160kW高壓電機的維修與改進

梅 峰 方 銳

(武鋼有限檢修中心 湖北 武漢：430080)

電動機是一種將電能轉(zhuǎn)化為機械能的動力設(shè)備，異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，堅固耐用，使用維護方便等優(yōu)點，應(yīng)用最為廣泛。高壓電機由于工作時電壓高,電流沖擊大以及工作環(huán)境的限制，容易發(fā)生繞組擊穿等故障，需要經(jīng)常進行維護。工業(yè)港一臺160kW高壓三相異步電動機發(fā)生繞組擊穿故障，本文對其進行了故障分析，并在線圈繞制、加強繞組匝間絕緣、排間絕緣和對地絕緣的處理等方面進行了改進。

1 故障現(xiàn)象

已經(jīng)解體的故障電機型號為YKK400-4，容量為160kW，定子額定電壓為10kV，定子電流為11.7A，轉(zhuǎn)速為1485rpm。其中已確定轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)正常，使用搖表測該電機定子對地絕緣，先將搖表的黑表筆接在定子接地端，紅表筆接出口線，表盤檔置于500MΩ，按下“Test”按鈕，測得其中絕緣值為0，可初步判定該電機可能因事故被擊穿，然后使用單臂電橋測量三相的直流電阻，測得其中兩個結(jié)果為23.58Ω，21.34Ω，另一阻值為無窮大，表明該電機已因擊穿造成繞組開路，需要拆除重新繞線大修?？疾煸撾姍C使用工況，發(fā)現(xiàn)其在使用中存在客觀缺陷。首先，現(xiàn)場環(huán)境惡劣，在露天環(huán)境下使用，灰塵大且有雨打日曬，這些均會大大降低電機的使用壽命。其次，該電機屬于關(guān)鍵皮帶通廊電機，使用過程中需要頻繁啟動,啟動電流是額定電流4～7倍,線圈發(fā)熱損傷線圈絕緣。以上工況是導(dǎo)致電機定子繞組燒損直接原因。

拆除原繞組前應(yīng)先測量繞組各原始數(shù)據(jù)，記錄見表1。

表1 高壓電機原始數(shù)據(jù)

2 原因分析

根據(jù)以上故障現(xiàn)象和原始數(shù)據(jù)，不難發(fā)現(xiàn)故障電機定子繞組存在以下缺陷：

(1)電機原始繞組采用的是單亞胺薄膜雙玻璃絲扁銅線，參考電機檢修數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該電機采用電磁線在應(yīng)用中存在一定的弊端。

(2)通過軟化線圈剝離對地絕緣，發(fā)現(xiàn)制造商在線圈制造過程中單個線圈一次成型，采取單根雙排并繞方式,造成電機定子繞組線匝交叉點多(見圖1)，且并繞每層線匝排間絕緣單薄，僅依托電磁線線匝絕緣(見圖2)，使得繞組線匝間容易短路，這是造成電機定子繞組容易燒毀的一個重要原因。

圖1 繞制線圈時端部交叉點多

圖2 排間絕緣單薄依托線匝絕緣

(3)電磁線規(guī)格小且匝數(shù)多，線圈在繞制及漲型工序易交叉，成型率低。

(4)線圈端部斜邊排列之間的距離偏小，造成線圈引線頭與線圈鼻端沒有間隙。

(5)線圈排間絕緣缺失、對地絕緣是傳統(tǒng)半疊包扎方式。

(6)線圈接線布線不規(guī)范、端部喇叭口不圓正平整。

3 處理方法

針對檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，在施工過程中對線圈繞制工藝進行了如下工藝改進。

3.1 革新電磁線

電機原始繞組采用的是單亞胺薄膜雙玻璃絲扁銅線(圖3a)，表現(xiàn)為匝間、排間絕緣性能不理想，為保證絕緣強度，必須對匝間進行重新包扎，但這樣易造成槽滿率過高的問題。經(jīng)研究，筆者提出在施工過程中采用自主設(shè)計新型號H級的亞胺漆雙亞胺薄膜雙玻璃絲扁銅線(圖3b)，它改變了傳統(tǒng)電磁線絕緣性能低的問題，繞制后不需再用其它材料加強匝間絕緣，降低了繞組整體厚度，由此減小了槽滿率。

圖3 新型號扁銅線與傳統(tǒng)扁銅線對比

3.2 改進繞線模

(1)將線圈改為1本15回，分兩次制作，通過一根過線組合成一個完整線圈，克服了原繞組線圈端部交叉點多問題,大大增強了線圈的排間絕緣性能，也增強了線圈的抗壓力和使用壽命。

(2)新線圈繞制時，繞線模R處不應(yīng)寬于15mm，太寬會導(dǎo)致成型后的線圈端部高于定子鐵芯圓弧面，造成轉(zhuǎn)子裝配困難甚至無法裝配，或因轉(zhuǎn)子與線圈端部斜邊之間的距離偏小而發(fā)生放電或擊穿。

3.3 提高線圈成型率

針對電磁線規(guī)格小、各層線圈之間不易固定的問題，在計劃好的木模型上開3-4個滴注孔(502膠固定)，在繞制完成且未取出時從繞線模側(cè)邊滴少許502膠水固定(見圖4)，線圈成型率得到大大提高，減少了線圈浪費。

