李彬華 孫佳和
摘 要:本文對鼠籠型電機轉子籠條斷裂故障進行分析,并提出預防措施,從而提高電機運行可靠性。
關鍵詞:鼠籠型;電機;轉子籠條;斷裂;預防措施
中圖分類號:TM3 文獻標識碼:A 文章編號:1671-2064(2020)08-0081-02
0 引言
異步電機是火電廠運行生產中最常見的電氣設備,其作用是把電動能轉換為機械能,其中使用最多的便是鼠籠型電機,其具有結構簡單,電機啟動方便,相對體積較小,工作可靠性高,堅固耐用,同時便于維護和檢修的優(yōu)點,但也有轉子籠條在啟動或運行中容易斷裂,故障較多的缺點。
本文將結合實際生產和理論依據(jù),對鼠籠型電機轉子籠條斷裂的原因進行分析,并提出相應預防措施。
1概況
某發(fā)電廠皮帶機電機屬于鼠籠型電機,共有17臺,自2004年投產以來,已發(fā)現(xiàn)10余臺次電機轉子籠條斷裂故障。鼠籠型電機轉子籠條斷裂屬于常見故障,但現(xiàn)階段對于電機運行時,維護人員缺乏有效監(jiān)測手段,多數(shù)是在出現(xiàn)問題后才發(fā)現(xiàn)轉子籠條故障,因此籠條斷裂故障對電機安全穩(wěn)定運行造成一定威脅,若能有可靠有效預防的措施,可以很大程度避免了電機運行中跳閘的風險[1]。
2轉子籠條斷裂電機基本特征
鼠籠型電機是一種轉子結構由銅條或鋁條與端環(huán)焊接或鑄造而成的三相異步電機,在各行各業(yè)應用非常廣泛,一般高壓鼠籠型電機轉子采用銅條與兩邊端環(huán)焊接而成,優(yōu)點是結構簡單,維修方便,但也有轉子籠條在啟動或運行中容易斷裂,故障較多的缺點[2]。根據(jù)實際統(tǒng)計并分析,轉子籠條容易斷裂的電機均具有以下特征之一:
(1)電機一般全壓啟動,啟動時頻繁重載啟動,啟動時間長。在火電廠之中,輸煤系統(tǒng)中的皮帶機電機、碎煤機電機,因運行工況需要,需經常頻繁啟停。(2)已經投運3年以上的鼠籠型電機。(3)轉子籠條超出鐵芯部分過長,超出長度一般在40mm~70mm以上,較容易發(fā)生斷裂。(4)轉子籠條在鐵芯槽內存在一定的間隙,且間隙越大故障概率越高。(5)轉子籠條與端環(huán)焊接工藝太差。(6)絕大多數(shù)情況,籠條開裂或脫焊部位出現(xiàn)在籠條與端環(huán)焊接部位。(7)當只有1~2根籠條輕微斷裂,在電機啟動或運行中,此時故障往往難以發(fā)現(xiàn),當籠條斷裂嚴重,甚至已經已經完全脫焊時,此時電機已經無法安全運行,并有以下一些故障特征:1)電機振動和噪聲增大,轉子籠條斷裂嚴重時,噪聲明顯可見,可能伴有咯噠咯噠異響。2)電機溫度異常上升,轉速異常下降,轉子籠條斷裂嚴重時,繞組溫度快速上升至報警或跳閘值。3)電機三相電流不平衡,并三相周期性波動不一致。4)當籠條斷裂部分脫落后,造成電機掃膛。
3鼠籠型電機轉子籠條斷裂原因分析
鼠籠型電機轉子籠條斷裂主要原因分為外因與內因,內因為電機在啟停和負載變化過程中,籠條處所受各種應力綜合影響,加上材料受溫度影響的強度變化;外因為實際需要的運行工況影響,和轉子制造中加工工藝的影響,具體分析如下:
3.1電機重載啟動頻繁
全壓重載啟動時,電機啟動電流理論上為電機額定電流5~7倍,且啟動時間高于空載啟動,這就造成轉子籠條快速升溫,籠條材質強度下降,若在轉子籠條溫度未下降至冷態(tài)并再次啟動時,由于熱量累積,造成材料逼近疲勞極限,加上轉子端部因發(fā)熱不均勻產生的徑向應力,以及受感應電流產生的電磁振動應力和轉子轉動產生的離心力,最終受各應力作用點大都集中于籠條與端環(huán)的焊口附近,而此處正是鼠籠結構的薄弱點,每次啟動便升溫受力一次,且這些應力破壞作用隨啟動次數(shù)和溫升次數(shù)累積而增大[3]。
鼠籠型電機冷態(tài)下第一次啟動,籠條和端環(huán)溫度一般能達到200℃~300℃,若運行操作人員未注意,在短時間內(2h內)二次啟動,籠條和端環(huán)處溫度就會上升到非常高的溫度,尤其是焊接處機械強度會顯著降低,同時在整個啟動過程中籠條和端環(huán)焊接處所承受的各種應力累積達到最大值,雖然啟動時間一般很短,但在這種情況下,尤其當電機負載較高或處于堵轉時,轉子籠條和端環(huán)焊接處溫度甚至高達400℃~500℃,造成焊接處開裂或脫焊[4]。因此電機頻繁重載啟動,很容易導致轉子籠條斷裂。
