五连轧6400kW同步电机故障分析与处理

赵天环

（河钢集团唐山钢铁有限公司，河北 唐山 063000）

1 机械故障分析及处理

随着现在企业的发展与壮大，大型同步电机的应用日益增加。大型同步电机的日常维护与故障处理成为了一个难点。我公司酸轧生产线是2015年投入生产的连续酸洗轧制线，采用的是六辊五机架模式。主电机型号 TBPKS1000-6，1#主电机功率4433KW，2#-5#主电机功率 6400 KW。

1.1 漏油故障分析

我公司5台同步电机和2台异步电机在现场运行期间，点检人员发现冷却器漏水报警器内有疑似润滑油液体流出。同步电机型号为TBPKS1000-6，异步电机型号为YSPKS800-6。利用检维修时间，将七台电机端部的上半圆盖板和侧面加热器位置的盖板打开，检查电机内部漏油情况。同步机：2#和3#无漏油痕迹，1#和5#有轻微漏油痕迹，4#漏油较多（打开负荷端端盖上半部检查不漏油）。异步机：1#和2#均漏油严重（检查时发现负荷端轴向推力瓦内侧稀油通道螺丝堵孔滴油）。从轴瓦座侧油位视窗观察，7台电机油位基本上都是在视窗4/5至满窗之间。

经检查，实际运行时稀油站低压出口压力及轴瓦各低压通道流量如下表所示。

绿色环保是近年来苏印总厂发展的一个重要命题，从源头削减，中间控制到末端处理，每一步，其都格外重视。据介绍，公司使用先进的环保材料，积极推行无水胶印等先进技术，在自身生产过程中减少VOCs等有害物质的排放。此外，其于四年前专门成立了清洁生产治理委员会，投资配备了处理废气、废水、固废物等的环保装备，建立了清洁环保管理体系，以保证每一指标都可以达到标准，甚而要做得更好。

暴雨灾害又被称为洪涝灾害，这一灾害对农业生产也能产生较大影响，影响比例为20%。特大暴雨、持续性暴雨一旦发生，将形成严重的暴雨灾害，此时易发生河岸决提、洪水泛滥等，而一旦洪水偏离了河道，则直接造成农作物被淹没或冲毁，影响作物产量甚至导致颗粒无收。在我国暴雨灾害有明显的地域特征，在东南部地区易出现，集中分布在黄淮海流域。

表1 实际运行通道流量

鼓励学生自己动手搜集与课堂内容相关的资料，制作PPT，按照恰当的逻辑关系组织语言来讲述相关内容，可以提高学生学习的积极性，促进学生培养独立思考和口头表达的能力。将学生分成几个小组，一起讨论课程中的重点和难点问题。学生在小组中表现得会更加积极，各抒己见，彼此分享意见与独到的见解。然后进行研讨汇总结论，和其他小组的同学分享。以学生的视角看问题，更容易在学生们之间产生共鸣。既活跃了课堂的气氛，又加深了印象。

1.2 漏油处理方案

在电机频繁正反转过程(7S)，转子阻尼环中产生较大的感应电流，使阻尼环发热膨胀，该膨胀力使阻尼环固定螺栓被动拉伸。在电机平稳运行时，阻尼环中电流减小消失，温度下降，螺栓缩回。如此反复作用，螺栓疲劳，使阻尼环与转子间产生间隙，其上的摩擦力减小甚至消失。最后在阻尼环离心力的反复作用下，螺栓剪断。运行一段时间，阻尼环会变形甩出，与定子线圈发生接触，致使定子断路，传动系统报励磁弱故障。

一般情况下，考虑管道阻尼和高度差等影响，稀油站低压出口压力应为0.05Mpa～0.25Mpa之间，轴瓦座视窗油位应在1/2～2/3之间，而现场稀油站出口压力最高为0.48Mpa以上，视窗油位高于4/5，接近于满镜。两台异步机回油总管管径与轴承出油管管径一致。低压进油针型阀选型过小无法满足流量要求。分析有如下几种原因造成漏油：① 稀油站出口压力和流量过大导致漏油；② 轴瓦稀油通道堵头密封不严漏油，电机未运行时粗略估计20秒一滴，电机运行时滴油速度将更快；③ 回油管路不畅造成迟滞而漏油，包括轴瓦内部和外部回油管路；④ 轴瓦油封磨损等装配问题造成漏油。

