高压大容量电动机定子绕阻损坏原因分析及故障点查找.doc

高压电动机定子绕阻损坏原因分析及故障点查找 徐文志 (大唐国际锦州热电公司，锦州，121000) 摘要 在发电厂，包含发电机、变压器、高低压开关、电力电缆等各种电气设备。其中也包括大量高、低压交流电动机。电动机在启动过程中，由于电磁力的原因，定子线圈端部和引线将受到较大的电动力作用。随着电机运行年限的增长，定子线棒的绝缘材料逐渐老化，电机运行时频繁启动，对电机寿命危害更为严重。线圈端部槽口处和绕阻连接线焊接部分成为遭受电动力破坏的薄弱环节。开焊断股、温度升高.进一步恶性循环而使绝缘损坏造成对地或相间短路，使高压电机发生严重损坏事故。怎样预防电机故障，及早发现电机故障的隐患是摆在电气试验人员面前的一道难题。本文根据自己在工作中的一些体会，及现场实际事例，结合传统和现代试验方法对大容量高压电机定子绕阻故障诊断方法进行了论述和总结，对以后防止电机烧毁及损坏，保障安全运行有着极其重大的意义。 关键词 高压电动机；绝缘；直流电阻；红外成像1 高压电动机绕阻结构及烧毁原因分析： 发电厂厂用系统中所使用的电动机有交流异步电动机、同步电动机和直流电动机三类 。交流异步电机具有结构简单、运行可靠 、操作维护方便等优点被广泛应用在电厂各个环节，如吸风机、送风机、排粉机、磨煤机、给水泵、凝结泵、循环泵等。 异步电动机由定子，转子两个基本部分组成。 电动机定子由定子铁芯、机座、定子绕阻组成。定子铁芯由矽钢片叠压而成。定子绕组是由带有绝缘的铝导线或铜导线绕制而成，小型电机采用软绕阻，大中型电动机大多采用成型绕阻，又称硬绕阻，定子绕阻绝缘一般为B 级C级、E级、F级等。在发电厂，把定子额定电压对地在250伏及以下的电机称为低压电机；把定子额定电压对地在250伏及以上的电机称为高压电机；而高压电机其工作电压高、容量大、制造工艺复杂、价格昂贵，一般用在重要设备上。这些电机均工作在高电压、大电流状态。在绕组结构上， 多采用三相双层绕阻。每个铁芯槽中勻有上下两层绕组。任何两个相邻的线圈都是后一个迭在前一个上面。然后把属于同一相的线圈直接串联起来，再通过端部联线连接构成三相绕阻。线圈与端部引线的接线示意图如下： 可见，绕组同相线把之间联线，并联绕阻之间联线，以及中性点联线集中在电机定子端部。电动机线圈端部联线部位和绕组引出线为电机启动时电动力影响最严重的地方。启动时，由于绕阻流过较大启动电流。（启动电流可达额定电流的47倍）。由磁电感应产生的电动力较大。当相邻线棒无论相互吸引力还是相互排斥力，对线圈槽口部或连线均有较大的电动力冲击。当线棒焊接不牢，制造工艺不良，线棒及引线绑扎不紧，都会造成联线、出线联线开焊断股或断开；同时对槽口绝缘造成损坏. 根据2010年统计，我公司发生6起空压机在启动时引线开焊故障。下面将高压电动机定子损坏几种情况做以分析：1.1定子线圈绝缘磨损，造成接地短路1.1.1定子线圈端部支撑端箍对端部线圈起支撑、紧固作用，它可以有效的防止电机在启动、短路及运行过程中产生的电动力使线圈扭曲变形。部分电机绑扎不紧或运行年久，绑扎已经松动，造成电机在启动过程中端部线圈与端箍互相磨擦损伤，引起定子接地或短路。1.1.2有的电机端部紧固不够，支撑处未垫适形材料，均可造成绝缘磨损。当相距很近的两线棒绝缘磨破时，即使支撑端箍为绝缘材料支撑，也有发生闪络，造成短路的可能。1.1.3有的电机端部线较长，固定不牢，防止线圈扭曲变形的固定不够，这些均是造成线圈变形、引线开焊的原因。比如我公司的1号空压机电机、5号空压机电机、7号空压机电机均发生过此类故障。1.1.4部分电机因铁芯松动，磨破线棒绝缘，引起线棒对地放电、击穿，电机烧毁。1.2电机引线根部折断、烧毁及线圈间连接线烧断：1.2.1 制造和修理过程中，电机引线经受到反复扳弯，在引线根部留下伤痕，一方面铜线易产生微裂纹和内应力；另一方面，引线和线圈分叉处如不加强包扎、加强紧固，无论其绝缘强度和机械承受力，都是薄弱点。在启动和运行过程中，受到电磁力和机械振动的作用，极易造成金属疲劳断裂，发生断股，引起该处过热进而引发短路故障。