经验分享 | 高压电机故障原因分析和防范措施

异步电机主要用于电动机，由于它是用电磁感应原理制成的，所以它又叫感应电动机。它是在工农业生产中应用最为广泛的一种电机。在发电厂中绝大部分电机是用来拖动锅炉和汽机附属设备的旋转机械的，如水泵和风机。

        异步电机之所以得到广泛的应用，是因为它具有结构简单、运行可靠、维护方便、效率较高、坚固耐用等优点，并且性能良好。

        异步电机的缺点：功率因数低，启动电流大，运行中从电网吸收大量的无功功率，大量的异步电机运行给电网带来了严重的负担，不能在较广泛的范围内经济、平滑地调速。虽然有上述缺点，但据统计，异步电机生产总容量约占电机制造工业生产总容量的65%，这也充分说明异步电机应用的广泛性和在国民经济中的地位。

        1 高压电动机故障的分类

        发电厂的厂用机械，如给水泵、循环泵、凝结泵、凝升泵、引风机、送风机、排粉机、磨煤机、碎煤机、一次风机、灰浆泵等都是用电动机来拖动。这些机械在极短的时间停止运行，也足以引起发电厂出力的降低，甚至停机，并有可能造成严重的事故。所以，当电动机运行中发生事故及异常现象时，运行人员应根据事故现象，迅速正确地判断故障性质及原因，采取有效措施，及时处理，防止事故扩大(如发电厂出力降低、整个汽轮发电机组停止运行、重大设备损坏)，造成不可估量的经济损失。

        电动机在运行过程中，由于维护和使用不当，如频繁启动、长期过负荷、电机受潮、机械性碰伤等，都有可能使电机发生故障。

        电动机的故障一般可分为以下几类：①由于机械原因引起的绝缘损坏，如轴承磨损或轴承乌金熔化，电动机尘埃过多，剧烈振动，润滑油落到定子绕组上而引起绝缘腐蚀、破坏，从而使绝缘击穿造成故障；②由于绝缘的电气强度不够而引起的绝缘击穿。如电动机的相间短路、匝间短路、一相与外壳接地短路等故障；③由于过负荷而造成的绕组故障。如电动机的缺相运行、电动机的频繁启动和自启动、电动机所拖动的机械负荷过重、电动机所拖动的机械损坏或转子被卡住等，都会造成电机绕组故障。

        2 高压电机定子故障

        某发电厂的主要辅机都配备的是高压电机，电压等级为6kV，由于电机运行条件比较恶劣，且电机启动频繁，水泵漏水、漏汽和安装在负米以下的受潮等，严重地威胁着高压电动机的安全运行。再加上电机制造质量不良，运行维护存在问题，管理工作差等原因，高压电动机事故很频繁，严重影响发电机的出力和电网的安全运行。例如：引、送风机双侧只要有一侧故障不能运行，就引起发电机出力下降50%。

        2.1常见故障有以下几种

        ①由于启停频繁，启动时间长，加上带负荷启动，加速定子绝缘老化，导致启动过程中或运行过程中发生绝缘损坏，烧毁电机；②电机质量差，定子绕组端部连接线焊接不良，机械强度不够，定子槽楔松，绝缘薄弱。尤其是槽口之外，经多次启动，发生连线断裂，绕组端部绝缘脱落，造成电机绝缘击穿短路或接地短路，烧损电机；③电机引线断裂、电缆接线断裂发生短路或接地短路放炮起火烧损电机。原因是选择引线规格低、质量差，运行时间长，启停次数多，金属机械老化，形成接触电阻大，绝缘变脆、发热，导致电机烧损。电缆接头多数由于检修人员在修理过程中，操作不规范，作业不慎造成机械损伤，发展到电机故障；④机械损坏引起电机过载烧坏，轴承损坏引起电机扫膛，造成电机烧坏；⑤配电装置检修质量不佳、失修引起三相不同期合闸，形成的操作过电压，引起绝缘击穿，烧坏电机；⑥电机处在多灰尘环境中，电机定、转子之间进粉进灰进物造成散热不良、严重摩擦，致使温度升高烧损电机；⑦电机有进水进汽现象造成绝缘下降，导致短路放炮烧坏电机。大部分是运行人员冲洗地面不注意造成电机进水或设备漏水漏汽发现不及时而造成电机烧损；⑧电压过低，电机启动力矩小，转不起来，并且连续多次启动电机，造成电机过电流烧损电机；⑨电机控制回路故障、元件过热击穿、特性不稳定、断线、串动失压等造成电机损坏；10电机保护不健全，电机增容更新保护不及时造成电机损坏。尤其是低压电机零序保护未安装或更换大容量新电机，保护定值未及时更改，形成大电机小定值，多次启动不成功；11电机一次回路上的开关、电缆断线缺相或接地造成电机烧损；12绕线式电机定、转子开关时限配合不当，造成电机烧坏或达不到额定转速；13电机基础不牢固、地脚未紧固好引起振动、晃动大大超标，将电机损坏。

