淺析一種判定電機定子繞組三相電阻不平衡故障方法

中車永濟電機有限公司 李春波

引言

電機定子的三相電阻不平衡，會造成電壓不平衡，三相負載不平衡，從而使電機效率下降，輸出虧耗，也會導致電機局部過熱燒壞用電設備引發火災。本文通過一種數據計算分析法可快速判定不平衡原因。

1.直流電阻三相不平衡的原因簡析

三相電阻不平衡度國家標準要求Y型接法≤2%。根據定子繞組電阻的組成因素及現場實踐經驗分析，總結以下問題：①中間連線不實，即存在虛接；②一匝多股的繞組，接線時有的線股未接上或中間有斷股現象；③導線粗細不均或電阻率有少量差異；④匝數多少有誤；⑤故障后是否因短路沖擊電流產生的內應力，使繞組因變形而發生匝間、相間短路故障。 這些問題都可導致定子三相電阻不平衡現象的發生。

2.直流電阻三相不平衡的案例分析

下面以某型號電機發生三相不平衡故障數據計算分析過程為例進行說明。定子直流線電阻設計值R20℃=0.2359Ω，聯線方式為三相4級，并聯支路數2，Y型接法，槽數72，每極每相線圈數為6支。

2.1 案例一

印度某機車電機，故障原因：電機三相電阻不平衡，RUV=386 mΩ，RUW=386 mΩ，RVW=260 mΩ。分析過程如下：

首先先判定電纜線完好處于導通狀態，再依據標準阻值換算至實際溫度，實測溫度50℃，根據計算R50℃=235.9（235＋50）/（235＋20）=263.7，對比發現RVW阻值比較接近，確定VW相完好，則相電阻為130 mΩ，每相中一條支路的電阻為260 mΩ，若U相有一條支路斷路，則UV、 UW的電阻應為390 mΩ，此數值與故障數值386 mΩ接近，由此可先判定造成電機三相電阻值不平衡的原因為U相回路中有一條支路斷路：

1、線圈內部匝短斷路，造成U相回路中一條支路斷路；

2、過橋線或線圈小并頭燒損斷路，造成U相回路斷路；

2.2 案例二

印度某機車電機，故障原因：電機三相電阻不平衡，RUV=263 mΩ，RUW=283 mΩ，RVW=263 mΩ。分析過程如下：

依據標準阻值換算至實際溫度，實測溫度75℃，75℃時的標準阻值為287 mΩ，此數值與UW的阻值283 mΩ相當，可以認為UW兩相繞組完好，而其余兩個的線電阻偏差均為20 mΩ，故可判定零環與各相的焊接應為完好狀態。由此判斷問題在V相線圈上，即V相的支路上有線圈匝短造成短路，根據UW的阻值283 mΩ進行計算，若V相的匝短線圈出在同一條支路上，則：

其中M代表匝短線圈數，當M=3時， RUV=RVW=262.786 mΩ，與電機實測數據相符；若V相的匝短線圈出在不同支路上時，則：

其中X為V相一條支路上的線圈匝短數，Y為另一條支路上的線圈匝短數，當X=1，Y=2時，RUV=RVW=265.03 mΩ，與電機的實測數據比較接近。由此推斷造成該電機三相電阻值不平衡的原因可能為：

1、V相回路中有一條支路因線圈匝短造成三支線圈短路。

2、V相回路中一條支路因線圈匝短造成兩支線圈短路，另一條支路因線圈匝短造成一支線圈短路。

2.3 案例三

印度某機車電機，故障原因：電機三相電阻不平衡，RUV=365 mΩ，RUW=278 mΩ，RVW=202 mΩ。分析過程如下：首先對該電機的數據進行分析計算，

由此的出相電阻RU=220.5 mΩ，RV= 144.5 mΩ，RW=57.5 mΩ。

對比同列機車上同型號另臺定子相電阻為142 mΩ，與本臺電機的RV= 144.5 mΩ接近，且75℃時的標準相阻值為143.5 mΩ，推斷該數值也應為推算至75℃時的阻值，由此分析：V相的回路應該處于完好的狀態；U相可能為一條支路斷路，另一條支路有3支線圈短路。

W相問題若出現在單條支路上，則有9只線圈短路（結果RW會是57.8mΩ），與實際數值57.5 mΩ相吻合；若出現在兩條支路上，則一條支路中有1支線圈短路，另一條支路中有9只線圈短路（結果RW會是56.77mΩ），從數值上判斷，單條支路有9只線圈短路燒損的概率較大。

可以從案例分析總結出規律，三相阻值中，若兩相大，一相小，計算標準值與實測值對比，若阻值小的相近，則確認某一相存在斷路現象；若兩相小，一相大，對比標準，若阻值大的相近，則確認某一相存在匝短現象；若三相各不同，計算出各自的相電阻與標準值對比，確認問題所在。

3.結論

本文根據生產實踐中的經驗，通過上述三個案例，我們總結出一種阻值計算分析法來判定導致三相電阻不平衡的原因及故障點確認。通過本文的分析討論,為今后定子直流電阻不平衡的問題提供參考、借鑒。

[1]薛豐進,蔣步軍.動態測量繞組直流電阻的一種新方法[J].電機電器技術,2004.

[2]畢大強,王祥珩,李德佳,余高旺,王維儉.發電機定子繞組單相接地故障的定位方法[J].電力系統自動化,2004.

[3]陳世坤主編.電機學[M].中國電力出版社,2004.