烧结主抽风机同步电机转子短路环烧损故障处理

烧结主抽风机同步电机转子短路环 烧损故障处理 李仲斌 （攀钢集团西昌钢钒有限公司炼铁厂） 摘 要：针对攀钢集团西昌钢钒炼铁厂烧结主抽风机同步电机转子短路环易烧损的问题,分析了其产生的原因，采取了拆除短路环消除发热源，增大投励电流抑制振荡的技术改进措施，取得了较好的效果。 关键词：主抽风机；同步电机；短路环；烧损 0 引言 攀钢西昌钢钒炼铁厂共有2台360 台配有2台烧结主抽风机，风量为19 800 m3/机由7 000 电机采用了定子回路串入液体电阻的降压启动方式。自 2011 年11月开始投用，仅运行2个月左右，这4台同步电机短路环就相继出现螺栓烧损，短路环之间的软连接烧断的故障。笔者对电机短路环的故障原因进行了分析，采取相应的改进方案，解决了该问题。 1 故障现象 攀钢西昌钢钒炼铁厂1#烧结机在2011年11月17日投入试生产，运行到2012年1月2日时，对烧结机进行停机检修，对烧结主抽风机转子进行了解体点检。检查过程中发现电机转子上固定短路环的一颗螺栓发生松动现象，在该短路环边缘出现烧损痕迹。随后电机修理单位将短路环拆下，发现转子极靴固定短路环的位置处出现烧损痕迹，其中松动的连接螺栓已烧断（见图 1）。发现该故障后，对另外3台电机进行解体检查，均发现短路环烧损的痕迹。其中的一台，除发现螺栓烧损外，短路环之间的软连接还出现烧断的情况（见图2）。 2 故障原因分析 步电机转子短路环的结构和作用 西昌钢钒炼铁厂使用烧结主抽风机的电机，为凸极式同步电机，该型同步电机的定子主要由机座、铁心和定子绕组构成。转子主要由转轴、滑环、铁心和转子绕组构成。转子铁心采用合金钢锻制而成，为实心磁极。转子铁心上装有励磁绕组，其两个出线端与两个滑环分别相接。在磁极的两个端面分别用一个铜环将6个实心磁极连接起来，该铜环称作“短路环”，它与实心磁极构成一个不完全的笼形绕组，该笼形绕组又称阻尼绕组，主要用来削弱和拟制转子的机械振荡和启动电机1。 图1 电机转子极靴上的短路环连接螺栓烧损情况 图2 电机转子磁极间环短路软连接烧损情况 因分析 动电流过大 这四台同步电机均采用了异步启动法，即启动时，定子旋转磁场在转子启动绕组中产生感应电攀 钢 技 术 37 流，产生异步电磁转矩，类似与异步电动机。 根据同步电机的阻尼笼的温度计算公式： 5222*10)1(36（1）2式中，kN*r/ 由公式可得出以下结论：在电机的参数确定的情况下，电机的启动电压越低，转子阻尼笼的温度越高，并且阻尼笼的温度与机组的转动惯量 于该同步电机拖动的负载为大型离心式通风机，机组的转动惯量高达73 150 kg使用了水电阻降压启动方式，电机启动电压仅为额定电压的40%50%。必然导致转子上有较高的温度。 电机转子存在设计和制造缺陷。 1）极靴和短路环热膨胀系数不同，导致热触电阻增加。 电机转子上的短路环通过螺栓固定并压紧在极靴上，在电机启动过程中，转子的磁极温度升高，导致极靴和短路环发生热膨胀，但由于极靴材质为合金钢，短路环的的材质为铜，两者的热涨系数不同（见表 1），伸缩量不一致，接触电阻增加，导致了短路环及其固定螺栓的烧损。 表1 极靴和短路环热膨胀系数对比 材质 线性热膨胀系数106/K 极靴 铁 路环 铜 ）电机转子极靴的加工工艺存在问题 根据电机修理厂家将烧损拆下后检查发现：电机转子极靴与短路环的接触面加工精度不够，其边缘存在12图3），接触面未能达到设计要求。这也是导致实心磁极与短路环的接触电阻过大的一个重要原因。 