经过解体检查得到的具体数据和信息，经过讨论分析，判定造成本次事故的过程如下：

表2 油站参数调整

由于电机损坏非常严重必须返厂修复，然而产线的生产计划已经下达，如果因此长时间停机，必将造成订单延期交付，必将给企业信誉和效益带来巨大打击。经过现场技术人员与制造厂设计人员充分论证后，一致决定采取两步走的解决方案。前期解决方案：将损坏严重的电机立即返厂，调整轧机控制系统，由5连轧模式转为4连轧模式，将2#主电机吊装到损坏的5#主电机位置，原2#电机的工作由其附近1#、3#电机分担。对于在现场运行的电机，由电机厂家设计人员配合，升级螺栓的抗剪切等级，组织检维修人员检查并取出断裂的螺栓头，更换所有螺栓，尽快恢复生产。经电机厂专家测算，螺栓更新后，主电机一年内可以安全运行。最终解决方案：①更改原有设计，使得紧固螺栓不承受或承受小的剪切应力，确保螺栓的寿命无限长。②阻尼环与磁轭的接触面采用铜铁焊工艺焊牢，使焊缝承受剪切应力。③利用有限元分析，进一步确定其他承受阻尼环剪切应力的方法。④按照最终修复方案，生产一台新电机，新电机到位后，利用检修替换在线电机，逐个返厂进行技术改造。

图1 两台卷取机电机的测量过程

在野外调查过程中，针对各类型地质背景采集了若干件具有代表性的成土母岩，母岩样品共计56件。各类地质背景成土母岩硒含量平均值见表1、图1。

2 电气故障分析及处理

2.1 扫膛故障分析

我公司酸轧生产线轧机高速（1200m/min）生产过程中断带停车，报"5#电机励磁值达不到设定值"错误，自动化和点检人员到现场对5#电机转子励磁系统进行检查，多次停送励磁系统电源，报警未能消除。通过与西门子专家沟通进一步对报警原因进行分析查找，判断故障有可能产生在定子励磁回路。检维修人员立即打开励磁柜检查各项控制参数及柜内元器件均未发现异常。在检查励磁输出端绝缘时，发现绝缘值异常，打开电机前端盖，发现绕组定子线圈被转子外侧阻尼环刮断破损，造成线圈开路，电机无法产生励磁启动。检查其余电机时，发现现场有另一台电机也有螺栓松动，并有一根螺栓断裂现象。具体如下图：

运行一段时间后，再次开盖检查。电机机座底部没有新鲜的油渍堆积和流动的痕迹，电机的轴承座的各种动密封和静密封也没有发现明显的泄露点。电机机座两端没有积油，1#同步电机和异步电机中部有薄薄一滩油迹。转子端部表面没有任何油迹，精轧机电机绕组端部基本没有油迹，卷取机电机绕组端部有少量油雾凝结的油膜，并且已经干燥。轴承座处于电机内部的一侧表面干燥，未发现新鲜的油迹，个别有陈旧性的油迹。以上结果表明精轧机电机在近一段时间内电机内部没有发生漏油，故障消除。

图2 电机故障分析

上述工作完工之后，对油站的参数进行调整，更换阀门和油管之后油站的系统压力和输出流量的调整趋于正常。之前采用针阀时管路阻尼太大，系统压强调到0.4兆帕流量仍然达不到要求，上次换成球阀大大减小了管路阻尼，系统压强降至0.25兆帕，流量完全达到要求。具体参数如下表。

前期怀疑是油封装配问题，遂对油封等装配原因，可能造成的漏油问题，进行了逐项检查处理，但效果不明显。由于现场条件的限制，要彻底清除电机内的原已漏油，必须返厂进行处理，包括：解体抽芯、清洗、烘干、浸漆、烘干、复装、试验等，耗时约10天左右。经过与厂家技术人员沟通后决定：将进油针型阀改为大流量球阀；已对稀油通道密封不严堵头重新进行密封；在满足运行时瓦温符合要求的情况下，必须重新调整降低稀油站出口压力和各通道流量；对电机内部已造成的漏油进行清理。

2.2 扫膛改进措施

精轧机电机完全按照电机的要求调整，4号精轧机电机负载端流量减少9L/min,但油位未降低，怀疑回油能力，需要进一步观察。卷取机电机由于油站与电机高度差较大，油站输出压力调整为0.25兆帕，负载端流量综合考虑油面高度和瓦温情况调整为20L/min。卷取机电机开机运行，在1200r/min转速下运行一个小时，径向瓦最高37℃，推力瓦最高58℃。期间将负载端流量从20L/min调整到25L/min进行验证，瓦温没有变化。使用风压仪对电机轴承座上的气压平衡管位置测量气压，测量结果两台卷取机电机和五台精轧机电机负压都在-0.3mm水柱以内。

3 结语

（1）由于同步大容量电机的控制系统比异步电机复杂，控制室系统故障提示可能原因多种多样，需要现场检维修人员有过硬的故障排查能力。

引理1(Johnson-Lindenstrauss引理[13]) 令0<δ> <1,S为n维欧几里得空间Rn中的一个有限点集,则对于任意的整数d≥Clog|S|/δ2,存在Lipshitz映射Φ:Rn→Rd满足δ

（2）本次故障发生在电机的内部，平时的检维修无法有效及时的发现问题点，一旦事故发生就会造成不可挽回的巨大损失。

（3）对轧机主电机等重要设备，自动监控及预警系统需要进一步完善，便于操作人员和检维修人员能及时发现故障并找出故障根源，做出对应的处置。

（4）在电机的设计与使用中，要注意环境对设备的影响，将必要因素考虑充分，从源头杜绝事故的产生。