高压电动机转子断条原因分析及处理

发布时间：2020-10-20

　　摘要：在电力生产过程中，高压电机广泛运用在汽轮机及锅炉辅机设备中，如球磨机拖动电机等。重载启动电机，在启动过程中，由于启动时间长，启动力矩大，易造成笼条断裂，给安全生产造成影响。

　　关键词：转子断条;故障处理

　　异步电动机是一种将电能转变为机械能的交流电动机，又称感应电动机，高压异步电动机是指额定工作电压为3~10KV的交流电动机。

　　在电力生产过程中，高压电机广泛运用在汽轮机及锅炉辅机设备中，如球磨机拖动电机等。重载启动电机，在启动过程中，由于启动时间长，启动力矩大，易造成笼条断裂，给安全生产造成影响。

　　1 造成笼条断裂的主要原因

　　1)启动时转子笼条温度很高，使机械强度下降

　　因而异步电机启动时的定转子电流都将很大的，造成转子笼条导体的温度升高，根据计算，短时笼条温度可达300℃，机械强度下降，容易断裂。异步电机启动时起动电动很大而起动转矩不大，其主要原因是起动时转子功率因数很低，起动电流中主要是电感性的无功电流，它使供电系统的电压大幅下降，使起动转矩下降为额定转矩的0.9倍，而由于系统电压的下降使得很启动的时间进一步延长，而加剧转子笼条的损坏断裂。

　　2)为了使启动转矩有所提高，改善电机的启动特性，大多数重载启动电机都采用了深槽式或双笼式结构。内笼选用工业纯铜为原料，材质一般为T1、T2;外笼一般采用黄铜材料，其电阻较大，有助于起动特性的改善，其机械强度较高，增强抗断条能力。起动时主要是外笼电流较大，发热严重，但黄铜材韧性较差，容易在端环部裂焊。

　　3)笼条和端环焊接方法不对，焊接内应力未彻底消除，端环变形导致开焊或断裂。

　　4)频敏起动和长期过载运行时产生的电磁力和机械的离心力的作用，导致笼条开焊或断裂。另外，由于漏磁通的作用，使笼条产生电磁力，这个力与电流的平方成正比，把笼条拉向槽底，并以两倍于基波频率脉动，也会使金属疲劳断裂。

　　5)制造原因，其中有设计原因即起动容量不够;还有工艺原因，包括焊接工艺不良，机加工有误差，造成笼条穿入时就受一个弯曲应力。

　　2 转子断条后的主要异常现象

　　电机起动转矩下降

　　电机满载运行时，三相电流表指针周期性摆动;

　　转速偏低。

　　3 转子断条的检查方法

　　1)外观检查

　　拆下端盖，抽出转子1/3左右，转子周围垫上绝缘纸，不与定子铁芯接触。通入三相低压电，把锯条放在露出定子铁芯的转子槽口上，观察振动情况，然后转动转子位置，重复逐槽检测，有断笼故障时，锯条片的振动较正常的小。

　　2)铁粉检查方法

　　在转子两端通入12~24V的交流电，150~200A的电流(接线如图)，并在转子表面撒上铁粉，则吸附少的转子部位可能是断条的部位。

　　4 铜笼断条故障的修复

　　铜笼转子90%以上故障是导条与端环开焊或导条在端环焊接处断裂。一般断口裂缝不明显，如不仔细检查，就难以发现，断面一般呈平面，并有光亮，属于疲劳断裂。起动笼条故障多于工作笼条，其原因是由于导条焊接工艺不当，有热应力存在。同时导条在槽内松动，导条与端环孔配合不当等因素。当转子运行时，导条又遭受电磁力和离心力作用，造成了在焊接部位开焊或断裂。

　　检查方法是：可用手锤敲击，由声音来判别，断裂的导条会发出喑哑声。对于较大容量的转子可采用双台开口变压器来检查。两台开口变压器，一台供励磁，一台供测量。当励磁变压器通入单相交流电后，绕组有励磁电流流通，并以转子铁芯的闭合磁路，形成高变磁场。高变磁场切割笼条而感应电势，产生感应电流，此电流又会在其周围建立高变磁场，切割探测变压器线圈，感应电动势，在毫伏电压表上就有指示。当电压值比正常值小25%时，则表明笼条内有缩孔、夹杂物等缺陷，当电压值比正常值小5%以上时，则有断裂故障。

