五連軋6400kW同步電機故障分析與處理

趙天環

（河鋼集團唐山鋼鐵有限公司，河北 唐山 063000）

1 機械故障分析及處理

隨著現在企業的發展與壯大，大型同步電機的應用日益增加。大型同步電機的日常維護與故障處理成為了一個難點。我公司酸軋生產線是2015年投入生產的連續酸洗軋制線，采用的是六輥五機架模式。主電機型號 TBPKS1000-6，1#主電機功率4433KW，2#-5#主電機功率 6400 KW。

1.1 漏油故障分析

我公司5臺同步電機和2臺異步電機在現場運行期間，點檢人員發現冷卻器漏水報警器內有疑似潤滑油液體流出。同步電機型號為TBPKS1000-6，異步電機型號為YSPKS800-6。利用檢維修時間，將七臺電機端部的上半圓蓋板和側面加熱器位置的蓋板打開，檢查電機內部漏油情況。同步機：2#和3#無漏油痕跡，1#和5#有輕微漏油痕跡，4#漏油較多（打開負荷端端蓋上半部檢查不漏油）。異步機：1#和2#均漏油嚴重（檢查時發現負荷端軸向推力瓦內側稀油通道螺絲堵孔滴油）。從軸瓦座側油位視窗觀察，7臺電機油位基本上都是在視窗4/5至滿窗之間。

經檢查，實際運行時稀油站低壓出口壓力及軸瓦各低壓通道流量如下表所示。

綠色環保是近年來蘇印總廠發展的一個重要命題，從源頭削減，中間控制到末端處理，每一步，其都格外重視。據介紹，公司使用先進的環保材料，積極推行無水膠印等先進技術，在自身生產過程中減少VOCs等有害物質的排放。此外，其于四年前專門成立了清潔生產治理委員會，投資配備了處理廢氣、廢水、固廢物等的環保裝備，建立了清潔環保管理體系，以保證每一指標都可以達到標準，甚而要做得更好。

暴雨災害又被稱為洪澇災害，這一災害對農業生產也能產生較大影響，影響比例為20%。特大暴雨、持續性暴雨一旦發生，將形成嚴重的暴雨災害，此時易發生河岸決提、洪水泛濫等，而一旦洪水偏離了河道，則直接造成農作物被淹沒或沖毀，影響作物產量甚至導致顆粒無收。在我國暴雨災害有明顯的地域特征，在東南部地區易出現，集中分布在黃淮海流域。

表1 實際運行通道流量

鼓勵學生自己動手搜集與課堂內容相關的資料，制作PPT，按照恰當的邏輯關系組織語言來講述相關內容，可以提高學生學習的積極性，促進學生培養獨立思考和口頭表達的能力。將學生分成幾個小組，一起討論課程中的重點和難點問題。學生在小組中表現得會更加積極，各抒己見，彼此分享意見與獨到的見解。然后進行研討匯總結論，和其他小組的同學分享。以學生的視角看問題，更容易在學生們之間產生共鳴。既活躍了課堂的氣氛，又加深了印象。

1.2 漏油處理方案

在電機頻繁正反轉過程(7S)，轉子阻尼環中產生較大的感應電流，使阻尼環發熱膨脹，該膨脹力使阻尼環固定螺栓被動拉伸。在電機平穩運行時，阻尼環中電流減小消失，溫度下降，螺栓縮回。如此反復作用，螺栓疲勞，使阻尼環與轉子間產生間隙，其上的摩擦力減小甚至消失。最后在阻尼環離心力的反復作用下，螺栓剪斷。運行一段時間，阻尼環會變形甩出，與定子線圈發生接觸，致使定子斷路，傳動系統報勵磁弱故障。

一般情況下，考慮管道阻尼和高度差等影響，稀油站低壓出口壓力應為0.05Mpa～0.25Mpa之間，軸瓦座視窗油位應在1/2～2/3之間，而現場稀油站出口壓力最高為0.48Mpa以上，視窗油位高于4/5，接近于滿鏡。兩臺異步機回油總管管徑與軸承出油管管徑一致。低壓進油針型閥選型過小無法滿足流量要求。分析有如下幾種原因造成漏油：① 稀油站出口壓力和流量過大導致漏油；② 軸瓦稀油通道堵頭密封不嚴漏油，電機未運行時粗略估計20秒一滴，電機運行時滴油速度將更快；③ 回油管路不暢造成遲滯而漏油，包括軸瓦內部和外部回油管路；④ 軸瓦油封磨損等裝配問題造成漏油。

經過解體檢查得到的具體數據和信息，經過討論分析，判定造成本次事故的過程如下：

表2 油站參數調整

由于電機損壞非常嚴重必須返廠修復，然而產線的生產計劃已經下達，如果因此長時間停機，必將造成訂單延期交付，必將給企業信譽和效益帶來巨大打擊。經過現場技術人員與制造廠設計人員充分論證后，一致決定采取兩步走的解決方案。前期解決方案：將損壞嚴重的電機立即返廠，調整軋機控制系統，由5連軋模式轉為4連軋模式，將2#主電機吊裝到損壞的5#主電機位置，原2#電機的工作由其附近1#、3#電機分擔。對于在現場運行的電機，由電機廠家設計人員配合，升級螺栓的抗剪切等級，組織檢維修人員檢查并取出斷裂的螺栓頭，更換所有螺栓，盡快恢復生產。經電機廠專家測算，螺栓更新后，主電機一年內可以安全運行。最終解決方案：①更改原有設計，使得緊固螺栓不承受或承受小的剪切應力，確保螺栓的壽命無限長。②阻尼環與磁軛的接觸面采用銅鐵焊工藝焊牢，使焊縫承受剪切應力。③利用有限元分析，進一步確定其他承受阻尼環剪切應力的方法。④按照最終修復方案，生產一臺新電機，新電機到位后，利用檢修替換在線電機，逐個返廠進行技術改造。

