高壓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條斷裂的分析及預(yù)防

徐　峰

（大唐洛陽首陽山發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 洛陽　471900）

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高壓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條斷裂的分析及預(yù)防

徐峰

（大唐洛陽首陽山發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 洛陽471900）

本文通過對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠條和斷環(huán)斷裂引起的故障分析，提出高壓電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行和檢修時(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問題和解決方案，對(duì)同類型電動(dòng)機(jī)故障的分析處理提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

高壓電動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)子籠條；斷裂；防范措施

高壓電動(dòng)機(jī)本體的故障主要有3個(gè)方面：①定子繞組故障；②轉(zhuǎn)子籠條故障；③軸承故障。標(biāo)準(zhǔn)檢修項(xiàng)目中，對(duì)定子繞組通過測(cè)量其絕緣、直阻、交直流耐壓和泄漏電流等方式進(jìn)行檢測(cè)；對(duì)軸承通過測(cè)量其游隙、配合間隙、檢查滾道等方式進(jìn)行檢測(cè)；而對(duì)于轉(zhuǎn)子在檢修時(shí)通常是通過目測(cè)、敲擊等手段憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行檢查，缺少數(shù)據(jù)測(cè)量項(xiàng)目，大多是發(fā)現(xiàn)問題后才選擇進(jìn)一步檢測(cè)，對(duì)于隱性的和制造方面的缺陷往往難以發(fā)現(xiàn)。如果能結(jié)合多次故障分析及處理總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)，采取相應(yīng)的防范措施、增加標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目中的轉(zhuǎn)子籠條專項(xiàng)檢查和檢測(cè)，可以在很大程度上減少設(shè)備在運(yùn)行中跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。

1　轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂后的表現(xiàn)特征

1.1運(yùn)行中特征

1）電動(dòng)機(jī)振動(dòng)增大，且與籠條斷裂數(shù)量成正比。

2）定子電流出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。

3）電動(dòng)機(jī)溫度上升。

1.2解體后現(xiàn)象

1）斷裂處鐵心及籠條有過熱痕跡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)在斷裂處將籠條燒融。

2）故障點(diǎn)較多在籠條與端環(huán)焊接處發(fā)生開焊或斷裂。

3）在斷裂處的籠條或端環(huán)多會(huì)發(fā)生變形，甚至損傷到定子繞組。

4）雙鼠籠電動(dòng)機(jī)多發(fā)生在外籠。

1.3故障多發(fā)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)

1）起動(dòng)過程中故障發(fā)生概率較大。

2）負(fù)荷變化較大。

3）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大。

2　轉(zhuǎn)子籠條斷裂的原因分析

轉(zhuǎn)子籠條斷裂主要原因是轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中受各種應(yīng)力相互作用的結(jié)果，而且應(yīng)力超出了轉(zhuǎn)子籠條所能承受的極限。綜合起來有以下幾個(gè)方面。

1）受制造工藝及運(yùn)行過程特點(diǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力變形。端環(huán)或籠條制造材質(zhì)或工藝不滿足電動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件。高壓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子籠條及端環(huán)多采用紫銅、黃銅或鋁鐵青銅制造，受制造工藝限制或工藝不良，使各籠條或端環(huán)阻值不同、其通過電流后發(fā)熱量也不同，則可能在各籠條中產(chǎn)生較大的溫升差異，使各籠條彎曲系數(shù)不同造成籠條軸向或扭曲的應(yīng)力；而端環(huán)在通過大電流發(fā)熱后會(huì)產(chǎn)生徑向應(yīng)力；如果籠條嵌裝工藝不良，籠條與轉(zhuǎn)子鐵心間存在間隙，籠條在鐵心內(nèi)會(huì)產(chǎn)生電磁振動(dòng)應(yīng)力；起動(dòng)過程中電流不斷增大、各種應(yīng)力也不斷增加并且匯集在籠條與端環(huán)連接處附近，因而很容易在籠條與端環(huán)連接處造成斷裂和變形。另外，如果負(fù)荷變化大也可能導(dǎo)致各應(yīng)力的匯集作用。

2）設(shè)計(jì)失誤導(dǎo)致的籠條斷裂。如果籠條伸出轉(zhuǎn)子鐵心部分過長(zhǎng)，受定子交變磁場(chǎng)力和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)作用力的相互作用，很容易使籠條伸出部分變成應(yīng)力集中的作用點(diǎn)，造成伸出部分扭曲、變形、直至斷裂損壞；如果設(shè)計(jì)原因?qū)е碌幕\條或端環(huán)載流量不足則更容易使籠條過熱損壞。

