二灘水力發(fā)電廠 張樹忠

鼠籠式異步電動機(jī)在大型水電站有著廣泛的用途，主要應(yīng)用于油系統(tǒng)、水系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)、門機(jī)、橋機(jī)、啟閉機(jī)等起重設(shè)備的動力驅(qū)動。本水電站異步鼠籠式電動機(jī)主要有400V和6kV兩種，一般情況下高壓電動機(jī)功率越高啟動力矩就越大，故障后果影響也越大。特別是6kV電動機(jī)，作為廠房汛期防汛的重要設(shè)備，保證其運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，具有十分重要的意義。在三相交流異步鼠籠式電動機(jī)的運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子鼠籠斷條現(xiàn)象十分常見。發(fā)生轉(zhuǎn)子斷條的電動機(jī)，在運(yùn)行過程中振動和噪聲增大，過載能力下降，若繼續(xù)運(yùn)行斷條彈出后將劃傷定子繞組端部的絕緣。

本水電站廠房6kV深井排水泵三相交流異步鼠籠式電動機(jī)經(jīng)過多年運(yùn)行，先后共有三臺電動機(jī)發(fā)生故障，分別是廠房#1滲漏排水泵電動機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂引起6kV母線602M電壓波動；廠房#3滲漏排水泵電動機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂彈出將定子繞組絕緣刮傷，造成定子繞組三相對地?fù)舸┒搪?，定子繞圈燒毀；6kV電動機(jī)大修轉(zhuǎn)子吊芯檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)#1滲漏排水泵電動機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠條有一根斷裂。

1 鼠籠式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子發(fā)生斷條常見原因分析

頻繁重載啟動。電動機(jī)起動時(shí)定子電流約為額定電流的4~7倍，此時(shí)轉(zhuǎn)子鼠籠條因最大的感應(yīng)電流而很快升溫，材料強(qiáng)度下降、熱應(yīng)力增加，再加上電磁扭矩的劇烈沖擊，使鼠籠條與端環(huán)在相對運(yùn)動中產(chǎn)生較大的剪切力和端環(huán)不平衡轉(zhuǎn)動的離心力。頻繁起動使效應(yīng)累積至材料疲勞極限，起動、運(yùn)行中就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂。

制造尺寸偏小。因設(shè)計(jì)鼠籠條尺寸偏小，槽與鼠籠條的間隔偏大，長期在離心力作用下鼠籠條產(chǎn)生徑向位移，使鼠籠條的梯形上底邊與鐵芯處于同一圓柱面甚至凸出柱面，此時(shí)槽體斜鍵不能撐緊鼠籠條，鼠籠條在槽內(nèi)會發(fā)生振動，甚至產(chǎn)生火花灼傷鼠籠條與鐵芯。

焊接工藝不良。在銅條轉(zhuǎn)子中鼠籠條與端環(huán)的焊接是用磷銅焊條進(jìn)行的，如果焊接質(zhì)量不佳，焊接處受力后很快開焊，鼠籠條焊接處因加熱溫度較高，導(dǎo)致應(yīng)力最集中部位的材質(zhì)強(qiáng)度降低，導(dǎo)致鼠籠條斷裂。整個(gè)機(jī)組振動較大如由于機(jī)組的整體強(qiáng)度系數(shù)不夠、找正不好、不平衡、靠背輪磨損嚴(yán)重、不同心等原因，導(dǎo)致電動機(jī)長期在大的振動下起動運(yùn)行，會使鼠籠條嚴(yán)重破損、顫動、疲勞而引起斷條。

電動機(jī)起動時(shí)間長。當(dāng)電動機(jī)因負(fù)載機(jī)械卡塞或選型不當(dāng)使其起動力矩偏小時(shí)，都會造成起動時(shí)間過長。起動時(shí)間長會使鼠籠的溫度猛增而容易損壞；斷條后檢修不及時(shí)。鼠籠條斷條很少時(shí)，因?qū)﹄妱訖C(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)影響不大而難于被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)電動機(jī)在起動時(shí)冒火、振動、噪音增大、轉(zhuǎn)速下降等異常時(shí)，斷條已是很嚴(yán)重了。

鼠籠式轉(zhuǎn)子斷條的發(fā)展過程：在即將斷裂的部位經(jīng)常出現(xiàn)過熱、很高的熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力；在達(dá)到疲勞極限時(shí)，鼠籠條斷裂并產(chǎn)生電??；在連續(xù)起動時(shí)，相鄰的鼠籠條通過更大的電流，并承受更大的熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力；造成更多的鼠籠條斷裂，故障更加嚴(yán)重，產(chǎn)生較大的單邊磁拉力，使電動機(jī)產(chǎn)生振動、噪聲、定子電流波動和溫升增加、轉(zhuǎn)速波動。

