機轉子膨出故障的檢查

(1)為了避免運行中轉子與定子摩擦，必須定期檢查電機定子與轉子間的氣隙(電動機兩端端蓋各有3個測量孔)，最大氣隙與最小氣隙之差與平均值之差不應大于平均值的±5%(3 mm以上)。

(2)檢查出線盒的密封是否良好，發現密封膠圈、密封墊老化應及時進行更換；定期檢查電源電纜在出線盒入口處是否固定牢固，無晃動磨損現象，發現固定不牢的應及時加固；定期檢查電源電纜接頭或接線柱接觸是否緊固，電纜接頭和接線處是否有燒傷現象，出現以上現象，應及時停運檢查和更換。

(3)焊接轉子使用成型裸銅導體，籠條兩端與裸銅端環焊接形成繞組回路。籠條的截面分為圓形、矩形、楔形等各種形式，籠條端環采用鉆孔后與對應銅條焊接。有些電動機沒有鉆孔，只是表面進行焊接，這種工藝特別容易因應力、電磁力等其他外作用力產生裂縫。對于兩極高速電機，由于籠條端環不是整體銅料制成，易造成焊接不良，在正常使用中受熱應力易造成籠條端部開裂。開裂后，開裂部分甩出會刮傷電動機定子繞組絕緣層，造成相間內部短路或內部對地短路。鼠龍條斷裂一般發生在伸出轉子鐵芯端部靠近籠條端環焊接處。開裂的一般原因是長時間受熱力和電磁力而產生疲勞損傷。

根據上述故障原因，可采用的方法為：檢查籠型電機轉子是否有過熱、磨損、斷條、斷環現象，合格標準為轉子鐵芯無過熱，變色，磨損，燒傷，銹蝕等現象，轉子鐵芯壓接良好，壓鐵無開焊現象，鼠籠條及短路環無裂紋及斷條現象；檢查轉子風扇、通風孔、本體、平衡塊等有無斷裂、磨損、松動等情況；檢查轉子軸徑、軸承室同軸承的公差尺寸及配合情況；檢查轉子是否有彎曲變形現象。還要進行轉子外圓及同心度檢測，轉子各部位緊固檢查，焊接檢查做探傷試驗。必要時轉子做動平衡校驗。每次電機大修時檢查電動機轉子內部加強筋焊口，必要時進行補焊，對電動機轉子進行彎曲度檢查，應符合相關標準。

5 結論

電動機損壞主要是日常維護不到位、檢修不仔細和電動機制造缺陷等原因造成的，只要進行全面分析，制定相應的措施，加強電機的日常管理，使用正確方法修復電動機，才能保證電動機長期穩定運行。

參考文獻：

[1]徐峰. 高壓電動機轉子籠條斷裂的分析及預防[J]. 電氣技術, 2016, 17(3):129-131.

[2]姜烈偉. 高壓電機軸承溫度過高及振動異常的處理[J]. 電力安全技術, 2017, 19(4):54-56.

[3]李瑞環. 高壓電機故障產生原因及改進措施[J]. 中外企業家, 2016(9):177.

[4]石其軍. 電動機轉子機械部分修理方法[J]. 理論前沿,2014 (9):348.