鼠籠異步電動機斷條故障分析及處理

李靖宇

（神華黃驊港務(wù)公司，河北 滄州 061113）

黃驊港是國家跨世紀重點工程，是國家西煤東運的第二條大通道出?？凇Ｔ邳S驊港每年下水的煤炭達到8 000萬t。黃驊港自投產(chǎn)以來，已經(jīng)運行8年。近年來，隨著設(shè)備的老化，逐漸出現(xiàn)了一些新的問題。其中皮帶輸送機驅(qū)動電機多次發(fā)生損壞，嚴重影響了生產(chǎn)的順利進行。

一、故障現(xiàn)象

黃驊港皮帶機全部采用高壓大功率鼠籠式異步電動機驅(qū)動，電壓為6kV，功率為450kW。在近年的運行中，有電機出現(xiàn)周期性異常響動，甚至出現(xiàn)接地故障。將電機解體后發(fā)現(xiàn)，電機出現(xiàn)的故障為鼠籠斷條造成的掃膛，并伴隨電灼損壞。

二、維修方案

1.電機籠條斷裂，轉(zhuǎn)子大修。更換全部籠條，兩端導(dǎo)電環(huán)（端環(huán)）更換，適當(dāng)加大導(dǎo)電環(huán)截面，在導(dǎo)電環(huán)上開槽，將籠條插入導(dǎo)電環(huán)內(nèi)焊接，可以加強機械強度、增加接觸面積、減少接觸電阻。施焊前要徹底清除焊接部位的氧化皮及油垢，不能只用汽油擦拭或焊炬烘烤，要用30%硫酸溶液清洗，再用10%燒堿溶液中和，最后用清水沖洗干凈。焊接時，轉(zhuǎn)子豎立放置，導(dǎo)電環(huán)面向上，在導(dǎo)電環(huán)與鐵心之間填塞石棉，防止鐵心過熱。首先用數(shù)把焊炬以中性火焰同時均勻加熱導(dǎo)電環(huán)，當(dāng)溫度達到400℃左右時，改用一把焊炬集中加熱焊接部位，待溫度達到約800℃（呈紅色）時，將銀釬焊料觸及接頭處，釬料便熔化并逐漸填滿間隙。應(yīng)采取分段交叉焊接法，以減小焊接后的殘余應(yīng)力。焊完一面后，再焊另一面。最后清理焊點，檢查焊接質(zhì)量。

2.電機定子如果未損壞，則清復(fù)保養(yǎng)。清洗、烘干，檢查繞組熱態(tài)絕緣電阻，做匝間試驗。定子繞組VPI真空壓力浸漆，烘焙固化。定子繞組表面噴8037#絕緣覆蓋漆。

3.如果掃膛造成定子繞組損壞，則需要更換全部定子繞組。

4.轉(zhuǎn)子動平衡試驗。

5.全部零部件清洗檢查，做內(nèi)表面防銹處理。

6.電機外表清理后，重新油漆。

三、鼠籠斷條原因分析

1.端環(huán)焊接處質(zhì)量問題。直接啟動的交流電機因啟動電流大，在很短的啟動過程中，鼠籠籠條將承受很高的熱應(yīng)力，經(jīng)過連續(xù)三次啟動（冷態(tài)下），籠條即發(fā)紅。鼠籠銅條斷裂多發(fā)生在啟動后或堵轉(zhuǎn)時，斷點一般在槽口處和端環(huán)焊接處。原因是電動機在啟動過程中，特別是頻繁啟停和重載啟動時，啟動電流使轉(zhuǎn)子銅耗大大增加，鼠籠產(chǎn)生高溫，籠條與端環(huán)受熱不均勻，從而形成較大的熱應(yīng)力。同時籠條受高溫變形變軟，機械強度下降，在熱應(yīng)力、電磁力及離心力的反復(fù)作用下，首先使應(yīng)力比較集中的槽口處和端環(huán)焊接處疲勞而斷裂，少數(shù)焊接薄弱處則因接觸電阻過大而呈現(xiàn)局部高溫拉弧將銅條燒斷和開焊。從損壞的電機鼠籠情況看，籠條從端環(huán)處斷開的有四處，其中一處由于從端環(huán)處斷開造成中部斷裂，分析為：①端環(huán)處應(yīng)力集中；②端環(huán)處焊接不牢固；③端環(huán)處電阻大，發(fā)熱大，有過熱痕跡，可能造成焊料軟化而開焊。