2 6kV三相鼠籠式異步電動機(jī)發(fā)生斷條故障分析

2.1 斷條故障回顧

廠房#1滲漏排水泵：08-29，廠房#1滲漏排水泵轉(zhuǎn)子斷條、燒損電動機(jī)，將#1檢修排水泵更換至#1滲漏排水泵，原滲漏泵轉(zhuǎn)子斷條報(bào)廢，#1檢修排水泵更換新電動機(jī)；03-09，抽芯檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子有1根斷條，將該電動機(jī)進(jìn)行更換。廠房#3滲漏排水泵：10月廠房#3滲漏排水泵電動機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠鼠籠條斷裂彈出刮傷定子繞組絕緣，造成定子繞組三相對地?fù)舸┒搪?，燒毀定子繞圈；對電動機(jī)進(jìn)行更換。

2.2 電動機(jī)的控制運(yùn)行的方式

3臺滲漏泵電動機(jī)主要為廠房滲漏排水系統(tǒng)提供動力。主要收集廠房內(nèi)6臺機(jī)組的頂蓋排水、水泵房濾水器排水、機(jī)坑排水、主變室排水、補(bǔ)氣水封排水、及尾水管進(jìn)人門滲漏排水、水輪機(jī)層的滲漏排水、廠房內(nèi)各部排水溝的排水，通過控制系統(tǒng)對深井泵啟?？刂?，經(jīng)2條排水管將水及時(shí)排至＃1、＃2尾水調(diào)壓室?？刂品绞接羞h(yuǎn)方方式、現(xiàn)地手動、PLC自動循環(huán)、人工選擇啟動順序。

正常運(yùn)行時(shí)為PLC自動循環(huán)，即當(dāng)水位達(dá)到第一啟動水位時(shí)，輪換到“第一啟動”位置的排水泵投運(yùn)，先打開潤滑水的電磁閥，檢測潤滑水信號正常后延時(shí)啟動排水泵；如無潤滑水則報(bào)警，同時(shí)啟動下一臺排水泵。當(dāng)排水泵啟動后延時(shí)檢測泵無出水則立即停泵同時(shí)報(bào)警。當(dāng)水位達(dá)到第二啟動水位時(shí)，輪換到“第二啟動”位置的排水泵投運(yùn)；當(dāng)水位達(dá)到第三啟動水位時(shí)，輪換到“第三啟動”位置的排水泵投運(yùn)。當(dāng)水位達(dá)到停泵水位時(shí)所有的排水泵停止。3臺泵的啟動順序自動輪換，當(dāng)某臺有故障時(shí)則自動組合剩下2臺泵的啟動順序。

5臺檢修泵電動機(jī)主要為廠房機(jī)組檢修排水系統(tǒng)提供動力。主要收集廠房內(nèi)6臺機(jī)組檢修時(shí)的蝸殼放空排水、壓力鋼管排水、尾水管排水、上下游閘門的漏水，通過控制系統(tǒng)對深井泵啟?？刂?，經(jīng)2條排水管將水及時(shí)排至＃1、＃2尾水調(diào)壓室?？刂圃砼c3臺滲漏泵電動機(jī)相同。

2.3 廠房6kV電動機(jī)運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)

對廠房8臺6kV電動機(jī)運(yùn)行次數(shù)及運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別在枯水期和汛期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

數(shù)據(jù)分析：從表1、表2可得出，廠房滲漏泵（61SB、62SB、63SB）的平均每天運(yùn)行次數(shù)、平均運(yùn)行時(shí)間均遠(yuǎn)大于廠房檢修泵（61JB、62JB、63JB、64JB、65JB）；廠房滲漏泵（61SB、62SB、63SB）在汛期平均每天運(yùn)行次數(shù)大于其在檢修期運(yùn)行次；廠房檢修泵（61JB、62JB、63JB、64JB、65JB）在汛期平均運(yùn)行次數(shù)與檢修期相差不大，平均運(yùn)行時(shí)間在檢修期略高于汛期。

表1 廠房電動機(jī)啟動次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)（枯水期12.20-4.19）

表2 廠房電動機(jī)啟動次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)（汛期6.18-8.19）

2.4 轉(zhuǎn)子斷條原因總結(jié)

