王軼楠

（浙江大學，浙江 杭州 310027）

磨煤機電機故障分析與處理

王軼楠

（浙江大學，浙江 杭州 310027）

山西神頭第二發(fā)電廠捷制2×500MW機組共安裝12臺磨煤機電機。從投產(chǎn)以來，發(fā)生的各類故障共計36次，嚴重影響了機組的安全、經(jīng)濟運行。闡述了設(shè)備情況，詳細介紹了磨煤機電機的故障類型（電機鐵芯松動、槽板松動、擋風板故障、轉(zhuǎn)子軸頸跑套、定子繞組絕緣損壞、軸承異音和軸承溫度高、軟電纜放炮故障等）、頻率、程度等，分析了電機在運行中損壞的原因、處理方法和防范措施。

磨煤機電機；定子鐵心；槽板；擋風板；定子繞組

1 設(shè)備簡介

山西神頭第二發(fā)電廠安裝的12臺捷制磨煤機電機為三相鼠籠異步電動機，電機為端蓋軸承結(jié)構(gòu)。該電機采用內(nèi)外雙風冷冷卻方式，外風路由安裝在定子鐵芯與機殼之間的軸向通風管和外風扇組成，內(nèi)風路由定轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子內(nèi)風扇、通風管間隙和擋風板等構(gòu)成。

磨煤機電機的主要技術(shù)規(guī)范，如表1所示。

表1 磨煤機電機的主要技術(shù)規(guī)范

2 故障類型分析及防范措施

2.1 電機鐵芯松動

2.1.1 松動的原因

第一，由于磨煤機電機鐵芯固定本身存在薄弱環(huán)節(jié)，如圖1所示。

圖1 磨煤機電機端部鐵芯平面圖

①電機機座內(nèi)沿周向均勻焊接6條筋板，定子鐵芯與定子機座靠這6條筋板連接。電機定子鐵芯的固定采用鐵芯底部與機殼筋板之間加裝固定鍵的一點固定方式，其他均為懸空，但該鍵的安裝間隙較大、電機起動力矩大且機殼筋板強度較小，運行中容易產(chǎn)生位移而導(dǎo)致松脫。投產(chǎn)以來，多次發(fā)生因固定鍵脫落而導(dǎo)致定子鐵芯轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生振動，更有甚者，將電機引線拉傷，發(fā)生接地故障。②電機定子鐵芯圓周方向的固定不科學。只在底部支撐筋上開鍵槽用鍵固定，其余5根筋只起約束作用。所以，克服圓周方向的扭矩力只靠底部的鍵來完成，其強度不足。③固定定子鐵芯的支撐筋為16mm厚的鋼板，只在電機兩端焊接固定，其強度不夠，在多次啟動受較大沖擊力的作用下，底部帶鍵槽的支撐筋由于承受集中載荷的作用已經(jīng)變形。

第二，由于磨煤機電機是用來調(diào)整負荷的，所以啟停次數(shù)較多，而電機的啟動轉(zhuǎn)矩、啟動電流大，每次操作定子鐵芯受沖擊力較大，所以，導(dǎo)致電機底部的支撐筋變形，堆焊的焊點開焊，定子鐵芯松動。

第三，因現(xiàn)場客觀原因限制，鐵芯壓圈與機殼的焊接工藝和焊接方法不當。

2.1.2 處理方法

①為防止定子鐵芯松動和轉(zhuǎn)動，只能采取焊接定子鐵芯與支撐筋的端部交接處的處理方法。增加電機定子鐵心的固定點，利用電機定子鐵心壓圈上的兩個M24螺孔，加工兩個固定塊，把壓圈和定位筋聯(lián)接起來，并把所有的接縫焊接起來，加強了電機鐵心的周向固定。固定塊起到兩個作用：一是圓周方向定位，二是加大焊接面積。這樣即使焊縫開焊，定子鐵心也不會發(fā)生周向轉(zhuǎn)動，避免掃膛事故的發(fā)生。②加強定位筋的剛度，在電機后部定位筋之間（圓周方向）加焊聯(lián)接固定塊，使軸向布置安裝的6根筋在圓周方向聯(lián)接起來，加強其承受圓周方向轉(zhuǎn)矩的能力。③消除固定鍵間隙，增加固定鍵寬度使緊密配合。

2.2 槽板松動

定子線圈在定子槽內(nèi)要經(jīng)受由機械、電、熱的工況下產(chǎn)生的相互應(yīng)力的作用，線圈絕緣在槽內(nèi)鐵芯部分承受極大的應(yīng)力。

2.2.1 具體原因

第一，故障狀態(tài)時，在2倍的系統(tǒng)頻率下，電動力可達到每厘米幾千牛頓的危險狀況。動力主要是在徑向方向，導(dǎo)線中電流產(chǎn)生的電動力用下式表示：