3）制造過程中的工藝缺陷。如果制造過程中籠條與端環(huán)焊接質(zhì)量監(jiān)督不到位，產(chǎn)生了虛焊、焊縫夾渣、焊點(diǎn)附近熱應(yīng)力的存在等焊接工藝不良現(xiàn)象，其焊縫處及其附近可能造成機(jī)械強(qiáng)度的降低。

4）運(yùn)行人員短時(shí)間內(nèi)多次起動(dòng)對(duì)籠條和端環(huán)造成損壞。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，若首次起動(dòng)不成功，須查明原因并在間隔1～2h后再次起動(dòng)。此時(shí)運(yùn)行人員如果在短時(shí)間內(nèi)再次或多次連續(xù)起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，則會(huì)使轉(zhuǎn)子繞組在上次起動(dòng)過程中的溫升不能得到釋放并與后幾次起動(dòng)的溫升疊加，轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)情況下，溫升甚至能達(dá)到 700℃以上，加之應(yīng)力的疊加，很可能立即會(huì)造成轉(zhuǎn)子的損壞。

5）檢修不到位造成的籠條斷裂。標(biāo)準(zhǔn)檢修項(xiàng)目中沒有對(duì)轉(zhuǎn)子籠條的具體數(shù)據(jù)測(cè)量，實(shí)際檢修中也很難有相應(yīng)的檢查方法來發(fā)現(xiàn)一些隱性的轉(zhuǎn)子籠條缺陷，如籠條或端環(huán)的疲勞損傷、籠條內(nèi)部的輕微裂痕等。對(duì)轉(zhuǎn)子的檢修目前還只是采用目測(cè)檢查、通過敲擊聽音判斷籠條是否有問題，如果發(fā)現(xiàn)有問題則可以采取轉(zhuǎn)子籠條短路環(huán)檢測(cè)法等判斷故障位置。轉(zhuǎn)子籠條發(fā)生輕微的斷裂后處理工藝不當(dāng)或未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)都可能造成籠條斷裂故障的迅速擴(kuò)大。

綜上所述，轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)斷裂的主要部位是其連接處，所以重點(diǎn)解決對(duì)其連接處的檢查和處理，增加其機(jī)械強(qiáng)度，可以較為有效地減少轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)的斷裂故障發(fā)生。

3　減少轉(zhuǎn)子籠條斷裂的防范措施

1）對(duì)有設(shè)計(jì)缺陷的籠條和端環(huán)進(jìn)行分析處理。針對(duì)籠條和端環(huán)故障的重點(diǎn)部位，加強(qiáng)對(duì)其焊接工藝的檢查，如發(fā)現(xiàn)有問題的焊點(diǎn)、焊縫，可以采用銀焊或磷銅焊對(duì)問題點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)焊；采取在焊縫上加補(bǔ)焊一塊同材質(zhì)銅板，以提高焊縫處的機(jī)械強(qiáng)度和增加焊縫處容量；對(duì)于端環(huán)伸出過長(zhǎng)的轉(zhuǎn)子，可以根據(jù)情況在伸出部分的外圈或內(nèi)圈加焊一個(gè)同材質(zhì)端環(huán)，以增加其機(jī)械強(qiáng)度、提高端環(huán)容量、減小伸出部分的應(yīng)力變形。要注意的是在對(duì)籠條或端環(huán)進(jìn)行處理后要對(duì)轉(zhuǎn)子做動(dòng)平衡，調(diào)整合格后才能投入運(yùn)行。

2）提高檢修水平。通過加強(qiáng)培訓(xùn)、改進(jìn)檢修工藝標(biāo)準(zhǔn)等方式提升檢修人員對(duì)轉(zhuǎn)子故障的分析判斷能力，在檢修中善于發(fā)現(xiàn)隱性和微小的缺陷，及時(shí)處理，減少轉(zhuǎn)子籠條故障造成的損失。由于條件和經(jīng)驗(yàn)的限制，在更換籠條時(shí)很難使籠條安裝后與轉(zhuǎn)子槽的配合達(dá)到原出廠值，建議在修復(fù)過程中需要更換轉(zhuǎn)子籠條時(shí)，由專業(yè)的廠家進(jìn)行處理。