3 电机的修复 针对这四台电机出现的短路环烧损故障，主要采取了以下2个修复方案： 1）对转子极靴与短路环的接触面进行修复，尽可能的降低接触电阻。 采取的手段主要有2个：将转子的磁极端面在车床上车平整，增加磁极与短路环的接触面积，消除电机磁极制造过程的缺陷；在短路环回装磁极的过程中，除用螺栓紧固外，还使用了银焊条对接触面进行熔焊，降低其接触电阻。 西昌钢钒炼铁厂的1#烧结机2号主抽风机电机采用了该修复方案，该电机自2012年3月份修复完毕开始投入使用，但至2013年12月对电机进行检查过程中，发现该短路环还是存在烧损的情况。 图3 电机转子极靴与短路环的接触面 2）直接拆除短路环。 由于该电机的转子为实心磁极，从理论上分析，该实心磁极也能担负启动绕组的作用，但该四台同步电机设计短路环主要是增加电机的启动转矩，以保证可靠的将烧结主抽风机这种大转动惯量的负载启动起来。 在确定实施该方案前，炼铁厂咨询了设计单位和电机制造厂家，在烧结主抽风机行业未找到相似的案列，因此风险性较大。 为了彻底解决问题，选取了一台电机，将短路环拆除后，进行了2次启动尝试，第一次电机未带负载，电机能快速达到同步转速，启动过程平稳，第二次电机带上风机负载后，能将主抽风机成功启动起来，启动过程也比较平稳，启动时间也没有明显变化，但在电机转速到达亚同步转速，投入励磁电流的过程中，电机电流和励磁电流出现大幅波动（定子电流波动在3001 000 且波动了68次后，电机电流才趋于稳定。 经分析，在电机转子投入励磁，牵入同步转速的过程中，电机转子产生振荡，即电机转子受到电磁力的作用，其磁力中心线（如图 4）时而超前于定子的磁力中心线，时而滞后于定子的磁力中心线，其幅值逐渐减少，直至稳定，在转子的振荡过程中，将引起定子和励磁电流的波动，由于转子的38 2015年第38卷第3期 阻尼绕组有抑制“振荡”的作用，取消短路环后，该作用减弱，转子振荡出现了电流波动的现象就变得明显了。针对这一问题，采取了增大投励电流抑制振荡的措施，保证了风机的正常启动并平稳运行。 图4 同步电机定子与转子磁力中心线（虚线） 经实测，电机由亚同步转速牵入同步转速的过程中，励磁电流由420 A（大至500 A（电流波动幅度和频次明显减少，基本弥补了取消短路环后的缺陷。该电机经过4个月的运行，16次的启动，未出现问题，说明在取消短路环后，该同步电机能适应炼铁厂烧结主抽风机的运行工况。炼铁厂其余3台主抽风机的同步电机也在定修过程中，逐步拆除了短路环。 4 结语 1）启动电流过大、极靴和短路环热膨胀系数不同导致热触电阻增加、电机转子极靴的加工工艺存在问题等原因造成了短路环容易出现烧损问题。 2）对于实心磁极的同步电机，采取直接拆除短路环，同时增大投励电流来抑制振荡的措施，消除了短路环烧损给电机带来的隐患，保证了风机的正常启动并平稳运行。 参考文献 1 94. 2 册）M39. 编辑 邓淑惠 收稿日期：2015 美国钢铁公司宣布临时性停产一座高炉 美国钢铁公司于今年3月25日宣布，计划将位于伊利诺伊州格兰奈特城（平材钢厂（粗钢年产能280万短吨）的第二座高炉临时性停产，受到停产影响的雇员人数约为2080名。该厂主要向美国钢铁公司孤星钢管厂（供原料扁平材。今年1月，美国钢铁公司在公布其去年四季度业绩时宣布，将格兰奈特城钢厂两座高炉（年产能均为120万短吨）中的一座临时性停产，以便安装一台新的连铸机。该连铸机收购自原计划于今年6月末安装完毕。美国钢铁公司发言人表示，这次停产该厂第二座高炉也是依据市场供求状况作出的临时性决定，其目的是优化美国钢铁公司在北美地区的扁平材产能，更好