三相异步电动机绝缘故障分析与处理

陈金刚，侯昭霆，孙剑超

三相异步电动机绝缘故障分析与处理

陈金刚，侯昭霆，孙剑超

（德州恒力电机有限责任公司，山东德州 253005）

为保证电机绝缘良好，避免引起不可修复的电器绝缘故障，主要讲述三相异步电动机绝缘故障的种类和特点，对电机绕组的对地绝缘击穿，相间绝缘损坏和匝间绝缘短路的故障表现形式和预防处理措施进行重点阐述。

对地绝缘 相间绝缘 匝间绝缘 电机绕组 绝缘击穿 绝缘材料

0 引言

三相异步电动机的绝缘包括对地绝缘、相间绝缘和匝间绝缘。其中，对地绝缘指三相绕组对定子铁芯和机壳及端盖之间的绝缘；相间绝缘指三相绕组之间的绝缘；匝间绝缘指绕组线圈各匝之间的绝缘。

造成三相异步电动机损坏的主要原因是对地绝缘故障，其次是相间绝缘故障，再次是匝间绝缘故障。电机的绝缘性能由绝缘材料本身性能和生产加工制造工艺决定，绝缘材料是电机绝缘可靠性的基础。电机的绝缘材料既包括电磁线、引接线等导电材料本身的绝缘材料，也包括生产加工过程中的绝缘纸、绝缘管、绝缘漆、云母带等增强性绝缘材料。绝缘材料的耐热等级是一个非常关键的性能指标，应与电机的温升控制水平相匹配。本文主要研究加工制造及装配过程的三相异步电动机绝缘故障产生原因及处理措施。

1 对地绝缘故障的主要发生部位和产生原因及处理措施

电机对地绝缘故障按发生位置可以分为绕组与铁芯、绕组与机座、绕组与端盖，以及引接线与关联零部件的对地绝缘故障。1）绕组与铁芯的对地绝缘故障，大多发生在槽口位置，如图1所示。铁芯的对地绝缘故障产生与铁芯的弹开及绕组的端部扩口和整形有关，铁芯绕组槽满率高的产品，绝缘接地故障比重较大。绕组绝缘接地的另一个位置是槽内，主要可能是铁芯槽内不平整、有异物等原因，导致槽底绝缘损坏，也可能是槽内绝缘尺寸不符合或发生扭斜所致。对于不同的绝缘处理工艺，修复的可能性不一样；对于采用真空压力浸漆的绕组，绝缘漆固化后成为不可还原的固态，修复的难度较大，特别是铁芯槽内的绝缘故障，基本上不可修复。对于绕组与铁芯槽口的对地故障，缘于槽口形状的特殊性，当发生对地故障时，很有可能电磁线的漆膜已破损，即使修复了对地绝缘故障，发生匝间绝缘的可能性也较大。针对这类故障，修复对地故障的同时，需要对匝间绝缘进行修复。2）绕组与机座和端盖的对地故障，一般情况下，绕组与机座及端盖应有一定的空间距离，但是对于物理空间比较紧张，特别是绕组端部整形不规范的情况，在电机定子压入机座，特别是装配成整机后，出现绕组与机座或端盖实质性的接触，这样极容易造成对地绝缘故障。如图2所示。绕组与机座和端盖的对地故障故障通常具有一定的规律性，一是产品规格的集中，二是对地故障点相对固定。该类故障点大多集中在绕组引接线与本线焊接，以及引接线出机座的位置。为了避免这类故障的发生，绕组加工的工艺性至关重要；绕组开口位置、大小、与机座出口的相对位置控制，以及引接线的分布处理，都会影响最终的整体效果。3）引接线的对地绝缘故障，定子引接线经过一定的路径，当所经过的路径中存在尖锐的毛刺或锐边，可导致引接线绝缘护套破损，造成直接对地故障，机座出口位置容易出现该类故障，如图3所示。主要是因为机座毛坯质量较差，机械加工中的金属屑，装配过程的野蛮操作都会造成引接线对地绝缘损伤击穿故障。

