谈大型高压电机的检修与维护孙伟

谈大型高压电机的检修与维护孙伟

孙伟

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司内蒙古呼和浩特市010000

摘要：高压电动机由于运行电压较高，因此在绝缘结构及线圈制造方面，要求都比较高.检修工艺一般都比较复杂。为了解决高压电动机的快速检修问题，使用户有可能自行修复损坏的电机定子.我们曾对辽宁清河发电厂两台6000伏级TSQ148-6310电动机，进行了常规和快速检修两种工艺方案的对比试验。结果表明：用快速检修工艺线圈包绝缘后不热压直接下线，利用热收缩带自紧，制成的线圈整体性好，与线槽接触紧密，端部规矩整齐，通风间隙大，工艺简单省工，还容易掌握。

关键词：高压电动机；绕组；绝缘劣化；击穿

1高压电动机的保护

1.1电流速断保护。电流速断保护是电动机绕组及引出线发生相间短路时的主保护。在通常的情况中，如果电动机的容量小于2000kW（规程规定电动机容量为2000kW及以上，需装设纵联差动保护），通过采用电流速断的方式一般能够达到对于其相间短路情况的保护。电流速断保护一般有两种方式，第一种是采用两相两继电器式，第二种是采用接于相电流之差的二相一继电器式接线。对于负荷较小的高压电动机，可以采用DL-11型电流继电器来构成和实现电流速断保护；对于负荷较大的高压电动机，需要采用有限反时限电流继电器来构成和实现电流速断保护。

1.2单相接地保护（零序过流保护）。为了保护高压电动机内部，避免单相接地产生故障，在单相接地的电流超过5A的情况下，需要装配单项接地保护装置，进行单相接地保护。通过此装置的应用，能够对电动机做到很好的保护，在接地电流超过10A时，保护装置能够实现瞬间的跳闸来切断电流，避免对电动机的内部造成伤害或损坏。而当接地电流在5A到10A之间时，保护装置能够给出一定的信号提醒或进行自动的跳闸。

1.3过负荷保护。在生产工作的进行过程之中，有很多高压电动机都存在着超出负荷的情况。对于存在此类情况的电动机需要对其进行过负荷的保护。通过负荷装置的应用能够在超出负荷的情况下给予一定的信号，或进行跳闸或自动减轻负荷的操作。对于那些启动和自启动条件非常严格的高压电动机，需要对其启动和自启动的时间进行一定的限制，避免时间过长，此种情况下，需对此类电动机进行过负荷的保护，保护装置上还应带时限动作于跳闸。对于那些在工作生产进行过程中过负荷情况发生几率比较小的高压电动机，以及启动和自启动条件不是很严格的不需要对其进行设过负荷保护。

1.4低电压保护。在高压电动机组的运行和工作中，会存在电源电压短时间内下降或者电源在中断后又恢复的情况，在此种情况下，为了能够对重要的电动机的自启动做到一定的保障，需要将次要的高压电动机进行断开处理，因此需要对次要的高压电动机进行低电压保护。当电源的电压值在短时间内降低或中断的情况下，是否对高压电动机进行低电压保护需要根据在生产中此高压电动机是否需要或被允许自启动来决定。

对于那些在生产中需要做到自启动，但是为了对人身安全和设备的安全做到一定的保障，在电源电压中断时间比较长的情况中需要从电网中自动断开的高压电动，也需要对其进行低电压保护。不需要对自启动的Ⅰ类电动机进行低电压的保护。但是在装有自动投入装置的备用机械设备的情况中，需要对其进行低电压保护，时限为10s，动作于断路器跳闸。

2目前大型高压电机轴承存在的问题

目前我国的大型高压电机，大部分是采用的分离式滑动轴承，轴承的故障一般较少，其轴瓦漏油的问题对电机的影响也不大。而部分大型高压电机和中型电机的结构是“端盖式滑动轴承”和“端盖式滚动轴承”，这部分电机的轴承则存在着很多问题：

2.1端盖式滑动轴承：此类电动机普遍存在转子的轴向串动大、轴瓦发热和漏油的现象。因为漏油而造成对电机绕组的腐蚀，使电机内部油灰过多电机温度过高。另外，滑动轴承比滚动轴承的检修也复杂很多。