1.2.2线圈间连接线也是容易发生事故的弱点所在，这些地方绝缘一般比较薄弱，多采用手包绝缘，许多电机端部线较长，且线间无绑扎，在运行过程中，这些连接线受电磁力及机械震动的影响，容易发生损坏，特别是在启动过程中，电流为额定电流的47倍，由于线间电动力与电流的平方成正比，本来机械强度就较弱的连接线容易在启动过程中发生断股、开焊、折断，导致电机绝缘损坏。连接线的焊接方式、焊接工艺不良也是造成连接线烧断的原因之一。端部引线二股断一股还能勉强运行，一股引线承担的全部的运行电流，随运行时间延长，单股引线将过载发热，使温度进一步升高。最后造成绝缘损坏而引起绕阻对地或相间短路，造成设备严重损坏。二股全部断开时，造成电动机缺相运行，损坏后果将更加严重。我公司的1号机电动给水泵曾发生过勾手线运行中，放电，烧断故障。原因为出厂制造手包绝缘有缺陷造成。2查找故障方法：2.1直流电桥法：利用机组的小修和电动机的临时检修，采用单臂电桥和双臂电桥测量电动机定子线圈的直流电阻。检查线圈直流电阻值是否合格，测量直流电阻数值互差百分数超出或接近预防性试验规程的标准，（相间互差2%，线间互差1%）应引起注意。测量数值还应与历史数据比较，在排除试验方法及误差的前提下，可初步判定电机绕阻存在问题。但此种试验方法存在局限性，须结合其他方法进一步鉴定。假如线圈连接处焊接点开焊，但由于外部仍包裹着绝缘，使开焊扁铜线仍然处在搭接状态。而应用单臂电桥和双臂电桥测量时试验的电流较小，开焊处有很小的点接触就能满足测量的要求，不易发现开焊缺陷，所以此试验方法存在一定局限性，但由于设备简单，方便灵活，在现场仍广为应用。2.2 .直流电桥加辅助外力法2.2.1 试验方法: 近年来，由于电网的用电峰谷调整频繁，机组经常启停。电机也频繁启动。如果设备的运行年限较长，绝缘老化，易造成大型电机在运行中烧毁事件的发生。为了防止大电机的损坏。我们制定的防止大电机烧毁的措施，积极开展工作。除利用机组及电机小修的机会，坚持进行电机直流电阻的测量。而且在直流电阻互差合格的情况下，对频繁启动的电机，定期采用锤击法（半年一次）进行检查.检查时，需打开电机的后侧端盖，应用橡胶锤对电机端部引线及勾手连线进行轻微敲击，鉴定上述部分是否有焊接不良和断股。锤击法对电机端部引线及勾手连线开焊断股具有较高的灵敏度。利用人为的施加外力将虚接处彻底断开，灵敏的反映出来直流电阻的测量值的变化。2.2.2试验过程:准备QJ-44双桥一台、温度计一只。导线若干、橡胶锤两把。电机班将电机的后侧端盖拆除，将电动机定子端部露出。使用双臂电桥分别测量电动机定子AB、BC、CA的直流电阻。每一线间测量直流电阻的阻值稳定时，用橡胶锤对电动机端部线圈进行轻轻敲击，同时查看双臂电桥的检流计是否摆动。当敲击过程中检流计出现摆动时，说明电动机定子线圈端部可能存在开焊和断股。此方法对电机端部开焊判定有足够的灵敏性，但判断具体焊口点有一定难度。 2.3红外热像仪法:2.3.1 红外热像仪原理： 红外线辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它是基于任何物体在常规环境下都会产生自身的分子和原子无规则的运动，并不停地辐射出热红外能量，分子和原子单位运动越剧烈，辐射的能量越大，反之，辐射的能量越小。红外热像仪是利用红外探测器、光学成像物镜和光学扫描系统接受被测目标的红外辐射能量分布图形反映到红外探测器的光敏元上，在光学系统和红外探测器之间，有一个光扫描机构对被测物体的红外热像进行扫描，并聚焦在单元或分光探测器上，由探测器将红外辐射能转成电信号，经放大处理、转换成标准视频信号通过电视屏或监测器显示红外热像图，不同温度的物体，成像的颜色不同，从而判断出故障点。2.3.2 试验方法: 当敲击过程中检流计出现摆动时初步证明了电动机定子线圈端部有开焊和断股。但由 于静子端部连线较多，每一个引线又包裹着较厚的绝缘材料，故较难判断出故障点所在位置。采用红外热像仪利用红外成像技术，可快速准确地发现故障点。因红外热像仪具有分辨率高、（0.5）图像清晰、简便、直观等优点而被采用。 准备红外成像仪一台，100A-200A直流电焊机一台、300/75MV分流器一只。将直流电焊机输出接在电动机定子线圈电阻大的故障相与另一良好相之间，调节输出电流至（20-50%）电机额定电流的直流，用红外成像仪观查绕阻端部图象，发现温度明显高于其他部位的点，即可判断为故障点。此部位的前、后连接处即为开焊和断股点。