高压电动机故障原因分析及预防措施

摘要：本文介绍了高压电动机的结构以及运行特点，对高压电动机烧损的对事故原因进行了详细的分析，并对防止高压电动机运行中损坏，从设备管理、检修管理到运行管理等多方面提出了有针对性的措施。

关键词：高压电动机绝缘 烧毁笼条 断裂 措施

中图分类号：TM32 文献标识码：A

高压电动机作为发电厂的重要辅机，对电厂的安全运行、稳发、满发及经济效益都具有重大影响。高压电动机频繁的损坏对主机的安全运行已构成相当严重的威胁，同时也造成了巨大的直接和间接的经济损失，认真总结高压电动机的损坏情况，深入分析损坏原因，制订相应的措施，已成为不容忽视的重要课题。

高压电动机故障类型及原因：

1、事故类型：

1.1定子损坏的故障：a）定子线圈端部绑扎不牢，线圈与端环间磨损造成击穿、短路；b）引线断股或绝缘损坏烧毁及线圈间连接小辫开裂、开焊烧断；c）铁芯损伤及铁芯松动，压指断裂等损坏绝缘；d）接头过热、手包绝缘爬电，造成接地短路故障；e）电机进水或冷却器漏水，绝缘受潮引起接地短路；f）转子笼条开裂，划伤静子线圈造成接地短路；g）绝缘老化、开裂，造成试验击穿；h）静子线圈匝间短路；I）槽楔损坏或松动，线圈磨损引起绝缘损坏接地；j）电机进油，腐蚀绝缘；k）机内积灰过多阻塞风路，整体温度升高，绝缘过热老化；l）轴承质量差烧毁，造成转静子扫膛，接地、短路；m）双电机拖动设备，背轮棒削损坏，造成单电机过负荷；n）机械部分原因造成的电机大轴断裂、轴位移轴承烧毁、转静子扫膛；o）其它原因造成的接地、短路和线圈烧断；p）系统过压造成的电机绝缘损坏。

1.2转子损坏的故障：a）笼条开焊、断裂；b）大轴断裂；c）铸铝转子熔铝；d）转子大轴弯曲。

1.3轴承故障：按故障性质可分为滚动轴承和滑动轴承故障。

1.4其它故障：a）堵转，电机烧毁；b）膛内有异物等造成电机烧毁；c）进水接地、短路；d）系统过压造成的电机绝缘损坏。。

2、损坏原因

2.1定子线圈绝缘磨损，造成接地短路

a)定子线圈端部支撑端箍对端部线圈起支撑、紧固作用，它可以有效的防止电机在启动、短路及负荷过程中承受电动力使线圈扭曲变形，部分电机绑扎不紧或运行年久，绑扎已经松动，造成电机在正常运行和启动过程中端部线圈与端箍互相磨损损伤，引起定子接地或短路。

b)有的电机端部紧固不够，支撑处未垫适形材料，均是造成绝缘磨损的原因，当相距很近的两线棒绝缘磨破时，即使支撑端箍为绝缘材料支撑，也有发生闪络，造成短路的可能。

c)有的电机端部较长，但只有一个端箍，显然防止线圈扭曲变形的力量是不够的，这些均是造成线圈变形的原因。

d)部分电机因铁芯松动，磨破线棒绝缘，引起接地、短路，使电机烧毁。

2.2电机引线根部折断、烧毁及线圈间连接小辫烧断：

a） 制造和修理过程中，电机引线经受到反复扳弯，引线根部留下伤痕，一方面铜线易产生微裂纹和内应力，另一方面，引线和线圈分叉处如不加强包扎、加强紧固，无论其绝缘强度和机械承受力，都是弱点所在，在启动和运行过程中，受电磁力和机械振动的作用，产生疲劳断裂，发生断股，断股的发生又容易引起该处过热及匝间短路等，甚至完全烧断。

b）线圈间连接小辫也是容易发生事故的弱点所在，这些地方绝缘一般比较薄弱，且许多电机端部小辫较长，且小辫间无绑扎，在运行过程中，这些小辫受电磁力及机械震动的影响，容易发生损坏，特别是在启动过程中，电流为额定电流的5—7倍，由于线间电动力与电流的平方成正比，本来机械强度就较弱的连接小辫容易在启动过程中发生断股、开焊、折断，进而引起小辫烧毁，导致电机绝缘损坏。小辫的焊接方式、焊接工艺不良也是造成小辫烧断的原因之一。

2.3匝间短路

由于匝间短路引起高压电机烧毁，以前在事故分析中未引起足够的重视，特别是事故后返厂修理的电机，在线圈绕制、下线等工艺中，往往注意不够，造成匝间短路隐患，在电机修复后，也不进行匝间试验，不进行接手大修。

2.4电机运行环境的影响

由于漏灰、漏水、漏油而引起电机烧毁时有发生。电机接线盒进水，导致电机短路放炮；静子线圈长期受油浸蚀极易使绝缘老化；而灰尘堵塞静子通风孔会使线圈温升过高导致绝缘损坏。