3）提高監(jiān)測(cè)水平、加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)。很多轉(zhuǎn)子籠條斷裂的缺陷都是在以電流波動(dòng)、電動(dòng)機(jī)振動(dòng)等方式在運(yùn)行中表現(xiàn)出來，而轉(zhuǎn)子籠條損壞的故障在初期其電動(dòng)機(jī)振動(dòng)值很小、電流波動(dòng)幅度也很小，如果不注意很難從運(yùn)行數(shù)據(jù)上及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，這需要提高運(yùn)行人員和點(diǎn)檢人員對(duì)各種數(shù)據(jù)趨勢(shì)分析的能力，及早發(fā)現(xiàn)、及早處理。由于目前還沒有成熟的轉(zhuǎn)子故障測(cè)量?jī)x器來進(jìn)行直觀判斷，必要時(shí)也可以由專業(yè)的技術(shù)人員通過對(duì)故障電流、電壓、振動(dòng)頻率、脈動(dòng)磁場(chǎng)等相關(guān)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，得出相應(yīng)的結(jié)果，來提高對(duì)故障的分析和判斷能力，如采用傅里葉變換、小波分析等方法對(duì)早期和預(yù)防性的缺陷發(fā)現(xiàn)比較困難，故進(jìn)行前期對(duì)舊式電機(jī)進(jìn)行預(yù)防性籠條和端環(huán)改造還是有必要的。

4　實(shí)例分析

2008年10月2日，某公司15號(hào)甲側(cè)碎煤機(jī)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后發(fā)“速斷保護(hù)”動(dòng)作跳閘，解體檢查發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)子籠條斷裂10根，驅(qū)動(dòng)端端環(huán)與籠條焊接處斷裂3處并變形，變形部分將電動(dòng)機(jī)定子端部繞組部分損壞。

4.1原因分析

1）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，端環(huán)離轉(zhuǎn)子鐵心距離過長(zhǎng)，達(dá)120mm，在應(yīng)力作用下焊縫開裂。

2）起動(dòng)過程中轉(zhuǎn)子鼠籠條端部由于電流的熱損耗作用引起電動(dòng)機(jī)溫度升高，局部過熱銅條融化造成轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂。

4.2處理及防范措施

1）更換全部鼠籠條，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行端環(huán)改造。在端環(huán)外部加焊一圈5mm厚紫銅帶，對(duì)伸出籠條伸出部分截面增加50%，主要用于增強(qiáng)籠條伸出部分的機(jī)械強(qiáng)度、增加端環(huán)載流容量。

2）改造后的電動(dòng)機(jī)經(jīng)過一段時(shí)期運(yùn)行正常后，對(duì)同類型電動(dòng)機(jī)進(jìn)行改造。

3）大電容電動(dòng)機(jī)小修時(shí)增加轉(zhuǎn)子鼠籠條檢查項(xiàng)目，測(cè)量其各籠條伸出部分?jǐn)?shù)據(jù)、及其變形情況，加強(qiáng)對(duì)轉(zhuǎn)子籠條、端環(huán)及其焊縫的檢查。

4）運(yùn)行人員在進(jìn)行大容量電動(dòng)機(jī)試運(yùn)行時(shí)，注意監(jiān)視電動(dòng)機(jī)電流、振動(dòng)、聲音的變化情況，必要時(shí)用儀器開展數(shù)據(jù)分析。

5　結(jié)論

本文對(duì)轉(zhuǎn)子籠條和端環(huán)斷裂的一些常見故障原因進(jìn)行了分析，希望能為同類故障的處理提供一些借鑒經(jīng)驗(yàn)。但實(shí)際運(yùn)行過程中，還有一部分此類型缺陷很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，期待著目前已經(jīng)研制的多信號(hào)融合智能分析系統(tǒng)能早日投入到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中來，使高壓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子故障能及時(shí)被發(fā)現(xiàn)和消除。

［1］ 許實(shí)章. 電機(jī)學(xué)［M］. 北京︰機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

［2］ 秦淑香，徐殿國(guó). 籠型異步電機(jī)電流法診斷轉(zhuǎn)子故障方法綜述［J］. 煤礦機(jī)械，2005（6）︰148-150.

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［5］ GB 1032—1985. 三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法［S］.

Analysis and Prevention of the Broken of High Voltage Motor Rotor Cage

Xu Feng
（Datang Luoyang Shouyangshan Power Generation Co.，Ltd，Luoyang，He’nan471900）

This article based our analysis on the squirrel cage of high voltage motor and end ring fault.It proposed the problems and solutions of High voltage motor in operation and maintenance that be concerned. At the same time，It also provided reference for the motor fault analysis and treatment experience of the same type.

high voltage motor； rotor cage； broken； preventive measures

徐峰（1971-），男，河南洛陽人，工程師，主要從事發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變配電設(shè)備等的檢修、安裝、試驗(yàn)工作。