淺析一種判定電機(jī)定子繞組三相電阻不平衡故障方法

中車永濟(jì)電機(jī)有限公司 李春波

引言

電機(jī)定子的三相電阻不平衡，會造成電壓不平衡，三相負(fù)載不平衡，從而使電機(jī)效率下降，輸出虧耗，也會導(dǎo)致電機(jī)局部過熱燒壞用電設(shè)備引發(fā)火災(zāi)。本文通過一種數(shù)據(jù)計(jì)算分析法可快速判定不平衡原因。

1.直流電阻三相不平衡的原因簡析

三相電阻不平衡度國家標(biāo)準(zhǔn)要求Y型接法≤2%。根據(jù)定子繞組電阻的組成因素及現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，總結(jié)以下問題：①中間連線不實(shí)，即存在虛接；②一匝多股的繞組，接線時(shí)有的線股未接上或中間有斷股現(xiàn)象；③導(dǎo)線粗細(xì)不均或電阻率有少量差異；④匝數(shù)多少有誤；⑤故障后是否因短路沖擊電流產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，使繞組因變形而發(fā)生匝間、相間短路故障。 這些問題都可導(dǎo)致定子三相電阻不平衡現(xiàn)象的發(fā)生。

2.直流電阻三相不平衡的案例分析

下面以某型號電機(jī)發(fā)生三相不平衡故障數(shù)據(jù)計(jì)算分析過程為例進(jìn)行說明。定子直流線電阻設(shè)計(jì)值R20℃=0.2359Ω，聯(lián)線方式為三相4級，并聯(lián)支路數(shù)2，Y型接法，槽數(shù)72，每極每相線圈數(shù)為6支。

2.1 案例一

印度某機(jī)車電機(jī)，故障原因：電機(jī)三相電阻不平衡，RUV=386 mΩ，RUW=386 mΩ，RVW=260 mΩ。分析過程如下：

首先先判定電纜線完好處于導(dǎo)通狀態(tài)，再依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)阻值換算至實(shí)際溫度，實(shí)測溫度50℃，根據(jù)計(jì)算R50℃=235.9（235＋50）/（235＋20）=263.7，對比發(fā)現(xiàn)RVW阻值比較接近，確定VW相完好，則相電阻為130 mΩ，每相中一條支路的電阻為260 mΩ，若U相有一條支路斷路，則UV、 UW的電阻應(yīng)為390 mΩ，此數(shù)值與故障數(shù)值386 mΩ接近，由此可先判定造成電機(jī)三相電阻值不平衡的原因?yàn)閁相回路中有一條支路斷路：

1、線圈內(nèi)部匝短斷路，造成U相回路中一條支路斷路；

2、過橋線或線圈小并頭燒損斷路，造成U相回路斷路；

2.2 案例二

印度某機(jī)車電機(jī)，故障原因：電機(jī)三相電阻不平衡，RUV=263 mΩ，RUW=283 mΩ，RVW=263 mΩ。分析過程如下：

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)阻值換算至實(shí)際溫度，實(shí)測溫度75℃，75℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)阻值為287 mΩ，此數(shù)值與UW的阻值283 mΩ相當(dāng)，可以認(rèn)為UW兩相繞組完好，而其余兩個(gè)的線電阻偏差均為20 mΩ，故可判定零環(huán)與各相的焊接應(yīng)為完好狀態(tài)。由此判斷問題在V相線圈上，即V相的支路上有線圈匝短造成短路，根據(jù)UW的阻值283 mΩ進(jìn)行計(jì)算，若V相的匝短線圈出在同一條支路上，則：

其中M代表匝短線圈數(shù)，當(dāng)M=3時(shí)， RUV=RVW=262.786 mΩ，與電機(jī)實(shí)測數(shù)據(jù)相符；若V相的匝短線圈出在不同支路上時(shí)，則：

其中X為V相一條支路上的線圈匝短數(shù)，Y為另一條支路上的線圈匝短數(shù)，當(dāng)X=1，Y=2時(shí)，RUV=RVW=265.03 mΩ，與電機(jī)的實(shí)測數(shù)據(jù)比較接近。由此推斷造成該電機(jī)三相電阻值不平衡的原因可能為：

1、V相回路中有一條支路因線圈匝短造成三支線圈短路。

2、V相回路中一條支路因線圈匝短造成兩支線圈短路，另一條支路因線圈匝短造成一支線圈短路。

2.3 案例三

印度某機(jī)車電機(jī)，故障原因：電機(jī)三相電阻不平衡，RUV=365 mΩ，RUW=278 mΩ，RVW=202 mΩ。分析過程如下：首先對該電機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，

由此的出相電阻RU=220.5 mΩ，RV= 144.5 mΩ，RW=57.5 mΩ。

對比同列機(jī)車上同型號另臺定子相電阻為142 mΩ，與本臺電機(jī)的RV= 144.5 mΩ接近，且75℃時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)相阻值為143.5 mΩ，推斷該數(shù)值也應(yīng)為推算至75℃時(shí)的阻值，由此分析：V相的回路應(yīng)該處于完好的狀態(tài)；U相可能為一條支路斷路，另一條支路有3支線圈短路。

W相問題若出現(xiàn)在單條支路上，則有9只線圈短路（結(jié)果RW會是57.8mΩ），與實(shí)際數(shù)值57.5 mΩ相吻合；若出現(xiàn)在兩條支路上，則一條支路中有1支線圈短路，另一條支路中有9只線圈短路（結(jié)果RW會是56.77mΩ），從數(shù)值上判斷，單條支路有9只線圈短路燒損的概率較大。

可以從案例分析總結(jié)出規(guī)律，三相阻值中，若兩相大，一相小，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)測值對比，若阻值小的相近，則確認(rèn)某一相存在斷路現(xiàn)象；若兩相小，一相大，對比標(biāo)準(zhǔn)，若阻值大的相近，則確認(rèn)某一相存在匝短現(xiàn)象；若三相各不同，計(jì)算出各自的相電阻與標(biāo)準(zhǔn)值對比，確認(rèn)問題所在。

3.結(jié)論

本文根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)，通過上述三個(gè)案例，我們總結(jié)出一種阻值計(jì)算分析法來判定導(dǎo)致三相電阻不平衡的原因及故障點(diǎn)確認(rèn)。通過本文的分析討論,為今后定子直流電阻不平衡的問題提供參考、借鑒。

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