某電廠6.6kV通風(fēng)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒壓板壓指斷裂故障分析

陳露華 吳曉東 黃文遠(yuǎn)

摘要：某電廠6.6kV通風(fēng)電機(jī)因絕緣故障導(dǎo)致上游間隔過流保護(hù)熔斷器熔斷，主控閃發(fā)故障停運(yùn)報(bào)警。就地檢查電機(jī)絕緣為零且三相直阻不平衡，解體空壓機(jī)發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒壓板三根壓指斷裂，引起電機(jī)定子繞組接地故障。通過對斷裂壓指的宏觀形貌觀察、掃描電鏡觀察和綜合分析，發(fā)現(xiàn)斷裂壓指1號(hào)樣品A側(cè)斷口和3號(hào)樣品B側(cè)斷口的斷裂性質(zhì)均為高周疲勞斷裂，開裂源區(qū)均位于斷口上部，綜合電機(jī)解體的檢查結(jié)果，最終確定電機(jī)轉(zhuǎn)子壓指斷裂的原因?yàn)辇X壓板制造質(zhì)量缺陷。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī);轉(zhuǎn)子齒壓板;壓指斷裂

1.背景

某電廠6.6kV通風(fēng)電機(jī)型號(hào)為Y2 355-4，功率為250KW，轉(zhuǎn)速1485rpm的臥式安裝電機(jī)。電機(jī)轉(zhuǎn)子為直槽式銅條的鼠籠結(jié)構(gòu)，兩端齒壓板采用壓板與壓指一體化鑄造，壓緊沖片后在內(nèi)圈進(jìn)行焊接牢固定型。隨后穿入銅導(dǎo)條，采取銅排立式中頻感應(yīng)釬焊工藝焊接銅端環(huán)。

電機(jī)絕緣故障出現(xiàn)時(shí)，上游間隔過流保護(hù)熔斷器熔斷，就地檢查電機(jī)絕緣為零且三相直阻不平衡。解體空壓機(jī)發(fā)現(xiàn)，電機(jī)定子膛內(nèi)部靠近驅(qū)動(dòng)端一側(cè)，接近1cm長度定子槽楔全部被掃斷，并且對應(yīng)位置的槽楔底部的下部繞組均存在被掃到的痕跡，其中底有三股繞組已漏出定子繞組電磁銅線，且存在明顯的電灼燒痕跡;轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)端齒壓板上有連續(xù)的三根壓指從根部斷裂，且相鄰銅排有受到擠壓變形的情況，部分轉(zhuǎn)子硅鋼片受斷裂的齒壓條擠壓導(dǎo)致5小片硅鋼片斷裂;檢查電機(jī)膛內(nèi)磨損的槽楔粉末已遍布膛內(nèi)，且有散落分布的銅屑和斷裂硅鋼片。

2.原因分析

結(jié)合電機(jī)故障現(xiàn)象分析，電機(jī)轉(zhuǎn)子齒壓板的壓指斷裂，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)過程中離心脫出，壓掃到電機(jī)定子端部繞組，掃斷定子槽楔絕緣壓板后進(jìn)一步與電機(jī)定子繞組摩擦，破壞電磁線外絕緣包扎，導(dǎo)致電機(jī)定子電磁線外漏，最終引起接地跳閘。

下述對電機(jī)轉(zhuǎn)子齒壓板壓指斷裂做進(jìn)一步的原因分析：

2.1.電機(jī)轉(zhuǎn)子齒壓板偶發(fā)的制造質(zhì)量缺陷

該電機(jī)轉(zhuǎn)子齒壓板為壓指與壓圈一體化鑄造形成，材質(zhì)為消磁鋼，這種一體化的結(jié)構(gòu)，齒壓板加工難度大、加工量大，但整體的剛度好、形變量小，是目前應(yīng)用最廣的設(shè)計(jì)工藝?，F(xiàn)場檢查轉(zhuǎn)子齒壓板為傘骨狀鏤空結(jié)構(gòu)，在加工過程中，需先采取線切割方式進(jìn)行切割，再經(jīng)過車床的外圓與內(nèi)孔的加工后，最后上銑床銑出鍵槽壓指，因?yàn)閴褐父繉挾茸钚。瑒偠茸钊?，在加工過程中易在壓指根部產(chǎn)生制造的質(zhì)量異常，導(dǎo)致應(yīng)力集中。

