高压电机转子铁芯膨出故障与处理

2018-04-28范孟湘

综合智慧能源 2018年3期

范孟湘

(大唐环境产业集团股份有限公司三门峡项目部，河南陕县 472100)

0 引言

高压电动机是发电厂的重要电气设备之一，由于高压电动机具有额定电压高、功率大、应用范围广、所带负荷重要等特点，往往运行中一旦出现故障，会对发电机组正常运行造成很大影响，甚至造成非计划停机等严重后果[1]。电动机运行中损坏的原因与出厂质量、运行环境、运行情况、日常检修维护、使用时间等有直接关系[2-3]。本文对电动机转子故障及维护进行分析，仅供处理故障时参考。

1 大型高压电机检修存在的问题

在运行中发现增压风机电机冷却风罩与电机结合面处向外冒烟，运行人员联系紧急停运增压风机。对风机、电机轴承温度、振动、线圈温度、电流等历史参数调阅和比对分析，均未发现异常。对电机驱动端、非驱动端轴瓦进行解体检查未见异常，打开电机前后端盖及定子顶部盖板检查电机内部铁芯、线圈等未见明显异常。测量电机绝缘、直阻测量合格，电机进行耐压试验合格，某发电厂增压风机主要参数见表1。

为进一步查找故障原因，决定进行对电机进行抽转子检查。由于升压风机电机自重39 730 kg，顶部检修葫芦最大起重量为16 t。风机电机抽转子受到限制，据现场实际情况，需采用拉电机定子的方案进行检修[4]。具体方法如下。

在电机风叶端基座处安装2根#30工字钢加长基座，长度为4 000 mm，宽度为308 mm。2根工字钢之间用#10槽钢连接加固，并将加长基座用水平尺找平、找正，并在末端焊接2只吊环，用于将电机外壳向后移动。在工字钢上平面焊接上宽60 mm厚5 mm的扁钢，并涂抹黄油，利于电机定子外壳顺利向后滑动。将对轮端用钢架固定，后端将外风叶轮毂拆除。选用φ325×10厚壁无缝钢管，且对管口加固，套于风叶轴上。形成加长轴。在加长轴末端用钢支架固定，翻出轴瓦。拆掉前轴承端盖放于对轮支座处固定。将内风扇叶轮拆除，固定在电机壳内，防止碰伤绕组。拔出电机定位销，拆掉固定螺钉。在加长基座末端吊环处挂上2只5 t手拉葫芦，并连接电机外壳，缓慢拉动电机外壳，并注意保持平衡，动静气隙。检查修理后,利用原基座起重点,拉回电机外壳,观察定位销孔,就位后,安装风叶,端盖,回装轴承,调整气隙中心,恢复电机原始状态。

表1 某发电厂增压风机电机主要参数

电机解体后检查发现电机定子、转子中间段部位有摩擦扫膛痕迹，定子膛内七点钟方向部位摩擦痕迹较重。进一步检查发现转子有2根鼠笼条从端部与短路环联接焊缝有开焊现象，并有松动；定子铁心与机壳焊接位置开焊4处；转子铁心紧固螺丝开焊6处，铁心与支撑筋有开焊现象，扫膛部位通风槽堵塞。转子铁心用百分表测量发现，扫膛部位通风槽堵塞，大部分铁心有膨胀突出(以下简称膨出)现象，如图1所示。扫膛部位膨出最大2.2 mm，未扫膛部位膨出在0.8～1.3 mm之间。经测量，线圈绝缘、直阻合格。定子铁心温升试验结果：温升15 ℃，温差45 ℃，最高温度80 ℃(磨损部位)，最低温度35 ℃(正常部位)，严重不合格。

2 电机转子故障原因分析

对电机的解体详细检查，电机异常的原因如下。

图1 某高压电机铁芯膨胀突出故障

(1)直接原因是电机转子鼠笼条端部、加强筋开焊，电机转子存在较大弯曲，电机中间部位气隙超差，电机运行过程中铁芯逐步松动、造成螺丝开焊，铁心膨出，膨出(转子铁芯中间部位膨出最大2.2 mm)超出定转子铁心间隙时，发生定、转子扫膛故障。

