西門子1120kW立式電機修復(fù)工藝技術(shù)研究

黎愛軍

（鋼集團工程技術(shù)有限公司，四川 攀枝花 617000）

1 電機損壞原因的分析

該電機損壞的主要原因是電機堵轉(zhuǎn)時間過長造成。堵轉(zhuǎn)時，電機的電流達到了額定電流的8倍左右，此電機采用自扇風冷卻系統(tǒng)，在堵轉(zhuǎn)的情況下是失效的。加之未設(shè)堵轉(zhuǎn)保護時間，電堵轉(zhuǎn)時間遠超廠家規(guī)定的時間，因此導(dǎo)致電機定、轉(zhuǎn)子的溫度急劇升高，最終使得轉(zhuǎn)子上籠籠條熔化，定子線圈在高溫作用下，絕緣失效，定子線圈接地放炮。

2 修復(fù)工藝技術(shù)研究

該電機為雙鼠籠異步立式電機。額定功率2240kW，額定電壓6000V，額定電流134A，頻率50Hz，轉(zhuǎn)速1485r/min，防護等級IP55。

相比國內(nèi)電機，該電機單位體積容量大、起動轉(zhuǎn)矩大（國內(nèi)同容量、同轉(zhuǎn)速的電機，重量達15噸，而該電機重近10噸）；同時電機的起動轉(zhuǎn)矩大，電機的設(shè)計起動時間為5秒，而國內(nèi)同類型的電機的起動時間一般在15～25秒。由此可見，在設(shè)計、工藝、材料等方面有其特殊性，這給修復(fù)工作帶來了挑戰(zhàn)。

2.1 電機損壞程度的確定

采用磁化試驗檢測電機定子鐵芯。除了已明確轉(zhuǎn)子上籠籠條端部全部熔化損壞和定子線圈接地放炮外，其定子鐵芯在高溫下是否片間短路，如果片間短路，則還需要對定子鐵芯進行處理。為此，我們制定了定子鐵芯磁化試驗方案并進行了試驗。試驗數(shù)據(jù)如下。

（1）經(jīng)計算：鐵芯平均周長 286．211cm，鐵芯截面積 874．38cm2，鐵芯體積 0．250257m3，鐵芯重量1952kg，勵磁線圈匝數(shù)5．15匝（取5匝），勵磁電流90A。

（2）試驗：勵磁電壓100V，勵磁電流76A，鐵芯損耗2100W（單位鐵損1．076W/kg）。

（3）鐵芯溫升試驗：鐵芯表面溫度無明顯的異常過熱點，最高點溫度與最低點溫度的溫差為2℃；鐵芯溫度穩(wěn)定后與試驗開始時的溫差為12℃。

平衡條件：55 ℃，30 min；萃取頭解吸條件：250 ℃，3 min；萃取頭吸附條件：55 ℃，40 min；氣相色譜條件：進樣口溫度：230 ℃，質(zhì)譜條件為四極桿溫度：150 ℃，離子源溫度：230 ℃，電離電壓：70 eV，方式為：EI，質(zhì)量掃描范圍：20～500 u[13,14]。

試驗表明：定子鐵芯的溫升合格，鐵芯質(zhì)量合格，符合國家相關(guān)標準。

另外，采用短路偵察器對電機轉(zhuǎn)子下籠檢測是否開焊、斷條；采用在機床上檢測是否存在嚴重的同心度變形等問題。通過檢測，定子鐵芯和轉(zhuǎn)子下籠不存在問題。

2.2 電機拆除工藝技術(shù)

西門子電機定子采用了真空壓力浸漬，其漆具有相當強的粘結(jié)力。為此，我們采用逐根拆除電磁線的辦法拆除線圈，對于殘留在槽內(nèi)的絕緣漆，則采用旋轉(zhuǎn)銼削的辦法予以清除；制作專用銑削工具對籠條進行對半銑削、打出。

2.3 電機各部材料選用

對電機過電壓計算后，選用電磁線絕緣、匝間絕緣材料為亞胺薄膜和玻璃絲，主絕緣材料為聚酰亞胺薄膜少膠云母帶和環(huán)氧玻璃少膠粉云母帶。由于該電機的定子槽楔（我國無這類的磁性槽楔材料）較國內(nèi)電機厚度少近二分之一，為了保證定子槽楔的強度、提高電機的起動轉(zhuǎn)矩，經(jīng)計算確定：采用高強度環(huán)氧玻璃絲布板、取消磁性槽楔（電機噪音和振動會略有增加，空載電流增加約0．8A，但不會對其安全運行構(gòu)成威脅。起動轉(zhuǎn)矩提高7%左右。）

從外觀、顏色等特征看，該轉(zhuǎn)子上籠籠條材質(zhì)與國產(chǎn)籠條材質(zhì)明顯不一樣。為此，我們對該籠條進行了電阻測試、抗拉強度試驗、屈服強度試驗和光譜分析儀掃描分析，確定了其化學(xué)元素的構(gòu)成（接近Qsn7-0．2錫磷青銅）。結(jié)合該電機的各項技術(shù)參數(shù)，對其起動轉(zhuǎn)矩、籠條的安全性能等進行了核算，在國內(nèi)某公司特制了轉(zhuǎn)子上籠籠條材料。