圖4 繞線模上固定線匝

3.4 改進線圈的成型方式及尺寸

查閱相關(guān)參數(shù)，并對比電機原始數(shù)據(jù)，選用線徑為1.0mm×2.24mm的導(dǎo)線，但實際操作中在線圈拉型時會產(chǎn)生很大的抗拉力，容易造成線圈有效邊與端部斜邊的折彎處絕緣損壞。為此，將漲型機的漲臂直線部分夾口內(nèi)增加一塊厚1～2mm絕緣板并45°倒角，同時整個線圈用白布帶半疊包對線圈絕緣進行保護。

(1)漲型時，線圈的引線頭端應(yīng)略短于后端5～10mm，以增加接線端與電動機端蓋的距離，防止引線頭端與端蓋因間隙過小而放電，或發(fā)生接地故障。同時將線圈反向漲型,線圈內(nèi)匝引線頭位置調(diào)整到外圓(貼近繞組端部喇叭口底層)，而原始線圈內(nèi)匝引線頭相對空間位置在內(nèi)圓(貼近繞組端部喇叭口面層)。經(jīng)過改進后，繞組端部線圈與線圈之間鼻端引線絕緣受力小，且絕緣不易損傷。

(2)由于繞線為扁銅線，嵌線后的線圈端部之間的距離偏小，造成引線頭與線圈鼻端沒有間隙，而且電動機在正常工作時線圈因應(yīng)力作用會輕微震動，長時間工作會造成引線頭與線圈鼻端之間絕緣的磨損。可將引線頭在距內(nèi)匝R10mm處順時針擰90°，在距外匝5mm處逆時針擰90°，使鼻端處引線呈豎立狀，從而加大了線圈鼻端與引線之間的距離，保證了引線絕緣不易損傷。

3.5 補強線圈排間絕緣及對地絕緣處理

(1)在對排間絕緣的處理上，摒棄了原線圈一次繞制成型、線與線左右兩面間只依托于電磁線之間匝間絕緣的工藝。采用線圈分兩次繞制，用5440云母帶分別對兩個單線圈進行半疊包，然后一個單線圈起頭與另一個單線圈完頭通過連接及絕緣的處理再組合成一個成品線圈，詳見圖5。線圈經(jīng)過預(yù)熱、浸漆、干燥、匝間膜壓等工序流程使匝間、排間絕緣強度有了很大的提高。

圖5 補強線圈排間絕緣

(2)線圈對地絕緣處理采用“卷包—半疊包復(fù)合工藝”替代傳統(tǒng)半疊包扎方式(連續(xù)式),詳見圖6。新的對地絕緣處理工藝增大了帶與帶壓縫的爬電距離,提高了線圈槽部絕緣強度及電氣性能。線圈經(jīng)過防暈處理后,進行預(yù)熱、對地膜壓、冷卻定型處理及工序交接試驗。

圖6 對地絕緣處理

3.6 繞組重嵌及接線細節(jié)

(1)采取線圈先預(yù)熱60℃左右再嵌放繞組方式,以減小線圈進槽及端部整形等工藝損傷。整形后繞組端部喇叭口面層、底層尺寸坡度適當(dāng)，圓正平整。嵌放繞組時要邊嵌放邊整理，端部形狀及斜邊排列相互一致,以方便下一個嵌放繞組。

嵌線完成后應(yīng)進行常規(guī)的檢查：槽鍥長短一致，并不得高出鐵芯圓弧面；線圈直徑長短一致，外觀整齊；繞組端部不得高出鐵芯圓弧面。

(2)定子接線:線圈上下層邊的起頭、完頭沿線圈鼻端R處2至3指距離(高度一致)，分別往下向上折彎(90°左右)，使一個線圈上層邊起頭與相鄰線圈下層邊完頭自然平面搭接，長度25～30mm(以下簡稱“過線”)，間距一致。以比類推,每5個單線圈為一個線圈組，共12組。合理布線能滿足后期焊接、“過線”絕緣處理及整形等工序的要求，同時也減少了線圈上層邊起頭與線圈鼻端R處的接觸力，確保了“過線”間安全電氣距離及與端蓋有效距離，能有效防止發(fā)生相間短路及對地擊穿故障。

4 實施效果

通過以上各項改進，可有效減少電動機在維修中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，延長電動機的使用壽命。此為60槽4極接線，接線型式為Y，其接線圖見圖7，其不允許取用兩個相鄰線圈的引線，作為三相的引出線端。

圖7 繞組接線圖

按照圖7接線后，將各個連接點焊接牢固，然后進行絕緣處理及綁扎,最后用1000V兆歐表初步檢查，測得三相對地絕緣均為500MΩ，表明這臺電機的線圈重嵌已經(jīng)基本完成。

接下來進行交接測試，測試試驗電機的工頻耐壓狀況，測量直流電阻數(shù)據(jù)，詳見表2。

表2 試驗電機參數(shù)表

從表2數(shù)據(jù)可知，這臺電機定子的試驗是合格的。

5 結(jié)論

本次工業(yè)港160kW高壓電機繞組的擊穿有著多方面的原因,如工作環(huán)境較差，電機啟動頻繁，繞組匝間排間及對地絕緣處理工藝陳舊造成絕緣強度不夠等。在整個檢修過程中，積極探索采用亞胺漆雙亞胺薄膜雙玻璃絲帶扁銅線代替?zhèn)鹘y(tǒng)扁線提高匝間絕緣等級，簡化了工藝，改變線圈成型方式，應(yīng)用卷包-半疊包復(fù)合工藝等改進電機定子繞組制作。這些新工藝的運用大大提高了繞組絕緣強度，降低了槽滿率，優(yōu)化了整個工藝過程，也減少了材料的浪費，實現(xiàn)了降本增效的目標，目前已在企業(yè)得到大力推廣。