        2.2原因分析

        电动机制造过程中少数静子线圈引线头(段)残留严重缺陷，如裂纹、裂口等内在因素，而电机运行过程中由于工况不同，(重负载以及启动频繁的转动机械等)只是起着加速故障发生的作用。此时电动力较大，它引起静子线圈的连线与极相之间联线的强烈振动，促使静子线圈引线头残留的裂纹或裂口逐渐扩展。结果是线匝缺陷处未断裂部分的电流密度达到相当大的程度，该处铜导线遂由于温度的上升而引起刚度陡降，从而发生烧断、飞弧。单根铜导线绕制的线圈，当其中一根发生断裂后，另外一根通常是完好的，所以尚能启动，但是随后的每次启动先断裂铜导线断口距离只要在可以起弧的距离以内，均可能飞弧烧伤相邻的另一根已经增加了相当大电流密度的铜导线。

        2.3防范措施

        建议制造厂加强工艺流程管理，如绕组的绕制工序、线圈的引线头清理打砂工序、线圈嵌线后的绑扎工艺、静止线圈连线、焊头前引线头的弯折(平弯成立弯)整理工序，对中型以上的高压电机最好采用银焊接头处理。运行现场对新安装和大修后的高压电机利用机组定期小修机会做耐压试验和直阻测量。定子端部线圈绑扎不牢，垫木块松动，绝缘磨损，由此而引发电动机绕组击穿和短路，烧损电机。此故障大都发生在端部引线，主要原因是线棒成型较差，端部线型不规则，还有端部绑环太少，而且线圈与绑环靠得不紧，还有检修工艺差，运行中常发生垫块脱落。槽楔松动是各种电机普遍存在的问题，主要是由线圈造型差，槽内线圈的结构和工艺不良引起的，同时，电机运行中槽楔松动导致线圈在铁芯槽内剧烈振动，造成对地短路，使线圈和铁芯烧损。

       3 高压电机转子故障

        高压笼型异步电动机常见故障有：①转子鼠笼条松动，断裂和开焊；②平衡块及其固定螺丝在运行中甩出将定子端部线圈损伤；③运行中转子铁芯松动，变型、凹凸不平造成扫膛和振动。其中最严重的是鼠笼条断裂问题，这是发电厂长期存在的问题之一。

        在火电厂中高压双鼠笼感应电机启动笼(又称外笼)铜导条断裂、甚至折断，因而损坏电机的静止线圈，直到目前仍然是最常见的故障。从生产实践中我们认识到，脱焊或断裂的最初阶段是启动时有冒火现象，脱焊或断裂端侧的半开口转子铁芯迭片烧熔，并逐步扩大，最终导致断裂或脱焊的铜导条部分甩出，擦伤静止铁芯和线圈绝缘(甚至折断一小股)，使电动机静止线圈严重损坏，还可能造成更大的事故。在火电厂中，钢球磨由于在停机时钢球与煤凝结在一起产生较大的静力矩，给水泵由于出口门不严带负荷启动，还有引风机由于挡板不严电机反转启动。因此，这些电动机启动时要克服很大的阻力矩。

        3.1故障机理

        国产中型以上高压双鼠笼感应电机启动笼在结构上存在问题。一般是：①短路端环托于全部外笼铜导条，与转子铁芯间距较大，端环内周围与转子铁芯不同心；②短路端环穿铜导条的孔眼多为直通空眼形式；③转子铜导条与线槽的间隙往往小于05mm,铜导条在运行中振动幅度较大。