2.頻繁重載啟動。根據(jù)電機的一般啟動要求，電機在冷態(tài)情況下，連續(xù)兩次啟動后如果需要再次啟動，則需要間隔4h；如果電機在運行中停機，只允許啟動一次，如果需要再次啟動，需間隔4h。根據(jù)黃驊港的實際情況，皮帶機在運行中故障停機后，一般間隔5min即再次重載啟動，由于是重載，啟動時間長、電流大，對電機損害非常大，再加上有時重載啟動不成功，甚至出現(xiàn)連續(xù)三次的重載啟動。

3.電機負載過重。在正常運行情況下，設(shè)計額定功率滿足要求，但是重載停機后重啟動時，電機嚴重過載。

四、改進措施

1.避免重載停機。①加強對設(shè)備的點檢和維修，避免由于誤信號或故障出現(xiàn)的重載停機；②對現(xiàn)場人員嚴格管理，防止誤碰拉伸開關(guān)等造成的重載停機；③限制皮帶流量，嚴禁出現(xiàn)皮帶壓停等情況。

2.限制重載啟動次數(shù)和時間。①由于生產(chǎn)的限制，發(fā)生重載停機后，不可能等待很長時間再啟動，為了兼顧生產(chǎn)和設(shè)備，規(guī)定重載啟動的時間間隔至少大于15min；②重載停機后，需判斷重載啟動是否能夠一次成功，否則需將皮帶上的煤清理或放掉，然后啟動；③嚴禁連續(xù)多次重載啟動。

3.增加皮帶機驅(qū)動電機功率。適當(dāng)增加驅(qū)動電機功率，使得皮帶在重載停機后能夠保證一次啟動成功，避免出現(xiàn)連續(xù)重載啟動情況。

4.早期發(fā)現(xiàn)斷條故障。如果能夠早期發(fā)現(xiàn)斷條故障，那么維修費用將大大節(jié)省。如果掃膛嚴重造成定子損壞，那么維修費用將是單獨維修轉(zhuǎn)子的三倍，并且由于維修工藝、使用材料等原因，將造成電機功率下降。

定子電流的頻譜分析是診斷和監(jiān)測交流異步電動機故障的有效方法，它可以診斷交流電機籠型繞組的斷條、靜態(tài)氣隙偏心、動態(tài)氣隙偏心和機械不平衡等故障。

因此，對于在線運行的電機，定期用電機故障測試儀檢測（根據(jù)工況決定周期），發(fā)現(xiàn)異常者即拆修，能夠早期發(fā)現(xiàn)故障。

5.維修時的改進措施。如果籠條已經(jīng)損壞需要更換時，要求廠家對籠條結(jié)構(gòu)進行改造。原電機籠條與端環(huán)之間采用的是平接，見圖1。端環(huán)與籠條之間接觸面積小、強度小、電阻大，并且籠條的受力全部由焊料承擔(dān)，過熱時焊料強度降低造成開焊。

圖1 原籠條與端環(huán)之間的焊接

要求廠家做如下改動見圖2。將端環(huán)加厚，同時在端環(huán)上開槽；在籠條的端面加工鋸齒。這樣可以增加焊接強度，籠條的受力由籠條與端環(huán)直接承擔(dān)而不是由脆弱的焊料承擔(dān)；增加接觸面積，減小接觸電阻，減少端環(huán)處的發(fā)熱；即使發(fā)生開焊情況，由于籠條鑲嵌在端環(huán)內(nèi)，也不容易發(fā)生掃膛情況。

圖2 改進措施的示意圖

五、改造成效

1.鼠籠式高壓電動機價格昂貴，黃驊港有上百臺，通過制定合理的管理辦法，限制重載啟動次數(shù)，從而避免鼠籠斷條現(xiàn)象的發(fā)生，能夠節(jié)省大量的備件費用。

2.通過電機故障檢測儀，及早發(fā)現(xiàn)電機的故障，能夠防止故障擴大從而節(jié)約大量維修費用。

3.通過對已經(jīng)損壞電機的籠條的改造，可以避免修復(fù)件再次發(fā)生斷條故障。