圖1 兩臺卷取機電機的測量過程

在野外調查過程中，針對各類型地質背景采集了若干件具有代表性的成土母巖，母巖樣品共計56件。各類地質背景成土母巖硒含量平均值見表1、圖1。

2 電氣故障分析及處理

2.1 掃膛故障分析

我公司酸軋生產線軋機高速（1200m/min）生產過程中斷帶停車，報"5#電機勵磁值達不到設定值"錯誤，自動化和點檢人員到現場對5#電機轉子勵磁系統進行檢查，多次停送勵磁系統電源，報警未能消除。通過與西門子專家溝通進一步對報警原因進行分析查找，判斷故障有可能產生在定子勵磁回路。檢維修人員立即打開勵磁柜檢查各項控制參數及柜內元器件均未發現異常。在檢查勵磁輸出端絕緣時，發現絕緣值異常，打開電機前端蓋，發現繞組定子線圈被轉子外側阻尼環刮斷破損，造成線圈開路，電機無法產生勵磁啟動。檢查其余電機時，發現現場有另一臺電機也有螺栓松動，并有一根螺栓斷裂現象。具體如下圖：

運行一段時間后，再次開蓋檢查。電機機座底部沒有新鮮的油漬堆積和流動的痕跡，電機的軸承座的各種動密封和靜密封也沒有發現明顯的泄露點。電機機座兩端沒有積油，1#同步電機和異步電機中部有薄薄一灘油跡。轉子端部表面沒有任何油跡，精軋機電機繞組端部基本沒有油跡，卷取機電機繞組端部有少量油霧凝結的油膜，并且已經干燥。軸承座處于電機內部的一側表面干燥，未發現新鮮的油跡，個別有陳舊性的油跡。以上結果表明精軋機電機在近一段時間內電機內部沒有發生漏油，故障消除。

圖2 電機故障分析

上述工作完工之后，對油站的參數進行調整，更換閥門和油管之后油站的系統壓力和輸出流量的調整趨于正常。之前采用針閥時管路阻尼太大，系統壓強調到0.4兆帕流量仍然達不到要求，上次換成球閥大大減小了管路阻尼，系統壓強降至0.25兆帕，流量完全達到要求。具體參數如下表。

前期懷疑是油封裝配問題，遂對油封等裝配原因，可能造成的漏油問題，進行了逐項檢查處理，但效果不明顯。由于現場條件的限制，要徹底清除電機內的原已漏油，必須返廠進行處理，包括：解體抽芯、清洗、烘干、浸漆、烘干、復裝、試驗等，耗時約10天左右。經過與廠家技術人員溝通后決定：將進油針型閥改為大流量球閥；已對稀油通道密封不嚴堵頭重新進行密封；在滿足運行時瓦溫符合要求的情況下，必須重新調整降低稀油站出口壓力和各通道流量；對電機內部已造成的漏油進行清理。

2.2 掃膛改進措施

精軋機電機完全按照電機的要求調整，4號精軋機電機負載端流量減少9L/min,但油位未降低，懷疑回油能力，需要進一步觀察。卷取機電機由于油站與電機高度差較大，油站輸出壓力調整為0.25兆帕，負載端流量綜合考慮油面高度和瓦溫情況調整為20L/min。卷取機電機開機運行，在1200r/min轉速下運行一個小時，徑向瓦最高37℃，推力瓦最高58℃。期間將負載端流量從20L/min調整到25L/min進行驗證，瓦溫沒有變化。使用風壓儀對電機軸承座上的氣壓平衡管位置測量氣壓，測量結果兩臺卷取機電機和五臺精軋機電機負壓都在-0.3mm水柱以內。

3 結語

（1）由于同步大容量電機的控制系統比異步電機復雜，控制室系統故障提示可能原因多種多樣，需要現場檢維修人員有過硬的故障排查能力。

引理1(Johnson-Lindenstrauss引理[13]) 令0<δ> <1,S為n維歐幾里得空間Rn中的一個有限點集,則對于任意的整數d≥Clog|S|/δ2,存在Lipshitz映射Φ:Rn→Rd滿足δ

（2）本次故障發生在電機的內部，平時的檢維修無法有效及時的發現問題點，一旦事故發生就會造成不可挽回的巨大損失。

（3）對軋機主電機等重要設備，自動監控及預警系統需要進一步完善，便于操作人員和檢維修人員能及時發現故障并找出故障根源，做出對應的處置。

（4）在電機的設計與使用中，要注意環境對設備的影響，將必要因素考慮充分，從源頭杜絕事故的產生。