式中：I——線棒電流；

第二，磨煤機電機在運行中，電應(yīng)力可達5～6 kV/mm，在小的圓角處，比空氣的擊穿強度還要大得多。

第三，冷和熱的多次周期循環(huán)產(chǎn)生了熱的機械應(yīng)力和變形。第四，絕緣材料的熱老化。

2.2.2 防范措施

合適的槽內(nèi)墊緊可以減少這些應(yīng)力，因此，槽楔的墊緊非常重要，但槽楔的墊緊必須滿足以下條件：在正常的電動力下，防止線圈在槽內(nèi)移動；防止或降低槽內(nèi)放電和外表發(fā)生電離，并達到安全的水平；把熱的機械應(yīng)力減小到最低的程度。但同時滿足上述條件是有困難的，有時這些要求是相互矛盾的。為了熱的機械應(yīng)力降低到最低，必須使線圈有一定的移動自由度，但為了達到防止線圈移動的要求，又必須將線棒緊緊地固定在槽中，通常電機線圈都采用徑向墊緊的方法。切向墊緊能解決槽放電引起的絕緣腐蝕，這種腐蝕主要是由振動的作用所產(chǎn)生的，切向（側(cè)面）墊緊能為泄放表面電容電流提供穩(wěn)定的對地接觸，抑制切向的振動，提高絕緣的壽命。因此，槽楔的固定必須可靠，否則槽內(nèi)線圈會在電機運行中受機械力、電磁力等的作用，發(fā)生松動或磨損，損壞定子線圈的絕緣。引風機電機、送風機電機、給水泵電機定子槽楔都發(fā)生過松動磨損或槽口部分突出現(xiàn)象，嚴重影響電機的穩(wěn)定運行。在歷次大修中都進行過不同程度的槽楔更換和緊固工作。

2.3 擋風板故障

故障原因：①現(xiàn)裝擋風板是由4塊扇形膠木板通過6個固定點組合成環(huán)形擋風板，其結(jié)構(gòu)和固定方式均不合理、不可靠；②現(xiàn)裝膠木擋風板的強度不足；③現(xiàn)裝擋風板固定用螺絲經(jīng)常松動脫落。

防范措施：①將擋風板更換為尼龍環(huán)氧板，在其內(nèi)部加裝擋風板固定環(huán)與機殼緊固，然后用螺絲將擋風板與固定環(huán)可靠固定；②為防止擋風板松動，采取了焊接和螺絲緊固等辦法，其故障得到了控制，但其結(jié)構(gòu)、材料和固定方法仍不科學，需進一步改進。

2.4 轉(zhuǎn)子軸頸跑套

故障原因：①軸承內(nèi)圈與軸頸的徑向配合緊力較小，與重載荷啟動不相適應(yīng)；②軸承內(nèi)圈的軸向固定緊力不當；③軸承的安裝工藝不當。

防范措施：為防止軸頸跑套，已對損壞和配合緊力不當?shù)霓D(zhuǎn)軸進行涂鍍處理，并加大其配合緊力（一般為0.04～0.06mm），同時加大前后軸承鎖母的緊力。

2.5 定子繞組絕緣損壞

絕緣在槽內(nèi)鐵心部分承受極大的應(yīng)力。電機定子絕緣受損，大多數(shù)是因為絕緣壽命到期所致。一般由以下原因引起：在故障狀態(tài)時，在2倍的系統(tǒng)頻率下，電動力可達每厘米幾千牛頓的危險狀況，電動力主要是在徑向方向；在運行中，電應(yīng)力可達到5～6 kV/mm，在小的圓角處，比空氣的擊穿強度還要大得多；冷和熱的多次周期循環(huán)產(chǎn)生了熱的機械應(yīng)力和變形；熱老化。

現(xiàn)代的絕緣系統(tǒng)由云母薄片、粉云母、玻璃布和環(huán)氧樹脂或聚脂樹脂組成。這些材料具有高的耐熱性，允許的溫度完全超過了運行的溫度。電場應(yīng)力和熱的機械應(yīng)力是確定絕緣絕緣壽命的主要因素。為此在接近運行工況范圍需要認真地研究這些因素的綜合作用。如果線棒的絕緣不具備以下的特性，繞組的壽命將相對地縮短7～8年：高的絕緣強度；長期處在電場中的耐久性；有高的機械強度經(jīng)得起沖擊；具有整體一致的結(jié)構(gòu)；絕緣層良好地粘連在導(dǎo)線上。

影響絕緣壽命的因素主要是樹脂含量、云母的厚度和絕緣強度。在制造規(guī)程中，影響絕緣質(zhì)量的很重要的幾個方面是包扎絕緣帶的均勻性、工藝過程中時間和工況的選擇；對于內(nèi)有半導(dǎo)涂層的先前，有影響的半徑是在尚未包扎對地絕緣層以前，相比四角處的半徑，股線上小的半徑可以顯著地增加絕緣層的電場強度[1]。