2.4 電機部分結(jié)構(gòu)改進設(shè)計

由于西門子電機的絕緣相當薄，其匝間絕緣材質(zhì)和結(jié)構(gòu)無法確定，而且我國絕緣材料的電氣強度達不到國外技術(shù)要求，加之電機的槽滿率高，為了保證絕緣的電氣強度，我們根據(jù)電機現(xiàn)場工況，核算其相關(guān)電磁參數(shù)后，認為可以通過減小20%導(dǎo)線截面積，提高絕緣的耐熱等級等措施，增加線圈的主絕緣和匝間絕緣厚度，以保證線圈絕緣的電氣強度。電機原電磁線線規(guī)2．80×4．75，改后線規(guī) 2．6×4．10。為了確定匝間絕緣結(jié)構(gòu)，我們對電機線圈匝間的最大過電壓值進行了計算，其值達2991V。根據(jù)匝間最大過電壓值和相關(guān)國家標準，受槽滿率高的影響，選用雙玻璃絲包雙層亞胺薄膜線的匝間絕緣結(jié)構(gòu)，雙邊絕緣厚度0．45mm，電磁線絕緣結(jié)構(gòu)為SBEMB-45/180-2YF1。為了提高主絕緣的電氣強度和耐熱等級，采取對線圈主絕緣半迭包6層少膠云母帶，與電磁線接觸的頭2層云母帶采用H級亞胺增強少膠云母帶，并對定子線圈絕緣采取防暈處理。

采取縮短線圈的端部長度、直線寬度等措施減小線圈的漏抗，提高電機的起動轉(zhuǎn)矩。

轉(zhuǎn)子上籠的結(jié)構(gòu)設(shè)計：一是由于轉(zhuǎn)子短路環(huán)已掉落，其上籠籠條長度無據(jù)可查，通過核算，重新確定了上籠籠條長度。二是原電機的上籠短路環(huán)與上籠籠條是采用高頻快速焊接（T形），采用端環(huán)銑沉孔的辦法，形成人工溶池，保證短路環(huán)焊接質(zhì)量。三是在轉(zhuǎn)子上部均布的4根上籠籠條上，加裝了同材質(zhì)的4根銅管，防止籠條（立式電機）在運行過程中下滑。

2.5 電機匝間絕緣處理工藝和焊接工藝

先采用D005漆作為匝間絕緣膠化漆，在線圈直線部位浸完D005漆2小時后，采用1/2～1/3疊包包扎0．03mm聚四氟乙烯薄膜脫模材料，入模膠化成型；線圈在170～190℃的條件下，對線圈進行匝間模壓；采用脫模帶直接作為保護帶；對電機定子采用VPI真空壓力浸漆。

上籠籠條的材質(zhì)為錫磷青銅，短路環(huán)的材質(zhì)又為紫銅，焊件是不同材質(zhì)。焊接前，我們制定了詳細的焊接工藝（進行了評定），保證了焊接質(zhì)量。

2.6 電機施工相關(guān)工裝

由于轉(zhuǎn)子上籠短路環(huán)需要利舊，且上籠短路環(huán)已經(jīng)沒有任何加工余量，因此需要保證在焊接時上籠短路環(huán)與轉(zhuǎn)子軸心線同心。為此，我們設(shè)計了電機轉(zhuǎn)子短路環(huán)精準定位裝置，保證了上籠短路環(huán)與轉(zhuǎn)子軸心線同心度的要求。

2.7 電機相關(guān)保護參數(shù)

結(jié)合所使用材料性能和電機相關(guān)技術(shù)參數(shù)，進行了相關(guān)計算后，我們給出了電機的保護參數(shù)。

溫度保護值：定子線圈報警值145℃、跳閘值155℃；軸承報警值90℃、跳閘值95℃。

電機堵轉(zhuǎn)時間保護：堵轉(zhuǎn)時間不得超過1．5秒（原系統(tǒng)中沒設(shè)置）。

正常運行時電機的過流保護：按相關(guān)國家標準。

啟動瞬間時的過流保護： 按額定電流的8～9倍進行設(shè)定。

達到5秒啟動時間時的過流保護： 按相關(guān)國家標準。

3 應(yīng)用效果

（1）電機修復(fù)后、出廠前，電機進行了定子繞組工頻耐壓試驗、定子線圈匝間絕緣耐壓試驗、定子繞組絕緣及吸收比測試、定子繞組直流電阻測試、短路試驗、空載試驗、短時升高電壓試驗、振動值測量（負荷端）以及定子繞組及軸承溫度測量，各項指標均符合國家標準要求。

（2）電機帶負荷的運行狀況。2012年12月15日，該電機修復(fù)后正式投入運行，至今運行狀況良好。2014年3月29日，我們到該電機的運行現(xiàn)場進行回訪，現(xiàn)場數(shù)據(jù)（視頻）顯示：3#塔磨機電機的電流比1#和2#塔磨機電機分別只大了4．2A和0．9A，最高溫度分別只高了5．1℃和7．3℃，完全滿足生產(chǎn)需要。

（3）形成的技術(shù)成果。我們總結(jié)該電機修復(fù)系列新技術(shù)和新工藝，成功申請了兩項發(fā)明專利和一項實用新型專利（《電動機轉(zhuǎn)子籠條及電動機轉(zhuǎn)子》、專利號：2013 1 0752939．9；《轉(zhuǎn)子籠條和短路環(huán)的焊接方法》、專利號：2013 1 0752068．0；《一種電機轉(zhuǎn)子短路環(huán)精準定位裝置》、專利號：2013 2 0882027．9）。