浅析一种判定电机定子绕组三相电阻不平衡故障方法
2018-05-30中车永济电机有限公司李春波
中车永济电机有限公司 李春波
引言
电机定子的三相电阻不平衡，会造成电压不平衡，三相负载不平衡，从而使电机效率下降，输出亏耗，也会导致电机局部过热烧坏用电设备引发火灾。本文通过一种数据计算分析法可快速判定不平衡原因。
1.直流电阻三相不平衡的原因简析
三相电阻不平衡度国家标准要求Y型接法≤2%。根据定子绕组电阻的组成因素及现场实践经验分析，总结以下问题：①中间连线不实，即存在虚接；②一匝多股的绕组，接线时有的线股未接上或中间有断股现象；③导线粗细不均或电阻率有少量差异；④匝数多少有误；⑤故障后是否因短路冲击电流产生的内应力，使绕组因变形而发生匝间、相间短路故障。 这些问题都可导致定子三相电阻不平衡现象的发生。
2.直流电阻三相不平衡的案例分析
下面以某型号电机发生三相不平衡故障数据计算分析过程为例进行说明。定子直流线电阻设计值R20℃=0.2359Ω，联线方式为三相4级，并联支路数2，Y型接法，槽数72，每极每相线圈数为6支。
2.1 案例一
印度某机车电机，故障原因：电机三相电阻不平衡，RUV=386 mΩ，RUW=386 mΩ，RVW=260 mΩ。分析过程如下：
首先先判定电缆线完好处于导通状态，再依据标准阻值换算至实际温度，实测温度50℃，根据计算R50℃=235.9（235＋50）/（235＋20）=263.7，对比发现RVW阻值比较接近，确定VW相完好，则相电阻为130 mΩ，每相中一条支路的电阻为260 mΩ，若U相有一条支路断路，则UV、 UW的电阻应为390 mΩ，此数值与故障数值386 mΩ接近，由此可先判定造成电机三相电阻值不平衡的原因为U相回路中有一条支路断路：
1、线圈内部匝短断路，造成U相回路中一条支路断路；
2、过桥线或线圈小并头烧损断路，造成U相回路断路；
2.2 案例二
印度某机车电机，故障原因：电机三相电阻不平衡，RUV=263 mΩ，RUW=283 mΩ，RVW=263 mΩ。分析过程如下：
依据标准阻值换算至实际温度，实测温度75℃，75℃时的标准阻值为287 mΩ，此数值与UW的阻值283 mΩ相当，可以认为UW两相绕组完好，而其余两个的线电阻偏差均为20 mΩ，故可判定零环与各相的焊接应为完好状态。由此判断问题在V相线圈上，即V相的支路上有线圈匝短造成短路，根据UW的阻值283 mΩ进行计算，若V相的匝短线圈出在同一条支路上，则：
其中M代表匝短线圈数，当M=3时， RUV=RVW=262.786 mΩ，与电机实测数据相符；若V相的匝短线圈出在不同支路上时，则：
其中X为V相一条支路上的线圈匝短数，Y为另一条支路上的线圈匝短数，当X=1，Y=2时，RUV=RVW=265.03 mΩ，与电机的实测数据比较接近。由此推断造成该电机三相电阻值不平衡的原因可能为：
1、V相回路中有一条支路因线圈匝短造成三支线圈短路。
2、V相回路中一条支路因线圈匝短造成两支线圈短路，另一条支路因线圈匝短造成一支线圈短路。
2.3 案例三
印度某机车电机，故障原因：电机三相电阻不平衡，RUV=365 mΩ，RUW=278 mΩ，RVW=202 mΩ。分析过程如下：首先对该电机的数据进行分析计算，
由此的出相电阻RU=220.5 mΩ，RV= 144.5 mΩ，RW=57.5 mΩ。
对比同列机车上同型号另台定子相电阻为142 mΩ，与本台电机的RV= 144.5 mΩ接近，且75℃时的标准相阻值为143.5 mΩ，推断该数值也应为推算至75℃时的阻值，由此分析：V相的回路应该处于完好的状态；U相可能为一条支路断路，另一条支路有3支线圈短路。
W相问题若出现在单条支路上，则有9只线圈短路（结果RW会是57.8mΩ），与实际数值57.5 mΩ相吻合；若出现在两条支路上，则一条支路中有1支线圈短路，另一条支路中有9只线圈短路（结果RW会是56.77mΩ），从数值上判断，单条支路有9只线圈短路烧损的概率较大。
可以从案例分析总结出规律，三相阻值中，若两相大，一相小，计算标准值与实测值对比，若阻值小的相近，则确认某一相存在断路现象；若两相小，一相大，对比标准，若阻值大的相近，则确认某一相存在匝短现象；若三相各不同，计算出各自的相电阻与标准值对比，确认问题所在。
3.结论
本文根据生产实践中的经验，通过上述三个案例，我们总结出一种阻值计算分析法来判定导致三相电阻不平衡的原因及故障点确认。通过本文的分析讨论,为今后定子直流电阻不平衡的问题提供参考、借鉴。
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