電機絕緣應(yīng)注意：①云母帶必須具有恰當?shù)暮穸?，樹脂含量和柔性；②選定層數(shù)時要基于層數(shù)最適宜于壓緊的需要，帶子必須嚴格按半疊包扎；③選擇溫度和加壓固化過程的時間的時候，應(yīng)使黏膠樹脂有最佳的填充和散布。

2.6 軸承異音和軸承溫度高等故障

軸承損壞是電機的常見故障，其原因多種多樣，有軸電流產(chǎn)生導(dǎo)致滾道損壞的，有的是安裝不當造成的，還有的是軸承本身的質(zhì)量問題。

潤滑脂中混入渣質(zhì)在滾動體和滾道之間起研磨劑作用使?jié)L道遭受劃傷和金屬剝落現(xiàn)象，潤滑脂不足時會使軸承發(fā)生金屬之間干摩擦，軸承因局部過熱降低機械強度和硬度，使磨損加劇，軸承安裝不正，配合尺寸不符合要求，均會引起異常磨損產(chǎn)生；如果軸承內(nèi)圈與轉(zhuǎn)軸配合過緊，或內(nèi)外圈裝偏會使軸承局部發(fā)生應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋；有時軸承選型不當，引起金屬剝落，電機有較大軸向負載時而選用只能承受徑向負載的軸承，就會使內(nèi)外圈偏移，造成滾動體、滾道局部應(yīng)力集中而引起金屬剝落。

因此，在對電機檢修中應(yīng)加強軸承的安裝工藝，同時應(yīng)使用質(zhì)量好的軸承。

2.7 軟電纜放炮故障

自機組投產(chǎn)以來，12臺磨煤機電機均發(fā)生過6 kV軟電纜放炮事故。根據(jù)以前的經(jīng)驗，原來電機使用的軟電纜外層經(jīng)常發(fā)生破裂接地現(xiàn)象，電纜受到外力彎曲、扭轉(zhuǎn)、劃傷等都將產(chǎn)生裂紋。經(jīng)過對多家單位6 kV高壓電纜使用情況的調(diào)查和了解，都認為硅橡膠電纜質(zhì)量可靠，柔性好，絕緣層不易破裂，電氣性能和機械性能都比較好，運行中故障率低。所以建議購買高質(zhì)量的硅橡膠電纜，并逐步更換原來的電纜，徹底解決6 kV電機軟電纜接地放炮事故。

在軟電纜外面包高壓絕緣帶和塑料帶。針對原來的軟電纜經(jīng)常發(fā)生外部絕緣層破裂現(xiàn)象，用在其外部包高壓絕緣帶和塑料帶的方法加強其絕緣性能和機械強度，有效地避免了扭曲、劃傷造成的裂紋乃至接地放炮事故。

在軟電纜外套穿線管或金屬蛇皮管，這也可以有效地避免軟電纜受外力損傷，起到一定的保護作用。另外，金屬蛇皮管最好不要有接頭，否則其接頭容易劃傷或扎傷電纜的外部絕緣層，使電纜對金屬蛇皮管放電，進而燒壞電纜。

3 結(jié)束語

從2012年7月開始，將12臺磨煤機電機全部改造后，現(xiàn)已穩(wěn)定運行半年多，各項運行指標都正常，振動很小、運轉(zhuǎn)聲音平穩(wěn)，在電機解體檢查時，擋風板、定子鐵芯固定塊無開焊和裂紋等現(xiàn)象，并且從未發(fā)生過定子繞組損壞和6 kV軟電纜放炮事故，達到預(yù)期效果。

[1]龔炯.電機制造工藝學[M].北京：機械工業(yè)出版社，1995：172-189.

[2]陳世坤.電機設(shè)計[M].西安：西安交通大學出版社，1992：46-89.

Mill Motor Failure Analysisand Processing

Wang Yinan

the Shentou second power plants CZECHO 2×500MW units were installed 12 coal mill motor.Production began, the types of failures that occurred a total of 36 times, seriously affect the safe and economic operation of the unit.The equipment described in detail the type of coal mill motor failure (motor core loose, loose slot board, wind shield failure, the rotor journal ran sleeve, stator winding insulation damage, bearing different tone and bearing temperature soft cable blasting failure, etc.), frequency, extent, analysis of the causes of damage of the motor is running, treatment methods and prevention measures.

millmotor;stator core;groove boards;wind deflector;Statorwindings

TM 621.3

A

1000-8136（2013）02-0023-03

王軼楠，男，1992年2月出生，山西太原人，現(xiàn)就讀于浙江大學電氣工程學院電氣工程及其自動化專業(yè)。

（編輯：王靜）