循環水泵電動機振動及噪音異常的原因分析及處理

梁峻偉

（陽城國際發電有限責任公司，山西 晉城 048102）

1 引言

循環水泵電機是火力發電廠冷卻水系統的重要電氣設備，對火力發電廠安全穩定運行起著重要作用。某電廠6*350MW機組各配2臺循環水泵，循環水泵除供水給凝汽器和輔助冷卻水系統外，還向循環水用戶母管供水。循環水采用單元結構方式，即每臺機組2臺循環水泵擔負著該機組全部的冷卻水供給，特別在夏季時停一臺循環水泵則使機組減負荷運行。該電廠與循環水泵匹配的電動機均采用湘潭電機廠生產的強迫水冷卻方式的鼠籠式電動機，該電動機型號為YKSL2000-14/1730-1、接線為2Y、定子線圈絕緣采用F級、額定功率為2000kW、額定電壓為 6kV、額定電流為 250.2/249.2A、轉速為424RPM、功率因數為0.82。在負荷日益增長的今天，循環水泵電動機的安全穩定運行對火力發電廠安全生產意義重大。

由于某電廠41循環泵電動機在運行中振動呈上升趨勢且電磁噪音逐漸增大，為了徹底解決此現象，設備部點檢員在2012年12月13日對該電動機進行解體檢修。檢查發現該電動機轉子驅動端籠條與端環有一處明顯開焊情況（見圖1）；轉子多處籠條與硅鋼片槽型存在明顯松動的現象（圖2）；電動機定子端部繞組綁扎及定子槽楔存在松動情況。

2 原因分析[1]

2.1 籠條之間產生的較大溫差是焊接質量不穩定所造成的，由于焊接質量不一致，引起籠條熱膨脹有差異，另外籠條在啟動過程中的擠流效應，籠條中強大電流都集中在槽口使籠條上下之間有很大的電流密度差（籠條發熱與電流的平方和時間成正比）。由于籠條上下的不均勻溫升會使籠條產生向轉子中心彎曲的應力。由于籠條鐵芯沖孔工藝差異使籠條在嵌裝的松緊程度不一樣，當籠條在槽內存在徑向間隙時，則籠條上的徑向振動力會傳遞給端環，由于各籠條中電流的相位不同，傳遞給端環的振動力會使端環產生扭曲，受力最大的部位是籠條的焊接處，而此處正是鼠籠結構的最弱點。由于熱傳導性能差異會使各籠條間產生不均勻的溫升，因而各籠條之間將產生不同的軸向位移而使籠條產生軸向的拉應力。且使籠條產生電磁振動應力，特別是在電動機剛啟動的瞬間，振動幅值到最大值，是正常運行時的50-60倍。由于各種應力作用點大都集中在籠條與端環的焊口附近，且每啟動一次便交變一次，這樣各應力的破壞作用隨啟動次數的增加和溫升積累而增加。從而加劇了籠條與端環焊接處開焊情況，進而使該電動機振動及電磁噪音增大。

2.2 同時該電動機是雙鼠籠深槽電動機，因而轉子線圈集膚效應顯著，這是由于轉子槽形深而窄，當轉子導體中由于定子繞組通電產生感應磁場，感應電流使得槽中漏磁通分布不均勻，促使槽底部分的漏磁通少、較近槽口部分漏磁通多。因槽中的電流分布與導體各部分的阻抗成反比，越接近槽口由于漏抗越少通過的電流越大，故電流熱效應使得上層籠條發熱，尤其是籠條與端環處發熱更嚴重；使籠條與端環焊接處由于變軟造成開焊現象，進而使該電動機振動及電磁噪音增大。

2.3 籠條與端環是點對面的環焊接方式機械強度不夠，又加上受到電磁力及發熱緣故，加速了籠條與端環焊接處開焊現象，進而使該電動機振動及電磁噪音增大。

2.4 由于籠條兩端直角（圖1）剪切應力大，加大籠條與端環振動，進而加速了籠條與端環焊接處開焊現象，進而使該電動機振動及電磁噪音增大。

2.5 電動機定子端部繞組綁扎固定及槽楔松動情況，由于交變電磁力的作用，隨著時間的推移，使該電動機振動及電磁噪音逐漸增大。

綜合上述的原因分析，該臺循環水泵電動機振動及電磁噪音增大的原因主要是由于轉子籠條開焊和定子端部繞組及定子槽楔松動造成的。

3 處理[2]

為了徹底解決41循環泵電動機在運行中振動呈上升趨勢且電磁噪音逐漸加大問題，經電廠技術人員分析認為，應著重處理轉子籠條開焊、硅鋼片松動、定子端部繞組松動及定子槽楔松動問題。具體處理情況如下：

3.1 電動機轉子部分

從圖1、圖2及現場實際看籠條與端環在焊接部位開裂脫焊及轉子多處籠條與硅鋼片槽型存在明顯松動的現象，且硅鋼片有明顯打火拉弧痕跡情況，隨著電機的運行該情況會越來越嚴重。如果采取現場進行局部焊接修復，只能對明顯的有損壞的地方進行補焊，不可能對所有硅鋼片及端環部位進行焊接。原籠條與端環是點對面的環焊接方式機械強度不夠，又加上籠條與端環受到電磁力及發熱緣故；如該電動機繼續運行，存在籠條斷裂甩出將對定子線棒造成嚴重損壞的安全隱患。綜合上述分析，技術人員認為轉子籠條應全部更換，且籠條與端環的焊接采用鑲嵌式結構。其處理工藝如下：