發(fā)生轉(zhuǎn)子斷條故障的電動機(jī)均為滲漏排水泵電動機(jī)。根據(jù)8臺電動機(jī)的運(yùn)行模式，滲漏泵電動機(jī)只有3臺，檢修泵電動機(jī)5臺。根據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)分析可得，滲漏泵電動機(jī)總啟動次數(shù)、總運(yùn)行時(shí)間均遠(yuǎn)大于檢修排水泵電動機(jī)；運(yùn)行年限長。從發(fā)電至現(xiàn)在已運(yùn)行十年之久；啟動頻繁。從電動機(jī)運(yùn)行方式和數(shù)據(jù)分析可看出，到達(dá)水位自動運(yùn)行，且水電站廠房位于地下廠房，滲漏水較多；在有輕度斷條故障時(shí)沒有及時(shí)檢查發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致繼續(xù)運(yùn)行，擴(kuò)大斷條數(shù)目；長期處于振動環(huán)境。8臺電動機(jī)均位于#6機(jī)組水輪機(jī)旁邊，機(jī)組長期運(yùn)行，帶動電動機(jī)基礎(chǔ)振動，導(dǎo)致電動機(jī)部分受力不平衡；電動機(jī)本身缺陷。設(shè)計(jì)制造時(shí)材料選擇、制造工藝存在缺陷或焊接不牢，進(jìn)而導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)發(fā)生故障。

3 應(yīng)對措施

3.1 加強(qiáng)設(shè)備巡視

對于檢修排水泵與廠房滲漏排水泵電機(jī)每天至少巡回檢查一次，并監(jiān)視CCS上電機(jī)是否有相關(guān)設(shè)備異常報(bào)警信號。在日常巡檢中要重點(diǎn)檢查以下設(shè)備運(yùn)行情況：電動機(jī)運(yùn)行時(shí)聲音無異音、無焦味，振動不超過允許值；電動機(jī)各部分的溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，外殼及軸承不過熱；電動機(jī)外殼接地良好，電纜引入線固定牢固；電動機(jī)運(yùn)行中三相電壓平衡，電流不超過額定值；、軸承潤滑良好，油位正常，油環(huán)轉(zhuǎn)動靈活；電動機(jī)側(cè)電纜無滲油，保險(xiǎn)及接頭不過熱；各有關(guān)信號指示及電動機(jī)控制裝置應(yīng)完整良好。

3.2 科學(xué)安排設(shè)備運(yùn)行方式

所有6kV異步電動機(jī)正常運(yùn)行中不允許超過銘牌定額運(yùn)行，電動機(jī)在額定電壓95~105%范圍內(nèi)運(yùn)行,其額定出力不變；電動機(jī)在額定出力運(yùn)行時(shí),相間電壓不平衡不得超過額定值的5%；電動機(jī)定子電流任一相不得超過額定值，三相電流不平衡最大不得超過額定值15%；檢修后的電動機(jī)需測量絕緣電阻值后方可啟動運(yùn)行。

禁止電動機(jī)在無保護(hù)情況下投入運(yùn)行檢修后首次啟動電動機(jī)時(shí)，應(yīng)查看電動機(jī)的轉(zhuǎn)向正確，并監(jiān)視電動機(jī)啟動電流和運(yùn)行電流，運(yùn)行電流不應(yīng)超過額定值。正常情況下手動啟動電動機(jī)禁止在啟動瞬間立即停止，必須轉(zhuǎn)速正常后，才能進(jìn)行停止操作。但缺相運(yùn)行、機(jī)械卡阻、電動機(jī)不轉(zhuǎn)動并伴有嗡嗡聲時(shí)，應(yīng)立即停止。電動機(jī)啟動間隔時(shí)間不應(yīng)小于5分鐘，備用電動機(jī)應(yīng)處于隨時(shí)可投入運(yùn)行狀態(tài)。對于不運(yùn)轉(zhuǎn)的備用電動機(jī)，在做定期切換時(shí)應(yīng)手動啟動電動機(jī)試運(yùn)行，檢查是否運(yùn)行正常。檢修排水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)的電動機(jī)采用PLC自動切換方式，并在月設(shè)備運(yùn)行分析中分析統(tǒng)計(jì)各電機(jī)運(yùn)行時(shí)常。

3.3 加強(qiáng)設(shè)備制造工藝

為防止轉(zhuǎn)子鼠籠條斷裂的措施是制造單位應(yīng)提高電動機(jī)制造質(zhì)量，改進(jìn)工藝和結(jié)構(gòu)，盡量使鼠籠條與轉(zhuǎn)子槽緊密配合，形成一個(gè)堅(jiān)固的整體、不使其松動，并應(yīng)采用新技術(shù)、新材料、新工藝。設(shè)計(jì)單位應(yīng)在選擇電動機(jī)時(shí)充分考慮其安全性和可靠性。

綜上，電站廠房6kV鼠籠式異步電動機(jī)發(fā)生轉(zhuǎn)子斷條的均為滲漏排水泵電動機(jī)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條斷裂原因是：長期位于振動區(qū)域，電動機(jī)重載啟動頻繁，運(yùn)行時(shí)間較長，出現(xiàn)輕微或少量轉(zhuǎn)子斷條未及時(shí)發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致事故擴(kuò)大。通過數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化運(yùn)行方式，改善設(shè)備運(yùn)行工況，定期工作及時(shí)優(yōu)化檢查項(xiàng)目。