上面两个图例为线棒开焊发热照片，其中明显部位，即为故障点。3. 事例说明 3.1 98年8月2日。某厂进行5号炉乙送风机电动机(型号YL118/24-8,额定功率1250KW,额定电压 6.0kv,额定电流144.3A,兰州电机厂82年出厂 )大修后的定子电阻测量,发现相间直流电阻互差接近2%。直流电阻测量值如下表：测量状况定子直流电阻（）ABBCCA互差%QJ44(30)0.22200.22200.22641.983395变压器直流电组测试仪(10A)0.22220.22220.22641.89经检查发现该电机的B相引线的线鼻子根处的线芯已断2/3,重新焊接引线鼻子,相间直流电阻合格.3.2. 92年2月19日。某厂进行5乙循环泵电动机(型号YL1600-16/2150,额定功率1600KW,额定电压 6.0kv,额定电流200.5A,湘潭电机厂82年产品 )大修后的静子电阻测量,发现相间直流电阻互差17%。经检查发现中性点连板接触不良，将中性点连片打开，对其连片上的氧化层进行打磨，重新连好后，相间直流电阻值符合要求。测量值如下表：测量状况静子直流电阻（）A0B0C0互差%处理前28.50.27790.23690.237117.3处理后28.50.23710.23710.237103.3 .2000年11月16日。5号炉丙排粉机（型号JSQ1510-4,额定功率850KW,额定电压 6.0kv,额定电流97A,沈阳电机厂83年产品 ）利用小修时进行了电动机静子线圈的直流电阻的测量。测量数据如下：测量状况静子直流电阻（）ABBCCA互差%端部敲击前37测值0.81000.80810.81050.30端部敲击后37测值0.80280.81940.80242.12端部敲击后37测值AXBYCZ490.37990.39820.3796正常试验时，直流电阻合格。经过端部敲击后，发现电动机静子B相绕组直流电阻较大，超出规程的要求。根据敲击后的试验数据可知，B相线圈有断股的迹象，经过红外侧温，发现B相第二极向组第一线圈与第二线圈端部引线处温度异常，经包开绝缘检查发现，二股断了一股。进行了重新焊接直流电阻合格后，投入运行。 3.4. 98年4月24日。进行#7乙循环泵电动机（型号YL1600-16/2150,额定功率1600KW,额定电压 6.0kv,额定电流200.5A,湘潭电机厂82年产品 )大修后的直流电阻测量。相间直流电阻互差0.6%0.7%,但较历史数据0.2%大许多.通入直流红外测温发现C相第一分支第四极向组温度较其它部位高5度,包开绝缘后发现一根绕阻已断裂.。焊接处理后直流电阻合格，耐压试验合格后，投入运行。3.5 .2004年2月29日。#7机丙给水泵电动机（型号YK3200-2,额定功率3200KW,额定电压 6.0kv,额定电流356A,上海电机厂85年产品 ）大修时进行电动机静子线圈的直流电阻的测量。测量数据如下：测量状况静子直流电阻（）AXBYCZ互差%端部敲击前8.5测值（QJ44）0.036800.037230.037963.15端部敲击前8.5测值（JD2520）0.036800.037220.037973.18处理后14测值0.037100.037550.037261.2电机大修试验时，相间直流电阻互差严重超标。从以上测量值的大小可以看出，电动机静子C相绕组直流电阻较大，可以断定C相线圈有断股的迹象。经过端部敲击后，发现电动机静子C相时钟3点位置的引出线（中性点）与线圈焊接处有断股迹象。经包开绝缘检查发现，四股断了一股。进行了重新焊接，直流电阻合格后，投入运行。#7机丙给水泵电机静子线圈故障点 引线开焊处4. 结论:通过对上述几种方法分析,不难看出,常规直流电桥法,对发现电机引线接头松脱、引线折断、焊点接触不良、和完全断股,有一定作用;敲击电桥法对线圈断股和部分开焊有确定的作用;而红外成像法又是对以上两种方法的补充,起到了对故障点准确定位的作用。所以,三种方法应综合运用才能对电机绕组故障进行正确分析。 经过多年的实践，不断的积累经验。综合应用上述几种试验方法，先后发现了2次引线故障，7次电动机定子线圈端部断股的缺陷，综合运用电机线圈故障查找方法，及早发现线棒隐性缺陷，避免运行设备损坏的的重大损失。对电厂的