2 相间绝缘故障的发生部位和产生原因

相间绝缘故障是指电机绕组或绕组附属部件不同相之间发生的绝缘击穿现象。相间绝缘故障可能发生在铁芯槽内，引接线之间，接线板位置，大多发生在绕组的端部位置。1）铁芯槽内的相间故障，三相电机双层绕组，存在两相绕组线圈放置在同一槽内的情况，两相线圈通过层间绝缘进行隔离，当层间绝缘破损或移位时，将在槽内发生相间绝缘故障。2）引接线相间绝缘故障，三相电机绕组引接线，在端部绑扎位置，以及从定子内腔向外引出的过程中，存在与异相直接接触的现象，当引接线绝缘护套有破损时，较容易出现相间绝缘故障。3）绕组端部相间绝缘故障，端部是相间故障比较集中的部位。对于采用绝缘纸隔离的软绕组，相间绝缘形状、大小都直接影响绕组的相间绝缘效果，在电机绕组端部的绑扎、转序、装配过程中，会导致电机绕组受损、相对位置发生变化，相间绝缘很可能会发生不同程度的位移，如图4所示。相间故障在绕组耐电压的检查过程中不一定能发现，而在电机整机试验，或电机带载运行中，相间故障才表现出来。对于带绕组铁芯需进行机加工车削的定子，加工过程金属进入绕组时，发生相间故障的概率很大，严重时会导致绕组毁灭性的破坏。相间绝缘故障特征有别于匝间和对地故障，即故障部位涉及两相，两相的线圈均有受损迹象，按照相间故障程度的不同，故障表象为局部损伤，一般不会蔓延到绕组的另一端。但是对于相间绝缘不是很严重的故障，会因为绕组局部的发热问题，导致一相或两相线圈发生匝间，对于故障点与铁芯接近的故障，还有可能引发对地绝缘故障。绕组加工过程中，端部整形时，工具不合适、用力重击，电磁线接头部位不规则，都有可能导致相间绝缘受损；绕组运输及装配过程中，端部受外力磕碰，同样会导致相间绝缘故障。

3 匝间绝缘故障的产生原因和故障表现

匝间绝缘故障是电机绕组比较常见的电气故障之一。对于单根导线自身截面较大的情况，线圈的匝数相对较少，绕组出现匝间故障的概率相对较小；而对于单根导线截面较小的情况，线圈的匝数会很多，绕组发生匝间绝缘故障的几率就相对较大。对于多根导线并绕的情况，单圈中本束导线之间不存在匝间绝缘问题，而不同圈之间的导线则存在匝间绝缘问题。相对而言，成型线圈的匝数相对较少，软绕组线圈的匝数一般比较多，因而对于低压大功率、高压电机及特殊工况运行的电机，建议采用成型绕组。1）制造过程中产生的匝间绝缘故障，对于自带绝缘层的导线，无论是漆包线还是云母线，理论上电磁线自身的匝间绝缘可以耐受匝间电压的冲击，但在电机绕组的实际加工过程中，总有一些环节会导致电磁线绝缘层受损，如图5所示。有些损伤即使通过浸烘工艺也无法得到弥补，或是补强效果不足，最终在电机试验或实际运行中出现匝间故障。在电机的绕线、嵌线、接线、运输和装配过程中都有可能导致电磁线绝缘层受损，除生产加工对电磁线的损伤外，电磁线本身的质量性能非常关键，电磁线绝缘层附着性、绝缘层均匀程度，导体的光滑程度都直接影响到电机绕组的可靠性。而对于成型绕组，线圈拉型过程中，对电磁线绝缘层的机械强度要求较高，质量不良的电磁线，往往会因此而出现绝缘层破损问题，导致严重的匝间绝缘故障。针对该问题，设计过程中电磁线的选择，绕组加工工艺的满足程度都非常重要，应避免加工过程中对电磁线绝缘层的损害。按照绕组的加工工艺，浸漆和烘干过程中，应尽力增加绝缘漆的填充效果，为了保证浸烘效果，设备的选择、绝缘漆的性能参数、过程工艺参数及工艺执行程度，都是生产加工过程控制的重点。2）使用过程中匝间绝缘故障，生产制造过程中电磁线受损的部位，是电机运行过程中的潜在质量隐患，除此以外，绕组中与电源直接连接的首个线圈，在电机启动过程受冲击最严重，而在电机绕组嵌制过程中，该线圈往往又变形最严重，从电机匝间故障的案例分析发现，没有强化措施的电机绕组，匝间故障大多发生在首圈，对绕组首圈进行了特别的绝缘措施，可以有效降低绕组的匝间故障。

4 结论

电机绕组的对地绝缘和相间绝缘通过测量电机对地和各相之间的绝缘电阻和工频耐压试验进行检测确认，匝间绝缘通过绕组匝间实验进行检查确认。对绝缘存在故障的绕组或加强绝缘应进行彻底修理，确认无法修复的绕组或引接线应进行更换，确保电机绝缘良好，避免引起不可修复的电气绝缘故障。

[1] 陈金刚, 张红枝, 刘志坚, 笼型三相异步电动机定子绕组烧坏原因解析[J]. 船电技术, 2019, 08: 59-61．

[2] 陈金刚, 王强. 鼠笼式三相异步电动机温升解析[J]. 电机技术, 2013, (01): 40-43．

[3] 王强, 陈金刚. 三相异步电动机绝缘强度测试解析[J]. 防爆电机, 2012, (05): 51-54．

Analysis and Treatment of Insulation Fault of Three-phase Asynchronous Motor

Chen Jingang, Hou Zhaoting, Sun Jianchao

（DeZhou HengLi Electrical Machinery CO.,LTD, Dezhou253000, Shandong, China）

TM343

A

1003-4862（2021）06-0112-03

2020-12-01

陈金刚（1974-），男，高级工程师。研究方向：低压电器设备的设计，选型，检测和故障分析。E-mail: cjg2516@163.com