磨煤机电机故障分析与处理

王轶楠

（浙江大学，浙江 杭州 310027）

磨煤机电机故障分析与处理

王轶楠

（浙江大学，浙江 杭州 310027）

山西神头第二发电厂捷制2×500MW机组共安装12台磨煤机电机。从投产以来，发生的各类故障共计36次，严重影响了机组的安全、经济运行。阐述了设备情况，详细介绍了磨煤机电机的故障类型（电机铁芯松动、槽板松动、挡风板故障、转子轴颈跑套、定子绕组绝缘损坏、轴承异音和轴承温度高、软电缆放炮故障等）、频率、程度等，分析了电机在运行中损坏的原因、处理方法和防范措施。

磨煤机电机；定子铁心；槽板；挡风板；定子绕组

1 设备简介

山西神头第二发电厂安装的12台捷制磨煤机电机为三相鼠笼异步电动机，电机为端盖轴承结构。该电机采用内外双风冷冷却方式，外风路由安装在定子铁芯与机壳之间的轴向通风管和外风扇组成，内风路由定转子铁芯、转子内风扇、通风管间隙和挡风板等构成。

磨煤机电机的主要技术规范，如表1所示。

表1 磨煤机电机的主要技术规范

2 故障类型分析及防范措施

2.1 电机铁芯松动

2.1.1 松动的原因

第一，由于磨煤机电机铁芯固定本身存在薄弱环节，如图1所示。

图1 磨煤机电机端部铁芯平面图

①电机机座内沿周向均匀焊接6条筋板，定子铁芯与定子机座靠这6条筋板连接。电机定子铁芯的固定采用铁芯底部与机壳筋板之间加装固定键的一点固定方式，其他均为悬空，但该键的安装间隙较大、电机起动力矩大且机壳筋板强度较小，运行中容易产生位移而导致松脱。投产以来，多次发生因固定键脱落而导致定子铁芯转动，产生振动，更有甚者，将电机引线拉伤，发生接地故障。②电机定子铁芯圆周方向的固定不科学。只在底部支撑筋上开键槽用键固定，其余5根筋只起约束作用。所以，克服圆周方向的扭矩力只靠底部的键来完成，其强度不足。③固定定子铁芯的支撑筋为16mm厚的钢板，只在电机两端焊接固定，其强度不够，在多次启动受较大冲击力的作用下，底部带键槽的支撑筋由于承受集中载荷的作用已经变形。

第二，由于磨煤机电机是用来调整负荷的，所以启停次数较多，而电机的启动转矩、启动电流大，每次操作定子铁芯受冲击力较大，所以，导致电机底部的支撑筋变形，堆焊的焊点开焊，定子铁芯松动。

第三，因现场客观原因限制，铁芯压圈与机壳的焊接工艺和焊接方法不当。

2.1.2 处理方法

①为防止定子铁芯松动和转动，只能采取焊接定子铁芯与支撑筋的端部交接处的处理方法。增加电机定子铁心的固定点，利用电机定子铁心压圈上的两个M24螺孔，加工两个固定块，把压圈和定位筋联接起来，并把所有的接缝焊接起来，加强了电机铁心的周向固定。固定块起到两个作用：一是圆周方向定位，二是加大焊接面积。这样即使焊缝开焊，定子铁心也不会发生周向转动，避免扫膛事故的发生。②加强定位筋的刚度，在电机后部定位筋之间（圆周方向）加焊联接固定块，使轴向布置安装的6根筋在圆周方向联接起来，加强其承受圆周方向转矩的能力。③消除固定键间隙，增加固定键宽度使紧密配合。

2.2 槽板松动

定子线圈在定子槽内要经受由机械、电、热的工况下产生的相互应力的作用，线圈绝缘在槽内铁芯部分承受极大的应力。

2.2.1 具体原因

第一，故障状态时，在2倍的系统频率下，电动力可达到每厘米几千牛顿的危险状况。动力主要是在径向方向，导线中电流产生的电动力用下式表示：

式中：I——线棒电流；

第二，磨煤机电机在运行中，电应力可达5～6 kV/mm，在小的圆角处，比空气的击穿强度还要大得多。

第三，冷和热的多次周期循环产生了热的机械应力和变形。第四，绝缘材料的热老化。

2.2.2 防范措施

合适的槽内垫紧可以减少这些应力，因此，槽楔的垫紧非常重要，但槽楔的垫紧必须满足以下条件：在正常的电动力下，防止线圈在槽内移动；防止或降低槽内放电和外表发生电离，并达到安全的水平；把热的机械应力减小到最低的程度。但同时满足上述条件是有困难的，有时这些要求是相互矛盾的。为了热的机械应力降低到最低，必须使线圈有一定的移动自由度，但为了达到防止线圈移动的要求，又必须将线棒紧紧地固定在槽中，通常电机线圈都采用径向垫紧的方法。切向垫紧能解决槽放电引起的绝缘腐蚀，这种腐蚀主要是由振动的作用所产生的，切向（侧面）垫紧能为泄放表面电容电流提供稳定的对地接触，抑制切向的振动，提高绝缘的寿命。因此，槽楔的固定必须可靠，否则槽内线圈会在电机运行中受机械力、电磁力等的作用，发生松动或磨损，损坏定子线圈的绝缘。引风机电机、送风机电机、给水泵电机定子槽楔都发生过松动磨损或槽口部分突出现象，严重影响电机的稳定运行。在历次大修中都进行过不同程度的槽楔更换和紧固工作。