將斷裂的三根壓指外送西安熱工研究院進(jìn)行斷口分析檢測，通過采用包括宏觀形貌觀察、掃描電鏡觀察和綜合分析的方法。檢查三根斷裂壓指，發(fā)現(xiàn)1號(hào)和3號(hào)壓指均有一側(cè)被磨損，2號(hào)壓指兩側(cè)斷口均被磨損，無法進(jìn)行金相分析;對故障中未被磨損的1號(hào)樣品A側(cè)斷口和3號(hào)樣品B側(cè)斷口進(jìn)行掃描電鏡觀察，檢查斷口金相形貌見圖2和圖3。由圖可見：2個(gè)樣品斷口均存在明顯的疲勞條帶，其疲勞條帶間距在0.7～1.0μm之間，由疲勞條帶形態(tài)可推斷其斷口的開裂源區(qū)位于斷口上部，斷裂性質(zhì)均為高周疲勞斷裂。而進(jìn)一步對故障電機(jī)的整體齒狀壓圈進(jìn)行著色探傷，未發(fā)現(xiàn)其他部位存在裂紋的情況。由此可見齒壓板的制作質(zhì)量缺陷是本次故障發(fā)生的根本原因。

2.2.電機(jī)運(yùn)行期間軸向湍流的影響

故障電機(jī)轉(zhuǎn)子采取軸向通風(fēng)散熱方式。這種散熱方式制作的電機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、用材省，但轉(zhuǎn)子硅鋼片的沖片之間有軸向風(fēng)道，因此轉(zhuǎn)子齒壓板必須設(shè)計(jì)通風(fēng)孔，形成傘骨狀鏤空結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)行情況下，由于轉(zhuǎn)子內(nèi)風(fēng)道并不完全滿足流體力學(xué)的要求，在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中電機(jī)轉(zhuǎn)子端部內(nèi)形成氣體湍流，并在定、轉(zhuǎn)子端部區(qū)域產(chǎn)生氣體的非恒定流動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)子一體化設(shè)計(jì)的齒壓板呈現(xiàn)四周發(fā)散狀的壓指，其整體類似于傘骨結(jié)構(gòu)，在電機(jī)整體運(yùn)行的氣體湍流振動(dòng)影響下，在齒壓板的壓指根部結(jié)構(gòu)存在一個(gè)不穩(wěn)定的作用力，逐步加劇壓指的斷裂。

2.3.轉(zhuǎn)子硅鋼片熱膨脹的影響

該故障電機(jī)轉(zhuǎn)子硅鋼片設(shè)計(jì)的固定方式是通過端部齒壓板壓緊后焊接固定，焊點(diǎn)位于轉(zhuǎn)子軸與齒壓板內(nèi)圈接連處，呈四點(diǎn)90度對角焊接，而齒壓板外圈壓指與硅鋼片間沒有焊點(diǎn)，僅通過電機(jī)前期制造過程中的疊壓進(jìn)行貼合緊固。在電機(jī)運(yùn)行期間，轉(zhuǎn)子硅鋼片向兩端膨脹擠壓端部齒壓板的過程中，因?yàn)辇X壓板內(nèi)圈與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸已焊接固定，齒壓板內(nèi)圈定點(diǎn)固定;而齒壓板外圈壓指僅通過預(yù)緊力貼合壓緊，在硅鋼片膨脹過程中，齒壓板因受硅鋼片擠壓，以內(nèi)圈焊點(diǎn)為支點(diǎn)向外存在一個(gè)膨脹作用力。容易在齒壓板的傘骨狀鏤空結(jié)構(gòu)的根部脆弱位置出現(xiàn)金屬疲勞，加劇壓指斷裂。

2.4.電機(jī)轉(zhuǎn)子端部高頻震動(dòng)的影響

電機(jī)轉(zhuǎn)子作為電機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，是產(chǎn)生高頻震動(dòng)的主要部位，齒壓板位于電機(jī)轉(zhuǎn)子端部，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒壓板出現(xiàn)金屬疲勞開裂后，端部的高頻震動(dòng)會(huì)進(jìn)一步加急缺陷壓指的開裂面，促使開裂面逐步擴(kuò)大。并在轉(zhuǎn)子端部電磁交變作用力的作用下持續(xù)惡化。

3.故障分析結(jié)論

本次電機(jī)跳閘是由于轉(zhuǎn)子齒壓板偶發(fā)的制造質(zhì)量缺陷，在端部氣體湍流、硅鋼片熱膨脹擠壓和端部高頻震動(dòng)及電磁交變力的作用下，導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子齒壓板的壓指從根部脆弱部位斷裂，隨電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)與定子槽楔和繞組摩擦導(dǎo)致電機(jī)接地短路跳閘。