高壓電機常見故障及現(xiàn)場檢修方法探討

國家能源準(zhǔn)能集團矸石發(fā)電公司 張俊生

一般而言，當(dāng)電動機額定工作電壓超過1000V 時，稱之為高壓電機。目前，市場上有較多種類高壓電機，有同步式和非同步式的，還有鼠籠式的高壓電機等。然而，應(yīng)用較為廣泛的是鼠籠式三相異步電機。但如果高壓電機出現(xiàn)問題，則需要現(xiàn)場工作人員進(jìn)行修復(fù)，甚至有時可能被送到專業(yè)維修中心去處理，不僅提高了成本，而且耗費時間。本文通過對高壓電機常見故障實時現(xiàn)場檢查和維護(hù)方式進(jìn)行了研究，從而為其他領(lǐng)域的機械故障問題研究提供參考。

1 高壓電機概述

高壓電機在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，涉及制造業(yè)、化工、能源等多個領(lǐng)域。作為生產(chǎn)線的核心動力，高壓電機承擔(dān)著至關(guān)重要的工作任務(wù)。高壓電機的運作基于電磁感應(yīng)原理，其性能受到技術(shù)要求、高電磁影響、工作狀況和外界環(huán)境等多種因素影響。高壓電機的運行穩(wěn)定性直接關(guān)系到生產(chǎn)線的效率和正常運轉(zhuǎn)。因此，對于高壓電機的可靠性和性能的維護(hù)與管理至關(guān)重要[1]。

2 高壓電機故障分析與現(xiàn)實狀況討論

2.1 電機冷卻系統(tǒng)故障

電動機的設(shè)計和構(gòu)造在不同情況下存在差異，其中一些電機采用了完全密封的水冷方式，而另一些則采用了自冷卻和防水設(shè)計。通常情況下，如果進(jìn)出風(fēng)口未受到堵塞，其冷卻系統(tǒng)不會出現(xiàn)問題。然而，根據(jù)工作需求，頻繁啟動高壓力馬達(dá)可能會導(dǎo)致較大的振動和沖擊力，從而引發(fā)冷卻系統(tǒng)的故障。這種情況下，冷卻系統(tǒng)可能會面臨超出設(shè)計預(yù)期的負(fù)載，導(dǎo)致冷卻效果下降甚至故障。這些故障狀況大致可分為以下三種。

一是外部冷卻管道可能受損，影響冷卻效果，導(dǎo)致電機內(nèi)部溫度升高；二是當(dāng)冷卻水質(zhì)量下降時，可能會導(dǎo)致管道堵塞，進(jìn)而引發(fā)電機過熱；三是一些對散熱性能和傳導(dǎo)效率要求嚴(yán)格的冷卻散熱管采用鋁材構(gòu)造，而水箱主體采用鋼材制造，二者的連接處存在焊接難題，因此通常將鋁制散熱管固定在水箱內(nèi)。但是，隨著時間的推移，水中的礦物成分、雜質(zhì)和空氣中的灰塵可能在接觸點形成氧化層或生銹，同時電機產(chǎn)生的振動可能導(dǎo)致固定部位松動。一旦冷卻水滲入，就可能引發(fā)電機爆炸事件[2]。

2.2 定子槽松動，端部綁扎問題

如果電動機定子槽發(fā)生松動，端部捆綁不當(dāng)，在電器振動因素的影響下，導(dǎo)線可能產(chǎn)生相對位移，從而引發(fā)電機放電問題[3]。

2.3 電機轉(zhuǎn)子故障

在電動機啟動或超負(fù)荷運行時，會受到電磁力、熱力和機械離心力等因素的影響，這可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子連接點和短路環(huán)位置發(fā)生斷裂，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子的銅條變得松動。一旦在電力操作中發(fā)生這種情況，可能會引發(fā)強烈的振動，同時伴隨著火花四濺的現(xiàn)象。

2.4 絕緣電阻低，出現(xiàn)引出線故障以及絕緣擊穿接地故障

在周圍環(huán)境過于潮濕的情況下，電機會受到影響，其絕緣性能也會受到損害。一旦磁性材料附著于線圈表面，可能引發(fā)鉆孔現(xiàn)象，導(dǎo)致絕緣破壞和接地故障。此外，由于長時間的使用，導(dǎo)線的絕緣層可能因熱應(yīng)力和氧化作用而發(fā)生熱老化，使得橡膠絕緣物變得劣化或脫落。在受到外部力量如機械振動的作用時，可能導(dǎo)致導(dǎo)線移位、破損甚至閃爍放電等問題[4]。

2.5 軸承故障

對于高壓電機而言，軸承的安裝要求較高。若軸承安裝不當(dāng)，如過松、過緊或者潤滑油添加不適當(dāng)，都可能引發(fā)軸承產(chǎn)生劇烈振動、熱量增加、溫度上升、異常聲響，甚至可能導(dǎo)致磨損和損壞（如圖1所示）。

圖1 高壓電機軸承損壞、磨損圖

3 故障檢測與設(shè)備使用的相互影響以及現(xiàn)場針對性維修探討

本文深入探討了目前關(guān)于高壓電動機維護(hù)和修復(fù)的技術(shù)手段，并進(jìn)行了詳盡的研究。鑒于高壓電動機在工業(yè)制造中的關(guān)鍵地位，其穩(wěn)定性和耐用性對工作至關(guān)重要。將其視為主要設(shè)備，保養(yǎng)過程需要更加注重成本效益[5]。為此，將維護(hù)策略分為以下兩類：一是采用預(yù)測性處理方法；二是利用精準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行深入研究。以上分類考慮了高壓電動機在運行中的重要性、實際維護(hù)所需的費用、機器老化特性以及壽命期限等多方面因素。同時，評估高壓電動機維護(hù)水平見表1。