2.1电动机的一般结构：我国所生产的箱式电动机有一部分轴承故障发生较多，经过分析发现其主要的问题是：在轴承的外侧装有一个距轴承间隙很小的挡油盘。这样即不利于轴承的散热和润滑脂的循环，又增加检修工作的难度和费用，并且在挡油盘内孔与轴的配合松动后，产生异音或从轴上脱出，造成严重的故障。

2.3双轴承式电机：部分箱式高压电动机，负荷侧采用了双轴承的结构。这类电动机的结构给检修工作带来了较大的难度，在电机的检修时，轴承无法清洗、检查而必须进行更换，造成检修费用的增加。另外此种结构的电机，轴承运行中的温度都比较高，使用寿命偏低。

2.4轴承的类型：我国大部分电机负侧的轴承为“圆柱形滚子轴承”，空侧为“向心推力球轴承”，在电机的运行中，转子长度的变化由负侧调整。此时如果电机与机械的联轴器为“弹性联轴器”时，对电机和机械均无大的影响，而如果是“刚性联轴器”则发生电机或机械的振动，甚至造成轴承的损坏。

2.5轴承的承载与允许转速：我国电机的轴承，一般负侧大多是选用“中型滚子轴承”。该轴承的承载能力是大大超过了计算值，但轴承的允许转速则与电机的实际转速相差很少甚至不够，所以这也是轴承发热、损坏频繁的一个重要原因。

2.6轴承附件的设计：目前我国电机的轴承附件大多是：轴承套和内、外油盖式的结构。此种结构的优点是简单，缺点是密封差。灰尘进入到轴承内部，加速轴承的磨损而损坏，并且大部分的轴承结构因为油室过小和挡油盘的存在而造成轴承发热严重。

3大型电动机常见的故障分类

电动机的故障可分为电气故障和机械故障。机械方面的故障主要是振动、轴承过热、转子扫膛、运转声音异常等；电气方面则主要是电动机绕组接地、短路、开路、接触不良、鼠笼断条等故障。对化工企业68台次高压电动机的故障情况进行了统计，其中，绝缘故障42台次，接线及接触不良引发故障9台次，轴承故障8台次，转子断笼5台次，其它故障4台次，分别占统计故障数的61.8%、13.2%、11.8%、7.3%和5.9%。可以看出，绝缘损坏是化工企业高压电动机出现概率最高的多发故障。

4绝缘故障原因分析

高压电动机绕组绝缘故障，受绝缘材料性能，制造工艺控制，运行安装环境及电、热、化学等综合因素影响，发生的原因比较复杂，下面结合实例分析探讨。

4.1电化学击穿

某厂造气车间的两台故障电机，解体检查，1台定子绕组三处绝缘击穿，1台四处绝缘击穿，均是点蚀损伤绝缘引起“爬电”，出现烧痕、裂缝、导电通道，且故障点均出现在电动机进风口端部且有向铁心方向移动趋势。对此，我们从电动机结构、运行环境、操作方式等方面分析原因，初步认定该电动机系由于选型不合理，运行环境恶劣导致电化学击穿。

运行环境恶劣引起电化学击穿是绝缘损坏的主要原因。空气中存在的酸、碱性腐蚀气体长期侵蚀绝缘材料表面，在空气湿度较大时，加速绝缘材料性能的恶化，有机绝缘材料在电、热、化学等因素的综合作用下，很容易引起损伤最终导致击穿。

4.2频繁启动

高压电动机的频繁启动直接影响其使用寿命。这是因为启动时电动机要承受大电流的冲击，绕组要承受电动力和热应力的叠加作用。由于绕组绝缘材料与铜导体膨胀系数不同，在启动时绝缘材料与导体之间形成很大的剪切应力，导体与绝缘材料之间的固定将被破坏，绝缘将分层或撕裂以至发生绝缘击穿。