        3.2防范措施

        ①铜导条在短路端环外圆堆焊连接，丰镇发电厂的排粉机电机为高压双鼠笼电机，启动笼铜导条全部焊接于短路端环外圆周。堆焊质量差，经常出现脱焊或断裂，造成定子线圈损坏事故。②短路端孔眼形式:目前生产现场应用的国产高压双鼠笼电机的短路端环的孔眼形式，一般常见有以下4种形式：直通孔眼式、半开口直通孔式、鱼眼孔式、深沉孔式，尤以直通孔式为最多。生产现场更换的新短路端环，通常采用鱼眼孔式和深沉孔式两种形式，当铜导体下料长度适宜时，填充焊料的空间并不大，使用银焊料也不多，且焊接质量易于保证。③铜导条与短路环的焊接和脱焊、断裂情况：在所有接触的百余台高压电机中所遇到的启动笼铜导条脱焊与断裂的故障事例，基本上是短路端环的孔眼为直通孔眼式。导体穿出短路环外侧面，其铜导体端头也有部分熔溶状态，焊接质量一般良好。铜导体穿入端环二分之一左右，由于焊条与焊料温度太高施焊时间长，部分焊料通过铜导体外圆表面与端环孔眼之间的间隙流出聚集，易出现铜导体断裂。④简易查找焊接质量的焊点：对于启动或运行中经常冒火花的高压电动机一般说来都有启动笼铜导体脱焊或断裂现象发生，也容易找到脱焊或断裂的铜导体故障点。新安装和投入运行后的第一、二次大修中的高压双鼠笼电动机全面检查启动笼铜导体工作是非常重要的。在重焊处理时，应注意全部更换启动笼导体，要对称交叉焊接，不要从一个方向依次进行焊接，以免使短路端环瓢偏。另外，短路端环内侧与铜条进行补焊时，应防止焊接处呈球珠状外形。

        3.3对转子断笼分析

        ①发电厂主要辅机的电动机不少均发生过断笼条故障，然而经常发生断笼的电动机大都是那些启动载荷较重、启动时间较长和启动比较频繁的电动机，如磨煤机、送风机、引风机的电动机；②新投入运行的电动机一般并不立即发生断笼，总要经过几个月或几年运行才会发生断笼故障；③目前，常用的笼条截面为矩形或梯形的深槽转子和圆形的双笼转子都发生过断笼，且双笼转子的断笼一般均限于外笼条；④发生断笼的电机笼条与短路环的连接结构也是各式各样的，一个厂家的和一个系列的电机有时也不一样；有短路环只靠笼条端头支持的悬空结构，也有短路环直接嵌装在转子铁芯的压铁上的结构。发生断笼的转子，其笼条由铁芯伸出至短路环的距离(伸出端)长短不等，一般双笼转子外笼条的伸出端长约50mm~60mm；深槽转子笼条的伸出端长约为20mm~30mm；⑤笼条断口发生的部位绝大多数在伸出端与短路连接外(笼条焊接端)。以前丰镇发电厂电动机在检修时，曾用两半截旧笼条拼接使用，但因拼接质量差在以后的运行中拼接接口开裂，便表现为断口移出槽内。有的笼条原来就有气孔、砂眼、夹皮等局部缺陷，断口也会发生在槽内；⑥笼条断开没有显著的变形，没有塑性材料被拉断时的缩颈，断口吻合的很严密，属疲劳性断裂。还有笼条与短路环焊接处开焊也很多，这与焊接质量有关，然而与笼条断性质一样，两者受破坏的外力来源是同一个；⑦凡是发生断笼的电机，笼条在转子槽内都比较松，修理更换下来的旧笼条上有被铁芯槽壁硅钢片凸出部分磨出的槽向细沟，这说明笼条在槽内是活动的；⑧断笼条不多时，在启动过程中可以从定子出风口和定转子气隙内看到火花，断笼条多的电动机启动时间明显加长，并伴有明显的杂音。当断裂集中在圆周的某一部位时，电机的振动会加强，有时导致电机轴承损坏和扫膛。

        4 其他故障

        主要表现为：电动机轴承损坏、机械卡死、电源开关缺相、电缆引线接头烧断缺相、冷却器漏水、风冷却器进风口与出风口积灰堵死等原因造成电机烧损。
        5 结束语

        经过上述对高压电机故障及故障性质的分析，以及对现场所采取措施的阐述，有力地保证了高压电动机的安全和稳定运行，提高了供电的可靠性。但是由于制造，检修工艺不良，再加上在运行中又受到漏水、漏汽、受潮、运行管理不当等因素的影响，均会出现各种异常运行现象及较严重的故障现象。因此，只有加强对高压电机检修质量的严格把关和加强对电机全方位的运行管理，使电机达到健康运行状态，才能保证发电厂安全、稳定、经济运行。