2.5转子笼条开焊、断裂的影响

相当数量的电机烧毁是由于电机转子笼条开焊、断裂引起。笼条开焊断裂后翘起或甩出，划伤定子绝缘，引起接地或短路。对双鼠笼转子开焊或断裂一般从外笼开始，并在得不到及时处理的情况下，将会很快扩大，转子笼条之所以发生开焊和断裂与下列因素有关：a）与笼条在槽内紧固程度有关；b）与笼条和端环的焊接质量有关；c）与电机启动次数紧密相关。电动机在转动过程中，转子笼条中的感应电流与气隙磁通相互作用形成转矩，导条所受的电动力传给转子铁芯，使转子转动。当导条在槽内固定良好时，这个脉动性质的电动力表现为槽内导条对槽壁的压力，对笼条的外悬部分不产生作用，若笼条在槽内呈悬空状态，脉动力不但使导条产生振动，而且使导条交变弯曲，在笼条与端环焊接处，将附加一个2倍电流频率的脉动应力，这个地方所受力最大。另外，运行中离心力的作用，使导条产生静弯曲，最大的应力也在笼条与端环焊接处，该处在机械震动力、交变应力、静应力的综合作用下，最容易发生开焊和断裂，特别是在电机启动状态时，端环和导条中的感应电流很大，交变应力和机械震动力都达到很大的数值，更容易使该处开焊和断裂。一台新的电机笼条断裂发生的启始时间与启动次数直接相关，可以肯定的说，笼条的开焊和断裂主要发生在电机启动过程中。另外，启动过程中，笼条和端环中流过相当于额定电流5—6倍的启动电流，使笼条、端环产生200—300K的温升，引起的热变形使笼条受到比离心力高约6倍的静弯曲应力。频繁启动，特别是启动时间长，重载频繁启动，将使定子绕组和转子导条、端环等产生超过其材料限值很多的温升，使导条、端环的机械强度下降，更易产生断裂和开焊以及定子绝缘加速老化。转子笼条与端环焊接部位开焊的原因还与焊接质量有关，一方面因为一般都采用手工气焊，各笼条焊口长短不同，以及焊接时受热不均，造成预应力存在；另一方面，导条深入端环处的孔眼是什么形式，也有很大关系，没有坡口的普通口很难保证焊接质量，特别是修理过程中的开焊处的补焊，往王由于各零件间的距离限制，使焊接不彻底，该处接触电阻很大，在启动过程中严重发热，很快又发生开焊。

2.6风机的负荷与挡板的开度有很大关系，甚至造成电机在反转的情况下启动，增加启动难度，延长启动时间，造成电机烧毁。

2.7电机轴承质量不高，以及运行中对轴承维护欠佳，导致轴承损坏，电机扫膛，烧毁电机。

2.8产品系列问题

国产电动机启动转距普遍小于1，为0.7—0.9左右，而实际上有些机械，例如磨煤机电动机的启动转距基本上是一个等于或略大于额定转距的恒定转距，所以目前的基本系列产品不能满足高启动转距和频繁启动的要求。国外一些先进国家的电动机根据启动转距分两类，即高启动转距和一般启动转距电动机。高启动性能电动机初始转距都在2以上，一般启动性能电动机最小转距倍数也在1.4以上，最大转距倍数约在1.9左右，这些国家高压电动机事故很少。目前我国也生产高启动转距的电机，可初步更换电机或更换转子，以缩短启动时间，避免转子断条、开焊。

二、提高高压电动机运行可靠性的措施

1、防止定子线圈烧毁

1.1电机定子线圈端部支撑为钢箍着应更换为绝缘材料或做措施，并把开口端箍改为闭口端箍，增加其抗冲击能力。凡定子线圈端部长度超过250mm者，均应再增设一道端箍，在线圈与端箍之间加适形材料（涤纶毡或羊毛毡）进行绑扎，吸收线圈的震动能量，减少因线圈震动及伸缩引起的绝缘磨损。线圈间绑扎线用涤玻绳连续绑扎，并浸环氧树脂，以增加其整体性。

1.2 电机引出线根部应注意加强其绝缘包扎及绑扎的牢固性，并在制造及检修中，尽量减少扳弯次数，防止因弯曲过度或弯曲次数太多引起断股及残留应力在运行中发生断股。

1.3 线圈间连接小辫应注意避免采取对接方式焊接，搭接应有足够的搭接面，注意焊接工艺及焊接质量，有条件时可考虑增加焊接头接触电阻的测量，并相互比较。连接小辫应采取加固措施，用玻璃丝护套绳把小辫之间连接起来浸漆、烘干使之成为一个整体，其绑扎应在原弧小辫两侧分别进行。经过这样处理，可增加小辫手电磁振动及承受电动力时的刚度，减少小辫折断和开焊的几率。

