某電廠6.6kV通風電機轉子齒壓板壓指斷裂故障分析

陳露華 吳曉東 黃文遠

摘要：某電廠6.6kV通風電機因絕緣故障導致上游間隔過流保護熔斷器熔斷，主控閃發故障停運報警。就地檢查電機絕緣為零且三相直阻不平衡，解體空壓機發現電機轉子齒壓板三根壓指斷裂，引起電機定子繞組接地故障。通過對斷裂壓指的宏觀形貌觀察、掃描電鏡觀察和綜合分析，發現斷裂壓指1號樣品A側斷口和3號樣品B側斷口的斷裂性質均為高周疲勞斷裂，開裂源區均位于斷口上部，綜合電機解體的檢查結果，最終確定電機轉子壓指斷裂的原因為齒壓板制造質量缺陷。

關鍵詞：空壓機;轉子齒壓板;壓指斷裂

1.背景

某電廠6.6kV通風電機型號為Y2 355-4，功率為250KW，轉速1485rpm的臥式安裝電機。電機轉子為直槽式銅條的鼠籠結構，兩端齒壓板采用壓板與壓指一體化鑄造，壓緊沖片后在內圈進行焊接牢固定型。隨后穿入銅導條，采取銅排立式中頻感應釬焊工藝焊接銅端環。

電機絕緣故障出現時，上游間隔過流保護熔斷器熔斷，就地檢查電機絕緣為零且三相直阻不平衡。解體空壓機發現，電機定子膛內部靠近驅動端一側，接近1cm長度定子槽楔全部被掃斷，并且對應位置的槽楔底部的下部繞組均存在被掃到的痕跡，其中底有三股繞組已漏出定子繞組電磁銅線，且存在明顯的電灼燒痕跡;轉子驅動端齒壓板上有連續的三根壓指從根部斷裂，且相鄰銅排有受到擠壓變形的情況，部分轉子硅鋼片受斷裂的齒壓條擠壓導致5小片硅鋼片斷裂;檢查電機膛內磨損的槽楔粉末已遍布膛內，且有散落分布的銅屑和斷裂硅鋼片。

2.原因分析

結合電機故障現象分析，電機轉子齒壓板的壓指斷裂，在轉子轉動過程中離心脫出，壓掃到電機定子端部繞組，掃斷定子槽楔絕緣壓板后進一步與電機定子繞組摩擦，破壞電磁線外絕緣包扎，導致電機定子電磁線外漏，最終引起接地跳閘。

下述對電機轉子齒壓板壓指斷裂做進一步的原因分析：

2.1.電機轉子齒壓板偶發的制造質量缺陷

該電機轉子齒壓板為壓指與壓圈一體化鑄造形成，材質為消磁鋼，這種一體化的結構，齒壓板加工難度大、加工量大，但整體的剛度好、形變量小，是目前應用最廣的設計工藝。現場檢查轉子齒壓板為傘骨狀鏤空結構，在加工過程中，需先采取線切割方式進行切割，再經過車床的外圓與內孔的加工后，最后上銑床銑出鍵槽壓指，因為壓指根部寬度最小，剛度最弱，在加工過程中易在壓指根部產生制造的質量異常，導致應力集中。

將斷裂的三根壓指外送西安熱工研究院進行斷口分析檢測，通過采用包括宏觀形貌觀察、掃描電鏡觀察和綜合分析的方法。檢查三根斷裂壓指，發現1號和3號壓指均有一側被磨損，2號壓指兩側斷口均被磨損，無法進行金相分析;對故障中未被磨損的1號樣品A側斷口和3號樣品B側斷口進行掃描電鏡觀察，檢查斷口金相形貌見圖2和圖3。由圖可見：2個樣品斷口均存在明顯的疲勞條帶，其疲勞條帶間距在0.7～1.0μm之間，由疲勞條帶形態可推斷其斷口的開裂源區位于斷口上部，斷裂性質均為高周疲勞斷裂。而進一步對故障電機的整體齒狀壓圈進行著色探傷，未發現其他部位存在裂紋的情況。由此可見齒壓板的制作質量缺陷是本次故障發生的根本原因。

2.2.電機運行期間軸向湍流的影響

故障電機轉子采取軸向通風散熱方式。這種散熱方式制作的電機結構緊湊、用材省，但轉子硅鋼片的沖片之間有軸向風道，因此轉子齒壓板必須設計通風孔，形成傘骨狀鏤空結構。轉子在高速運行情況下，由于轉子內風道并不完全滿足流體力學的要求，在轉動過程中電機轉子端部內形成氣體湍流，并在定、轉子端部區域產生氣體的非恒定流動。電機轉子一體化設計的齒壓板呈現四周發散狀的壓指，其整體類似于傘骨結構，在電機整體運行的氣體湍流振動影響下，在齒壓板的壓指根部結構存在一個不穩定的作用力，逐步加劇壓指的斷裂。

2.3.轉子硅鋼片熱膨脹的影響

該故障電機轉子硅鋼片設計的固定方式是通過端部齒壓板壓緊后焊接固定，焊點位于轉子軸與齒壓板內圈接連處，呈四點90度對角焊接，而齒壓板外圈壓指與硅鋼片間沒有焊點，僅通過電機前期制造過程中的疊壓進行貼合緊固。在電機運行期間，轉子硅鋼片向兩端膨脹擠壓端部齒壓板的過程中，因為齒壓板內圈與轉子轉軸已焊接固定，齒壓板內圈定點固定;而齒壓板外圈壓指僅通過預緊力貼合壓緊，在硅鋼片膨脹過程中，齒壓板因受硅鋼片擠壓，以內圈焊點為支點向外存在一個膨脹作用力。容易在齒壓板的傘骨狀鏤空結構的根部脆弱位置出現金屬疲勞，加劇壓指斷裂。

2.4.電機轉子端部高頻震動的影響

電機轉子作為電機運行過程中的轉動部件，是產生高頻震動的主要部位，齒壓板位于電機轉子端部，當轉子齒壓板出現金屬疲勞開裂后，端部的高頻震動會進一步加急缺陷壓指的開裂面，促使開裂面逐步擴大。并在轉子端部電磁交變作用力的作用下持續惡化。

3.故障分析結論

本次電機跳閘是由于轉子齒壓板偶發的制造質量缺陷，在端部氣體湍流、硅鋼片熱膨脹擠壓和端部高頻震動及電磁交變力的作用下，導致電機轉子齒壓板的壓指從根部脆弱部位斷裂，隨電機轉子轉動與定子槽楔和繞組摩擦導致電機接地短路跳閘。