　　铜笼条与端环的联接，在现场的修理方法一般是采用氧—乙炔焰钎焊方式。采用这种工艺，要特别注意最大限度地消除或减小焊接后产生的应力，因为这种应力是再次产生断条的主要原因之一。

　　要掌握现场氧—乙炔银钎焊的工艺，是修理过程的重要一环。其主要工艺如下：

　　端环预热

　　在焊接前必须用两支以上焊枪，将端环均匀地加热至800℃左右，使之呈现红色。

　　焊接

　　端环与笼条周围用气焊枪加热至熔化状态，将银焊料熔化后填满在二者间隙中，采用对称交叉焊的方式，每边连续焊接最多不得多于3~5个。全部焊接完毕后，再将端环整体均匀加热至350~400℃，并做适当保温，使之慢慢冷却，以使其内部金属结构不发生变化，消除应力。

　　刷洗

　　待端环部温度降至150~200℃时，用10%~15%的柠檬酸水溶液刷洗焊接部位，去掉焊接溶剂。

　　热水冲洗

　　用50~70℃的热水充分冲洗转子，特别是将焊接处的溶剂冲洗干净。

　　烘干

　　待热水将转子冲洗干净后，滴尽余水，将转子置入烘干房中，在115℃±5℃温度下，烘干3~4小时，自然冷却后即可转入机械加工及平衡试验环节。

　　在焊接过程中，一般采用的焊料是含银45%的银基磷铜钎料，其余为Cu，含有一定量的磷，硬度较高。

　　对于少量笼条断裂故障时，一般是铣床上铣去断裂笼条与端环焊接处，打出已断笼条，消除槽内杂物，换入同规格和材质的笼条，重新焊接。对于大量笼条断裂的电机，要将端环取下，并将其进行机加工，机械配合精度不够时，仍会产生笼条断裂。

　　将新的笼条穿入槽内后，要求笼条与端环孔内的配合间隙为0.15mm左右，后按上述工艺进行焊接。

　　对于高速电动机，为减少端环离心应力，在端环一端一般套有合金钢或玻璃钢护环，所以在重新焊接端环后，由于端环变形，原来的配合被破坏，这时就需要在端环上紫铜焊条堆焊一层，然后加工到原来配合公差，一般采用过渡配合。

　　另外，断条的一个重要原因为笼条振动，因此，采取措施，减少晃动，就可以预防断条事故的发生。一般现场采用如下方法：

　　洋铳把转子槽口在沿全长几个局部地方打下去，这样能压住笼条，使之不能振动。

　　用环氧树脂灌入槽内间隙，固化后，笼条位置也被固定。

　　5 焊接实例

　　实例电动机型号及数据。型号为YKK560-10, Pn=500KW, Un=6KV, In=67A,n=596r/min, F级绝缘，转子为梯型笼条，材质为T2紫铜。

　　故障情况。经解体检查，两侧端环共有18根断裂，槽口有过热现象。

　　修理方法及过程

　　此次更换笼条和端环的焊接，仍采用氧—乙炔45%银钎焊方法。四位焊工用双焊对称焊接。由于笼条两端车成2×45°倒角，笼条和端环笼条孔间隙在0.1~0.15mm间，焊接前保证端环平面与轴线垂直。由于两端环合在一起车削内外径端面，保证同心度，焊接时焊料均匀饱满地填在间隙之间。最后进行槽内涨型，并进行校正平衡，表面喷涂绝缘覆盖漆。

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　　6 总结

　　鼠笼式感应高压电机由于结构简单，制造容易，价格较低，解决了转子断条问题后，运行的稳定性、可靠性、经济性，进一步得到了保证。据有关统计，由于转子笼条断裂及其所引发定子故障，占电机总故障的55%，解决了断条事故，就能使电动机更好地为电力生产服务，减少经济损失、优化运行条件。——论文作者：荆树友 宋贤刚