3.2設計結構不合理。
針對電機需頻繁啟動工況時,普通設計的電機,轉子籠條超出鐵芯部分長度一般在40mm~70mm以上,在各種應力,尤其是熱應力和電磁應力相互作用下,會使整個籠條在鐵芯伸出部分產生形變,極易引起籠條斷裂。同時普通設計的電機在端環(huán)尺寸設計上也偏小,強度較差,電流載流量不高,重載啟動時由于端環(huán)感應電流大溫度過高,造成端環(huán)處整體機械強度下降更多而容易發(fā)生變形,嚴重時發(fā)生斷裂故障,可見重載頻繁啟停并不是籠條斷裂的唯一原因,關鍵還是在籠條結構設計上是否合理。通過電機實際拆解,可以發(fā)現(xiàn),鼠籠型電機中,雙鼠籠的結構,因內籠伸出鐵芯長度要比外籠短的多,基本沒有籠條斷裂的現(xiàn)象[5]。如圖1所示。
因此電機選型時需要考慮到運行工況,合理并有針對性的選擇電機。同時籠條在槽內是否安裝緊密,也是重要指標之一。如果籠條在槽內存在一定的間隙,會造成籠條在槽內熱傳導性能不同,使籠條間溫升不均勻,產生一定熱應力,加上轉子轉動的離心力和受感應電流產生的電磁振動應力,使籠條與端環(huán)產生形變,受力最大點仍是籠條與端環(huán)焊接處[6]。若籠條在槽內嵌裝緊密,則籠條上各應力可直接傳遞給轉子鐵芯,而與籠條和端環(huán)焊接處不發(fā)生力的關系。
3.3焊接工藝差
如果籠條與端環(huán)焊接質量不佳,焊接時間過長,溫度過高,焊接處虛焊、焊縫內有渣,焊接時溫度不符合標準,焊接附近材料因溫度過高而變形,并遺留熱應力,導致機械強度低。因此焊接工藝是否合格也是轉子籠條是否斷裂的關鍵因素之一。
4預防措施
4.1優(yōu)化運行方式,加強巡檢
根據(jù)生產需要,合理安排電機運行方式,盡量減少電機啟動次數(shù)或延長電機啟停間隔時間。若第一次啟動不成功,按照電機運行規(guī)程規(guī)定應相隔30min后才能進行第二次啟動,避免連續(xù)熱啟動[7]。
同時加強巡檢和監(jiān)測,對易發(fā)生轉子籠條斷裂的電機,巡檢時重點關注電機振動和溫度變化,發(fā)現(xiàn)問題及早匯報提早處理。
4.2選擇合適的轉子籠條結構
電機采購選型時需要考慮到運行工況,采購時因向電機廠告知電機可能遇到的運行工況,合理并有針對性的選擇合適電機轉子[8]。
若是已采購的電機,可選擇將轉子籠條更換為大尺寸或加固加粗處理。如籠條伸超出鐵芯的過長部分的電機,可在兩端過長部位補焊一短銅條,焊接在端環(huán)與鐵芯之間,相當于加粗。
若更換籠條,更換前需檢查籠條銅表面光滑平整無毛刺,不符合要求可將表面進行打磨處理?;\條安裝時應使用木錘,安裝要求籠條在鐵芯槽內緊密配合,無松動。在焊接時,應避免對籠條直接加熱,這會造成籠條過熱,機械強度降低,且籠條過熱變形會產生一定熱應力,造成隱患。
4.3提高檢修工藝
(1)因轉子籠條斷裂很少或輕微時,對電機運行影響很小而造成難以發(fā)現(xiàn)的隱患,當發(fā)現(xiàn)時,往往電機已經溫度過高,籠條部分斷裂后甩出,造成電機掃膛等嚴重情況,可見如果遇到轉子籠條故障,應及時修復,否則會造成嚴重后果[9]。因此針對已出現(xiàn)過轉子籠條斷裂的電機,或具有多項電機轉子籠條易斷裂的電機,因根據(jù)實際情況,合理安排電機檢修周期,大修時增加轉子籠條檢查項目,抽轉子后需仔細檢查每一根籠條的松緊程度,有無開裂或裂紋,特別是裝復前需檢查籠條在轉子槽內間隙并記錄數(shù)據(jù)。有經常出現(xiàn)轉子籠條斷裂,在檢修時卻難以發(fā)現(xiàn)籠條開裂或裂紋的,可以選擇用敲擊聽音法等。(2)籠條焊接時不應使用氧焊,焊料使用銀銅焊條,采用對稱交叉焊法。
5結語
本文主要介紹了基于某電廠鼠籠型電機轉子斷裂的基本特征,對此問題進行原因分析和預防措施,給同業(yè)人員提供參考。采用相應的預防措施后,降低了電機轉子故障率,保障了電機安全穩(wěn)定運行。
參考文獻
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