2、控制启动次数，避免频繁启动

电动机启动电流一般为额定电流的5—7倍，电机定转子发热及电动力均与电流的平方成正比。电机启动过程中，剧烈的温升导致各部分强度下降，绝缘加速老化，焊接质量差的地方及线圈断股处高温熔化。同时，巨大的电动力和振动容易导致引线、小辫处折断，绑扎松动处磨损及转子笼条断裂等故障。频繁启动，特别是频繁重载启动对电机的危害更大，许多故障及损坏，特别是转子笼条断裂、开焊都与频繁启动有着直接的关系，由于频繁启动造成的积累效应也不能不考虑。为保证安全生产，必须进一步做到减少大电机的起停次数。《大型火电设备风机用电动机技术条件》（JB/T6226-92）要求：电机启动，在冷态时，即在环境温度下可连续起动两次，在两次起动之间应自然停机；电动机热态时，在其温度不超过额定负载下稳态温度时可起动一次。由此看来，电机启动间隔在2小时以上，相当于冷态启动，电机的定子绝缘已经恢复了耐冲击强度，对电机的安全运行是极为有利的。否则电机静子线圈绝缘的寿命会大大降低。从电机的使用寿命看，据国外有关部门统计分析：在平均严苛条件下，静子线圈绝缘老化击穿的速度为每年5.52%，也就是在热因子、电压因子、开停操作因子、环境因子（包括温度、湿度、粉尘、腐蚀等）、机械因子（包括振动、负荷情况等）等综合作用下，电机静子线圈从投入运行到绝缘老化击穿的时间约为18年。起停5000次，绝缘寿命约降低40%，转子相当于运行20年。要针对服役时间较长的（18年及以上）、起停次数多的电机加强检查维护力度，在有能力时考虑对其逐步进行更换。

3、防止转子笼条开焊故障：

转子笼条开焊是电机行业长期努力解决问题。双鼠笼结构电机起动力距不大，在额定力距的1～2倍间，铜条截面较小，铜条在铁芯中较松。对启动风机类大惯量机械，因转子热容量不够，这种电机的转子笼条很快就会过热，特别在笼条与端环的焊接处，容易引起热疲劳损伤。对启动磨机类高阻转距机械，因启动力距不大，导条松动，频繁的启动冲击电流，使电机的转子笼条与端环的焊接处，受机械振动，容易引起疲劳开裂。对电机转子的改造，首先得了解负载情况。若拖动风机，则转子导条的截面积要足够大，以解决转子热容量为前提；若拖动磨机，则以提高电动机的启动力距为前提，辅以有效的铜排涨紧措施。电机转子的改造，一般采用梯形笼条较为合适。首先，梯形笼条电机的启动力距较大，导条截面积也可做得比较大。其次，由于铜排可进行有效的涨紧，散热又好，因此，这种梯形笼条结构很适合与这类电机的改造。

4、防止电动机引线接头故障：a）接线采用加大加厚的垫片，保证接触良好；b）采用铜铝过渡板解决电动机的铜鼻子与电缆的铝鼻子间的电腐蚀，逐渐将铝电缆的鼻子更换为铜铝过渡型。

5、控制轴承损坏：

重要转动设备的轴承是检修的重中之重，一定要严把质量关。新轴承使用前一定要按检修规程要求测量各个装配尺寸，并清洗检查，合格后方能使用。禁止使用不合格产品。供应部门要把住进货渠道，严防假冒伪劣产品进入。电机轴瓦磨损及温度高的主要原因是轴瓦接触面角度不合适，近几年夏季气温偏高，为了降低轴瓦运行温度，可安装轴瓦专用冷却器，其冷却效果比较明显。

6、装设限压保护装置：运行和试验证明，用少油或真空断路器开断感应高压电动机时，常会有较高的过电压产生，运行方式及是否采取了消谐措施等也极大的影响着是否存在谐振过电压的可能和谐振过电压的幅值，所以，除应尽量避免开断启动状态的电动机外，还应适当改变运行方式及采取适当的消谐措施，降低谐振过电压的幅值。可在电动机侧加装限压保护装置，如氧化锌避雷器等。

7、解决电机振动大的问题：a）电机运行中振动发生变化，声音异常时要及时进行检查处理；b）修后振动大的电机不能投入运行，最大限度地减少电机的振动，保证在合格范围内，如振动超标，应找出振动的原因，电动机单试振动大的，应找好动平衡；c）大修时对振动大的电机转子铁芯进行偏心测量校正，避免修后电机振动大；d）制作高压电机试验台，对大修的电机进行试验，保证修后电机的正常运行。e）研究改变电机与机械部分的连接方式，可考虑将刚性连接改为柔性连接。

8、要求运行人员严格按规定进行测量绝缘工作（备用电机夏季一周、其它时间两周）特殊情况如：雨天或电机淋水，对电机测绝缘并采取相应措施，备用机组启动前即使未达到测量周期也对电机进行测量绝缘的工作。启动时加强机、电、炉的联系，保证母线电压正常，使电机在正常参数下启动、运行。出现问题相互协调及时处理，并应加强对运行人员的培训。

为了减少高压电机损坏，应在管理上全方位入手，从设备管理、运行管理两方面制订了防止电动机烧毁的措施，并落实责任者、责任单位及监督人。这样，防止高压电动机烧毁从技术措施和组织措施两方面都得到了落实，电动机损坏事故就会大幅度下降。

参考文献：

电机学

电机修理改装手册

机修手册