全国大型火力发电厂厂用高压电动机故障中转子断条及由此引起的电机烧毁事故占电机故障的80%,经济损失也最大,不仅严重影响了电厂的安全生产,也给国家造成重大经济损失。因此解决高压异步鼠笼断条问题是大型火电厂长期存在的主要生产问题之一。
1 转子断条原因分析
电机转子频繁发生断条,是转子受各种应力作用且应力超过了笼条所能承受的极限或是交变应力的长期作用使笼条发生疲劳的结果。主要有以下几方面的原因:
1.1 制造工艺产生的应力和启动时交变应力 笼条之间产生的较大温差是焊接质量不稳定造成的,由于焊接质量不良,引起笼条热膨胀有差异;另外笼条在启动过程中具有集流效应,使笼条电流大都集中在槽口,引起笼条上下之间有很大的电流密度差,端环中强大的启动电流使之发热产生径向位移,笼条产生背离转子中心的弯曲应力。由于笼条铁蕊冲孔工艺差异使笼条在嵌装时松紧程度不一样,当笼条在槽内存在径向间隙时,则笼条上的径向振动力会传递给端环。由于各笼条的电流相位不同,传递给端环的振动力会使端环产生扭曲,受力最大部位是笼条的焊接处,而此处是鼠笼结构最弱点。由于热传导性能差异使各笼条间产生不均匀的温升,造成各笼条间不同的轴向位移而使笼条产生轴向的拉应力,使笼条电磁振动。特别是在电动机的启动的瞬间,振动幅值达到最大值,是正常运行时的50~60 倍,频率为100Hz,振动随着转速的升高和启动电流的增加而增大。
1.2 负载变化使鼠笼条产生切向交变应力 笼条在槽内有一定的间隙,转子铁蕊和与它保持一定距离的端环共同构成一个扭振系统,运行中由于负载变化,例如钢球磨煤机内的煤和钢球由于重力作用向下堆积,而磨内上部的煤和钢球重量最少,这样磨煤机转动力矩经常变化,电动机转动阻力矩也是变化的。这样使笼条与端环的连接部位受到很大的切向弯曲应力,尤其当原动机的转动阻力矩摆动在共振区附近时,其应力会达到最大,危害也最严重。
1.3 制造和焊接工艺差 国产鼠笼电机笼条与端环之间的焊接质量较差,焊缝夹渣,焊缝高低不平,更为落后的是笼条与端环之间的连接是平面接触后在内侧焊接,焊接时不注意控制温度,使焊口附近的材料因过热变形,并产生应力,机械强度降低,焊口附近又是应力最集中和宜发生断条的部位。国内焊接工具大多采用氧焊,而不像国外采用氩弧保护焊接和高频或中频焊接先进技术,焊接时先将端环预热,焊后保温冷却,消除热应力。
1.4 误操作连续二次以上启动鼠笼型异步电机在冷态下启动一次,笼条和端环的温度会达到很高,第一次启动不成功,应隔2h 后才能进行第二次启动。若运行操作人员不注意在短时间内连续第二次甚至第三次启动,笼条和端环的温度就会达到不能允许的程度,机械强度严重下降,发生焊接处开焊和断条事故。
1.5 断条后检查不及时和检修质量差 鼠笼型电机断条很难查出,断条很少对电机的正常运行影响较小,没有明显特征而难以发现,只有很有经验的运行检修人员能从电机轻微异常声音中判别出来。一旦发现冒火,振动,噪声增大,转速下降等异常时,断条已经很严重了。笼条断条后,断条中仍有电流,其电流经两侧铁心流入相邻的笼条中,这样既增加了相邻笼条的负担,造成相邻笼条断裂,又会烧坏转子铁心。断条在离心力作用下甩出槽口刮伤定子造成定子接地短路,许多电机就是这样烧坏的。修理电机断条故障时,对修理工艺质量不重视,尤其是焊接工艺,由于采用氧焊,焊接温度高,使焊口附近的材质变脆,机械强度下降。另外焊接不预热,焊完后不保温,热应力无法消除使笼条与端环产生应力变形,并使热应力集中在焊接处。重复修理电机将使转子槽孔增大,而新换的笼条又是原尺寸,故检修后笼条在槽中的气隙增大而松动,造成振动增大,电场强度分布不均,修后的电机质量较差。