2.3 挡风板故障

故障原因：①现装挡风板是由4块扇形胶木板通过6个固定点组合成环形挡风板，其结构和固定方式均不合理、不可靠；②现装胶木挡风板的强度不足；③现装挡风板固定用螺丝经常松动脱落。

防范措施：①将挡风板更换为尼龙环氧板，在其内部加装挡风板固定环与机壳紧固，然后用螺丝将挡风板与固定环可靠固定；②为防止挡风板松动，采取了焊接和螺丝紧固等办法，其故障得到了控制，但其结构、材料和固定方法仍不科学，需进一步改进。

2.4 转子轴颈跑套

故障原因：①轴承内圈与轴颈的径向配合紧力较小，与重载荷启动不相适应；②轴承内圈的轴向固定紧力不当；③轴承的安装工艺不当。

防范措施：为防止轴颈跑套，已对损坏和配合紧力不当的转轴进行涂镀处理，并加大其配合紧力（一般为0.04～0.06mm），同时加大前后轴承锁母的紧力。

2.5 定子绕组绝缘损坏

绝缘在槽内铁心部分承受极大的应力。电机定子绝缘受损，大多数是因为绝缘寿命到期所致。一般由以下原因引起：在故障状态时，在2倍的系统频率下，电动力可达每厘米几千牛顿的危险状况，电动力主要是在径向方向；在运行中，电应力可达到5～6 kV/mm，在小的圆角处，比空气的击穿强度还要大得多；冷和热的多次周期循环产生了热的机械应力和变形；热老化。

现代的绝缘系统由云母薄片、粉云母、玻璃布和环氧树脂或聚脂树脂组成。这些材料具有高的耐热性，允许的温度完全超过了运行的温度。电场应力和热的机械应力是确定绝缘绝缘寿命的主要因素。为此在接近运行工况范围需要认真地研究这些因素的综合作用。如果线棒的绝缘不具备以下的特性，绕组的寿命将相对地缩短7～8年：高的绝缘强度；长期处在电场中的耐久性；有高的机械强度经得起冲击；具有整体一致的结构；绝缘层良好地粘连在导线上。

影响绝缘寿命的因素主要是树脂含量、云母的厚度和绝缘强度。在制造规程中，影响绝缘质量的很重要的几个方面是包扎绝缘带的均匀性、工艺过程中时间和工况的选择；对于内有半导涂层的先前，有影响的半径是在尚未包扎对地绝缘层以前，相比四角处的半径，股线上小的半径可以显著地增加绝缘层的电场强度[1]。

电机绝缘应注意：①云母带必须具有恰当的厚度，树脂含量和柔性；②选定层数时要基于层数最适宜于压紧的需要，带子必须严格按半叠包扎；③选择温度和加压固化过程的时间的时候，应使黏胶树脂有最佳的填充和散布。

2.6 轴承异音和轴承温度高等故障

轴承损坏是电机的常见故障，其原因多种多样，有轴电流产生导致滚道损坏的，有的是安装不当造成的，还有的是轴承本身的质量问题。

润滑脂中混入渣质在滚动体和滚道之间起研磨剂作用使滚道遭受划伤和金属剥落现象，润滑脂不足时会使轴承发生金属之间干摩擦，轴承因局部过热降低机械强度和硬度，使磨损加剧，轴承安装不正，配合尺寸不符合要求，均会引起异常磨损产生；如果轴承内圈与转轴配合过紧，或内外圈装偏会使轴承局部发生应力集中，产生裂纹；有时轴承选型不当，引起金属剥落，电机有较大轴向负载时而选用只能承受径向负载的轴承，就会使内外圈偏移，造成滚动体、滚道局部应力集中而引起金属剥落。

因此，在对电机检修中应加强轴承的安装工艺，同时应使用质量好的轴承。

2.7 软电缆放炮故障

自机组投产以来，12台磨煤机电机均发生过6 kV软电缆放炮事故。根据以前的经验，原来电机使用的软电缆外层经常发生破裂接地现象，电缆受到外力弯曲、扭转、划伤等都将产生裂纹。经过对多家单位6 kV高压电缆使用情况的调查和了解，都认为硅橡胶电缆质量可靠，柔性好，绝缘层不易破裂，电气性能和机械性能都比较好，运行中故障率低。所以建议购买高质量的硅橡胶电缆，并逐步更换原来的电缆，彻底解决6 kV电机软电缆接地放炮事故。

在软电缆外面包高压绝缘带和塑料带。针对原来的软电缆经常发生外部绝缘层破裂现象，用在其外部包高压绝缘带和塑料带的方法加强其绝缘性能和机械强度，有效地避免了扭曲、划伤造成的裂纹乃至接地放炮事故。

在软电缆外套穿线管或金属蛇皮管，这也可以有效地避免软电缆受外力损伤，起到一定的保护作用。另外，金属蛇皮管最好不要有接头，否则其接头容易划伤或扎伤电缆的外部绝缘层，使电缆对金属蛇皮管放电，进而烧坏电缆。

3 结束语

从2012年7月开始，将12台磨煤机电机全部改造后，现已稳定运行半年多，各项运行指标都正常，振动很小、运转声音平稳，在电机解体检查时，挡风板、定子铁芯固定块无开焊和裂纹等现象，并且从未发生过定子绕组损坏和6 kV软电缆放炮事故，达到预期效果。

[1]龚炯.电机制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1995：172-189.

[2]陈世坤.电机设计[M].西安：西安交通大学出版社，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

王轶楠，男，1992年2月出生，山西太原人，现就读于浙江大学电气工程学院电气工程及其自动化专业。

（编辑：王静）