(2)电机转子在制造过程中存在工艺缺陷，转子铁芯与内部加强筋只在转子两端焊接，中间部位没有焊接，转子大部分铁心有膨出现象。

(3)高压电动机启动频繁，其启动电流是笼条额定工作电流的数倍。电流热效应使笼条迅速发热，使其机械强度下降，导致笼条断裂。

(4)增压风机电机转子铁芯质量12 t，由于刚性的因素，转子中间部位是薄弱部位，有下沉的可能。

3 解决措施与效果

对电机定子铁芯与机壳结合处补焊，电机定子铁芯与机壳结合处全部进行焊接(之前只有点焊并未满焊)，保证电机定子铁芯与机壳接触牢固；电机通风槽修复及清洗烘干；确定好电机转子尺寸，利用车床将电机转子膨出部位铁芯车削加工处理，将转子鼠笼条补焊，转子鼠笼条两端开焊处加固；固定螺丝进行补焊加固；驱动端和非驱动端轴瓦修复，转子铁芯与支撑筋全部加固焊接，定、转子清洗烘干；真空压力浸漆。

转子弯曲度检查；转子动平衡试验初始不平衡量首端56 g，末端69 g，动平衡试验剩余不平衡量首端8 g，末端9 g；定转子铁芯酸洗处理；温升试验；定、转子喷高阻绝缘覆盖漆；定子线圈耐压9 kV试验通过，直流泄漏合格，整体回装。直流电阻测量值符合相关要求，电机空载试运合格，带负荷投运正常。

4 防止电机转子膨出故障的检查

(1)为了避免运行中转子与定子摩擦，必须定期检查电机定子与转子间的气隙(电动机两端端盖各有3个测量孔)，最大气隙与最小气隙之差与平均值之差不应大于平均值的±5%(3 mm以上)。

(2)检查出线盒的密封是否良好，发现密封胶圈、密封垫老化应及时进行更换；定期检查电源电缆在出线盒入口处是否固定牢固，无晃动磨损现象，发现固定不牢的应及时加固；定期检查电源电缆接头或接线柱接触是否紧固，电缆接头和接线处是否有烧伤现象，出现以上现象，应及时停运检查和更换。

(3)焊接转子使用成型裸铜导体，笼条两端与裸铜端环焊接形成绕组回路。笼条的截面分为圆形、矩形、楔形等各种形式，笼条端环采用钻孔后与对应铜条焊接。有些电动机没有钻孔，只是表面进行焊接，这种工艺特别容易因应力、电磁力等其他外作用力产生裂缝。对于两极高速电机，由于笼条端环不是整体铜料制成，易造成焊接不良，在正常使用中受热应力易造成笼条端部开裂。开裂后，开裂部分甩出会刮伤电动机定子绕组绝缘层，造成相间内部短路或内部对地短路。鼠龙条断裂一般发生在伸出转子铁芯端部靠近笼条端环焊接处。开裂的一般原因是长时间受热力和电磁力而产生疲劳损伤。

根据上述故障原因，可采用的方法为：检查笼型电机转子是否有过热、磨损、断条、断环现象，合格标准为转子铁芯无过热，变色，磨损，烧伤，锈蚀等现象，转子铁芯压接良好，压铁无开焊现象，鼠笼条及短路环无裂纹及断条现象；检查转子风扇、通风孔、本体、平衡块等有无断裂、磨损、松动等情况；检查转子轴径、轴承室同轴承的公差尺寸及配合情况；检查转子是否有弯曲变形现象。还要进行转子外圆及同心度检测，转子各部位紧固检查，焊接检查做探伤试验。必要时转子做动平衡校验。每次电机大修时检查电动机转子内部加强筋焊口，必要时进行补焊，对电动机转子进行弯曲度检查，应符合相关标准。