鼠笼式异步电动机在频繁启动时，还容易造成鼠笼断条，尤其是负载启动电机，故障概率更高。

4.3嵌线缺陷

嵌线时绑扎端部造成端部绝缘压陷损伤，是引起高压电动机绕组损坏的另一个重要因素。凡被端环接触到的部位及被绑扎绳扎紧的部位，表面绝缘都不同程度地挤压出凹陷的沟痕，致使一部分软化的绝缘材料被挤压到绑扎接触面的边缘。整体固化后，此部分绝缘显著减薄，绝缘强度降低。

4.4端部手包绝缘质量不良

端部手包绝缘质量不良造成端部相间或对地短路的实例非常多。手包绝缘包层不紧，内部有间隙，在环境湿度高时，绕组的绝缘性能明显下降直至绝缘材料表面结露，此时绝缘表面易于引起沿面放电。其放电机理是在绝缘表面首先生成水膜，在电场作用下，水膜被电离并使离子沿表面移动、汇集，造成电场的不均匀分布，同时降低了表面的放电电压。这种沿表面放电实际上是一种气体介质放电现象，其电压比单一气体或固体中存在的击穿电压低得多，有时延面“爬电”距离可达数十厘米。沿面放电可能导致高电位之间贯穿性的击穿闪络，即相间短路事故。

某厂变换工段室外安装的两台Y560-10、500kW电机，在暴风雨天因电机进水保护动作相继跳闸。解体检查，发现电机由风道进水造成端部相间绝缘多处击穿，“爬电”距离长达60cm。

高压电动机绕组绝缘材料在电气、机械、温度、环境等因素综合作用下，均实时老化。采用相应试验方法，分析判断绝缘劣化程度，实施及时必要的绝缘处理，即可延长设备寿命，保障化工生产的连续性。

5针对高压电机故障的现场实时维修方法

5.1高压电机冷却系统故障的修理方法

首先要对外部冷却管路进行一段时间的防腐，并且要时常对外部冷却管路进行监管，最大限度地降低外部冷却管路介质的温度。其次要最大限度地加强外部冷却管路中冷却水的质量，目的是防止由于水的原因而导致外部冷却管路腐蚀，最终很好地降低外部冷却管路中堵塞的问题。

假若使用的材料是钢制的外部冷却管路漏水，采用电焊补焊就可以解决外部冷却管路漏水的问题。假若使用的材料是铝制的外部冷却管路漏水，解决方法是采取冲压、填塞、密封的检修方法，可以很好地解决铝制的外部冷却管路漏水的问题。进行现场检修时，必须在高压电机铝制外部冷却管路漏水处涂抹胶水，可以很有效地防止钢与铝的接触，达到很好的防氧化效果。这样，不仅把整个需要胶合的地方进行了密封，而且还达到了很好的防腐效果。该方法在检修设备上很好地降低了费用，也使工人们的工作时间很大程度上得到减少，同时检修的质量也得到了相当大的提高。

针对铝制的外部冷却管路漏水现象，采取冲压、填塞、密封的检修方法的实际方案。首先要把外部冷却管路漏水处进行去污，用清洗液对外部冷却管路漏水处进行洗刷，并用干的毛巾擦干。为了很好地解决外部冷却管路漏水处密封差的缺点，需要工厂提供一个冲头，对外部冷却管进行加压，可以很好地使外部冷却管扩张。其次要在外部冷却管路漏水处加入胶圈，该种胶圈可以很好地粘在钢质的材料上。最后在涂上胶水之后，胶水会很快干掉。再往胶圈中加入胶，可以很好地渗入到外部冷却管路漏水处，最终达到良好的密封效果。

6结束语

综上所述，由于当前高压电机运行的不利因素太多，例如漏水、漏气、受潮等，再加上国内高压电机的制造、检修工艺还不完善，使高压电机出现较为严重的故障。本文针对当前高压电机修理费用过高、效率过低的问题，详细分析了高压电机出现故障的原因及通过对高压电机常见的故障分析制订了现场检修方法，并对高压电机常见的故障制订的现场检修方法进行了分析研究，最终很好地降低了高压电机修理费用，同时还在一定程度上改善了工业生产中因为高压电机故障导致的低效率问题。

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