表1 高壓電機維修方式級別評估方法

以下公式可用于確定所需的修理方法，其表達(dá)式：Σ=A+B+C。在此，定義了三個變量：Σ 代表高電壓電機的全部維護(hù)費用；A是當(dāng)電機出現(xiàn)問題時所造成的產(chǎn)出減少；B則是指因電機問題的產(chǎn)生而導(dǎo)致的品質(zhì)下降；C則是針對電機問題實施修復(fù)所需的花費。不同的維修策略會帶來不同的A、B和C數(shù)值，從而影響總體的維護(hù)成本。

因此，最優(yōu)的維修方案是選取能使Σ 達(dá)到最低的那個。然而，由于估計法包含許多人為的不穩(wěn)定元素，所以本文采用精準(zhǔn)的方法來挑選合適的維修手段。通過一系列的研究發(fā)現(xiàn)，在所有的高電壓電機故障案例中，冷卻系統(tǒng)的失效及定子的損壞占據(jù)了超過65%的比例。為了進(jìn)一步探討這些情況下的檢測與修復(fù)實操技巧，將繼續(xù)深入研究這兩種類型的故障。

4 高壓電機常見故障及現(xiàn)場維修技巧

4.1 高壓電機故障的診斷方法

本文采用了D-S 證據(jù)理論的推導(dǎo)技巧來對高壓電機故障進(jìn)行精確診斷。D-S 證據(jù)理論是一種高度準(zhǔn)確的推理方法，適用于處理許多由不明確因素引起的電機故障診斷。以下是D-S 證據(jù)理論的公式：

m（A）定義為A的基本可信度，假若獨立的證據(jù)數(shù)有N個，基本可信度依次為m1，m2，…，mn。同時，使用歐式距離公式來解決故障樣本與高壓電機的故障模式之間的貼近度，以此確定故障高壓電機的故障所在。其歐氏距離公式如下所示：

通過上述公式完成了故障的確定后，再根據(jù)權(quán)重得到電機故障的基本可信度。其可信度分配函數(shù)公式如下：

利用以上公式，能夠?qū)Σ幻鞔_的問題進(jìn)行及時診斷，從而確定故障點。最終，根據(jù)故障點的位置，采取相應(yīng)措施解決高壓電機的問題。

4.2 實時應(yīng)對高壓電機故障的現(xiàn)場維修策略深度研究

4.2.1 高壓電機冷卻系統(tǒng)故障的修復(fù)技巧深入剖析

首先要優(yōu)先對外部冷凍管道進(jìn)行防銹處理，實施針對性的防腐措施。持續(xù)監(jiān)控和管理這些管道，以最小化物質(zhì)溫升是必要的步驟之一。此外，為了避免由水分問題導(dǎo)致的內(nèi)部結(jié)垢和生銹，需要盡力提升外界冰凍水的品質(zhì)。對于使用鋼鐵制造且存在泄漏情況的情況，可采用電弧熔接的方式來解決問題。

然而，如果是由金屬鋁構(gòu)成的部分出現(xiàn)滲漏狀況，則應(yīng)選擇通過壓力沖擊法或注入式灌注等修復(fù)方式來處理。對于可能發(fā)生于高功率電動機中的故障，一旦發(fā)現(xiàn)裂縫或破損，應(yīng)立即使用粘貼劑進(jìn)行加固，以確保不會因鐵器件直接接觸其他物體而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而造成進(jìn)一步損壞。該做法不僅能保證所有黏連部位都已完全封閉，同時也增強了耐磨性和保護(hù)性能。

為解決外接散熱管道泄漏導(dǎo)致的密封不足問題，建議制造商供應(yīng)一種壓力沖頭來對外接散熱管道施加壓力以實現(xiàn)膨脹。此外，在外接散熱管道泄漏點添加橡膠環(huán)，該橡膠環(huán)能夠有效附著于鋼鐵材質(zhì)表面。隨后，使用膠水覆蓋并迅速干燥，然后向橡膠環(huán)內(nèi)注入膠液，以確保膠液滲透至外接散熱管道泄漏部位，從而獲得優(yōu)秀的密封性能。

4.2.2 高壓電機定子故障的現(xiàn)場修理手段

目前，高壓電機定子故障問題主要分為兩類：對稱型和非對稱型。由于生產(chǎn)商通常追求更高的利潤，選擇將原本應(yīng)由兩個線圈連接的地方改成單個，這大幅縮短了定子的使用壽命。這種構(gòu)造使得線圈難以形成一體，導(dǎo)致在設(shè)備運行過程中出現(xiàn)劇烈振動，損傷線圈的外部防護(hù)膜，最終導(dǎo)致高壓電機的定子功能失效。關(guān)于高壓電機定子常見的故障檢測結(jié)果見表2。

表2 高壓電機定子常見故障診斷

5 結(jié)語

本文詳細(xì)闡述和深入分析了當(dāng)前高壓電動機所面臨的主要挑戰(zhàn)，以及由此引發(fā)的相關(guān)故障情況。鑒于目前高壓電機運營過程中存在諸多不利條件，如水分滲入、氣體泄漏、濕氣侵襲等問題，并且我國對于高壓電機的制造與維修技術(shù)尚未完全成熟，導(dǎo)致高壓電機產(chǎn)生嚴(yán)重故障的可能性增加。本文深度探討了造成這些問題的根本原因?；诔Ｒ姷母邏弘姍C故障，制定了一套實際操作的檢查方案，并對其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳盡研究，有效降低了高壓電動機的修復(fù)成本，同時在一定程度上提高了工廠生產(chǎn)的整體效率，將電機故障控制在萌芽狀態(tài)。