（1）轉子解體前測量并記錄轉子鐵心長度、籠條伸出鐵心長度和端環的尺寸；在車床上割開籠條，再拆除籠條和端環，測量并記錄各部尺寸。

（2）清理鐵芯后，測量轉子槽形尺寸；轉子鐵芯損壞的硅鋼片采用氬焊修復。

（3）按槽形尺寸重新設計并加工銅排保證新籠條在槽內漲緊不松動，材料采用TMY電工用硬質紫銅排，對加工銅排的兩端需在長度上放有一定的裕量尺寸，對籠條兩端直角改為R倒角，減少剪切應力影響；電動機原轉子籠條與端環結構見圖3、改后見圖 4。

（4）轉子端環經車削加工后，再按籠條尺寸重新銑槽；將轉子籠條鑲進槽內，逐根敲入并脹緊，按記錄尺寸，鋸掉籠條長度方向的多裕部份并修光，將端環用鑲嵌的方法，使籠條在端環內固定好（圖4）。

作改進的原因是考慮到為了避免轉子籠條與端環接觸面少而發熱。該廠將端環增加了厚度并改變端環的斷面尺寸，這樣既增加了端環與籠條的接觸面積又使籠條在高速運轉時產生的離心力因增加了端環斷面上邊緣長度和厚度受到大一點的限制力；同時在鉆端環孔時將孔徑稍微擴大一點，這樣在焊接時能填滿整個孔隙，增加了籠條與端環的接觸面、降低了接觸電阻。

（5）焊接工藝是這次檢修該電動機轉子的關鍵，采用銀焊為了防止端環變形，采用先點焊端環與籠條外側，后端環與籠條內側的焊接工藝，校正籠條與端環的垂直度，然后清除焊渣，最后逐根全面堆焊成半球形，籠條與端環內側也加固焊接牢固可靠。在焊接時為了防止局部過熱時端環變形以減少殘余應力，采用交叉換位技術，焊完一根后再在反方向焊接另一根。全部焊接完成后，在端環冷卻到150～200℃時，用10%～15%擰檬水溶劑刷洗，再用熱水沖凈，并用壓縮空氣吹干。

（6）轉子經干燥后，浸F級6895環氧無溶劑漆，經滴干清揩，再進行烘焙固化；轉子上車床校正中心后，修整端環外圓；轉子校動平衡。

（7）轉子的導磁、導電部份噴8037抗弧覆蓋漆，其他非配合面刷防銹漆。并對其進行交、直流耐壓試驗達到合格水平。

3.2 電動機定子部分

（1）用壓縮空氣吹凈機座，定子鐵芯內、外表面，通風槽等處灰塵，再將定子送入高壓蒸汽清洗機進行清洗，再根據油污嚴重程度，可自動加入S-25絕緣清詵劑進行清洗。

（2）徹底檢查定子繞組端部和引線綁扎，對松動部位，應予重新綁扎固定。槽楔有斷裂、松動等現象，應敲出槽楔，用絕緣墊條墊緊，打入新槽楔。

（3）對定子鐵芯掃膛部位打磨處理并進行鐵芯損耗及溫升試驗。

表1 電動機定子繞組絕緣及直流耐壓試驗數據

（4）將定子送入烘房，烘房溫度 140±5℃，時間為 5～8 小時；待對地絕緣穩定后推出烘房；待定子自然冷卻到60～80℃時，浸F級6895環氧無溶劑絕緣漆。浸透后滴干，清揩鐵心處余漆。再送入烘房，逐步提高烘房溫度，最后升到140±5℃，烘焙12～16小時以后用兆歐表測定絕緣電阻穩定。

（5）待冷到室溫后，測量三相定子繞組的直流電阻值，并用2500V兆歐表測定絕緣電阻值和吸收比，并進行直流耐壓預防性試驗，試驗數據見表1。

（6）直流耐壓預防性試驗合格后，定子鐵心和繞組噴8037抗弧覆蓋漆，定子機殼內壁涂刷防銹漆。

4 組裝和試運[3]

經上述處理后，對該電動機進行組裝時對準磁中心后墊好轉子；上機架就位后，安好推力瓦塊，將推力頭和鏡板壓入軸上，用環鍵鎖定并保險好，裝上導軸瓦，檢查瓦面的配合，必要時應修刮。裝好油箱蓋板，進行間隙測量合格，擰緊螺釘；安裝電動機驅動端軸承，添加二硫化鉬鋰脂，并裝配下機架及軸承蓋等。該電動機各部件組裝完成后，對電動機進行空載試運，其振動為0.035mm,磁噪音正常。

5 結束語

造成電動機設備振動及電磁噪音異常的原因還有許多，只有在工作中認真觀察及分析，才能準確地找出主要原因并針對性進行處理，就能有效地解決電動機運行中的振動及電磁噪音問題，保證電動機長期安全、穩定運行。

[1]熊干儒。高壓異步電機轉子改造中采用復合籠條等新技術的應用和總結。2005年第一期《上海梅山電機技術》第17-20頁。

[2]中華人民共和國電力行業標準《電力設備預防性試驗規程》

[3]國家標準GB10068.2-88《旋轉電機振動測定方法及振動限值》