鼠笼异步电动机断条故障分析及处理

李靖宇

（神华黄骅港务公司，河北 沧州 061113）

黄骅港是国家跨世纪重点工程，是国家西煤东运的第二条大通道出海口。在黄骅港每年下水的煤炭达到8 000万t。黄骅港自投产以来，已经运行8年。近年来，随着设备的老化，逐渐出现了一些新的问题。其中皮带输送机驱动电机多次发生损坏，严重影响了生产的顺利进行。

一、故障现象

黄骅港皮带机全部采用高压大功率鼠笼式异步电动机驱动，电压为6kV，功率为450kW。在近年的运行中，有电机出现周期性异常响动，甚至出现接地故障。将电机解体后发现，电机出现的故障为鼠笼断条造成的扫膛，并伴随电灼损坏。

二、维修方案

1.电机笼条断裂，转子大修。更换全部笼条，两端导电环（端环）更换，适当加大导电环截面，在导电环上开槽，将笼条插入导电环内焊接，可以加强机械强度、增加接触面积、减少接触电阻。施焊前要彻底清除焊接部位的氧化皮及油垢，不能只用汽油擦拭或焊炬烘烤，要用30%硫酸溶液清洗，再用10%烧碱溶液中和，最后用清水冲洗干净。焊接时，转子竖立放置，导电环面向上，在导电环与铁心之间填塞石棉，防止铁心过热。首先用数把焊炬以中性火焰同时均匀加热导电环，当温度达到400℃左右时，改用一把焊炬集中加热焊接部位，待温度达到约800℃（呈红色）时，将银钎焊料触及接头处，钎料便熔化并逐渐填满间隙。应采取分段交叉焊接法，以减小焊接后的残余应力。焊完一面后，再焊另一面。最后清理焊点，检查焊接质量。

2.电机定子如果未损坏，则清复保养。清洗、烘干，检查绕组热态绝缘电阻，做匝间试验。定子绕组VPI真空压力浸漆，烘焙固化。定子绕组表面喷8037#绝缘覆盖漆。

3.如果扫膛造成定子绕组损坏，则需要更换全部定子绕组。

4.转子动平衡试验。

5.全部零部件清洗检查，做内表面防锈处理。

6.电机外表清理后，重新油漆。

三、鼠笼断条原因分析

1.端环焊接处质量问题。直接启动的交流电机因启动电流大，在很短的启动过程中，鼠笼笼条将承受很高的热应力，经过连续三次启动（冷态下），笼条即发红。鼠笼铜条断裂多发生在启动后或堵转时，断点一般在槽口处和端环焊接处。原因是电动机在启动过程中，特别是频繁启停和重载启动时，启动电流使转子铜耗大大增加，鼠笼产生高温，笼条与端环受热不均匀，从而形成较大的热应力。同时笼条受高温变形变软，机械强度下降，在热应力、电磁力及离心力的反复作用下，首先使应力比较集中的槽口处和端环焊接处疲劳而断裂，少数焊接薄弱处则因接触电阻过大而呈现局部高温拉弧将铜条烧断和开焊。从损坏的电机鼠笼情况看，笼条从端环处断开的有四处，其中一处由于从端环处断开造成中部断裂，分析为：①端环处应力集中；②端环处焊接不牢固；③端环处电阻大，发热大，有过热痕迹，可能造成焊料软化而开焊。

2.频繁重载启动。根据电机的一般启动要求，电机在冷态情况下，连续两次启动后如果需要再次启动，则需要间隔4h；如果电机在运行中停机，只允许启动一次，如果需要再次启动，需间隔4h。根据黄骅港的实际情况，皮带机在运行中故障停机后，一般间隔5min即再次重载启动，由于是重载，启动时间长、电流大，对电机损害非常大，再加上有时重载启动不成功，甚至出现连续三次的重载启动。

3.电机负载过重。在正常运行情况下，设计额定功率满足要求，但是重载停机后重启动时，电机严重过载。

四、改进措施

1.避免重载停机。①加强对设备的点检和维修，避免由于误信号或故障出现的重载停机；②对现场人员严格管理，防止误碰拉伸开关等造成的重载停机；③限制皮带流量，严禁出现皮带压停等情况。

2.限制重载启动次数和时间。①由于生产的限制，发生重载停机后，不可能等待很长时间再启动，为了兼顾生产和设备，规定重载启动的时间间隔至少大于15min；②重载停机后，需判断重载启动是否能够一次成功，否则需将皮带上的煤清理或放掉，然后启动；③严禁连续多次重载启动。

3.增加皮带机驱动电机功率。适当增加驱动电机功率，使得皮带在重载停机后能够保证一次启动成功，避免出现连续重载启动情况。

4.早期发现断条故障。如果能够早期发现断条故障，那么维修费用将大大节省。如果扫膛严重造成定子损坏，那么维修费用将是单独维修转子的三倍，并且由于维修工艺、使用材料等原因，将造成电机功率下降。

定子电流的频谱分析是诊断和监测交流异步电动机故障的有效方法，它可以诊断交流电机笼型绕组的断条、静态气隙偏心、动态气隙偏心和机械不平衡等故障。

因此，对于在线运行的电机，定期用电机故障测试仪检测（根据工况决定周期），发现异常者即拆修，能够早期发现故障。

5.维修时的改进措施。如果笼条已经损坏需要更换时，要求厂家对笼条结构进行改造。原电机笼条与端环之间采用的是平接，见图1。端环与笼条之间接触面积小、强度小、电阻大，并且笼条的受力全部由焊料承担，过热时焊料强度降低造成开焊。

图1 原笼条与端环之间的焊接

要求厂家做如下改动见图2。将端环加厚，同时在端环上开槽；在笼条的端面加工锯齿。这样可以增加焊接强度，笼条的受力由笼条与端环直接承担而不是由脆弱的焊料承担；增加接触面积，减小接触电阻，减少端环处的发热；即使发生开焊情况，由于笼条镶嵌在端环内，也不容易发生扫膛情况。

图2 改进措施的示意图

五、改造成效

1.鼠笼式高压电动机价格昂贵，黄骅港有上百台，通过制定合理的管理办法，限制重载启动次数，从而避免鼠笼断条现象的发生，能够节省大量的备件费用。

2.通过电机故障检测仪，及早发现电机的故障，能够防止故障扩大从而节约大量维修费用。

3.通过对已经损坏电机的笼条的改造，可以避免修复件再次发生断条故障。