高压电动机转子笼条断裂的分析及预防

　　高压电动机本体的故障主要有三个方面：1、定子绕组故障；2、转子笼条故障；3、轴承故障。

　　标准检修项目中，对定子绕组通过测量其绝缘、直阻、交直流耐压和泄漏电流等方式进行检测；对轴承通过测量其游隙、配合间隙、检查滚道等方式进行检测；而对于转子在检修时通常是通过目测、敲击等手段凭经验进行检查，缺少数据测量项目，大多是发现问题后才选择进一步检测，对于隐性的和制造方面的缺陷往往难以发现。

　　如果能结合多次故障分析及处理总结出的经验，采取相应的防范措施、增加标准项目中的转子笼条专项检查和检测，可以在很大程度上减少设备在运行中跳闸的风险。

　　1 转子鼠笼条断裂后的表现特征

　　1.1 运行中特征

　　1）电动机振动增大，且与笼条断裂数量成正比；2）定子电流出现大幅度波动；3）电动机温度上升。

　　1.2 解体后现象

　　1）断裂处铁心及笼条有过热痕迹，严重时会在断裂处将笼条烧融；2）故障点较多在笼条与端环焊接处发生开焊或断裂；3）在断裂处的笼条或端环多会发生变形，甚至损伤到定子绕组；4）双鼠笼电动机多发生在外笼；

　　1.3 故障多发电动机特点

　　1）起动过程中故障发生概率较大；2）负荷变化较大；3）转动惯量较大。

　　2 转子笼条断裂的原因分析

　　转子笼条断裂主要原因是转子在运行中受各种应力相互作用的结果，而且应力超出了转子笼条所能承受的极限。综合起来有以下几个方面：

　　1）受制造工艺及运行过程特点产生的应力变形。

　　端环或笼条制造材质或工艺不满足电动机运行条件。高压电动机转子笼条及端环多采用紫铜、黄铜或铝铁青铜制造，受制造工艺限制或工艺不良，使各笼条或端环阻值不同、其通过电流后发热量也不同，则可能在各笼条中产生较大的温升差异，使各笼条弯曲系数不同造成笼条轴向或扭曲的应力；而端环在通过大电流发热后会产生径向应力；如果笼条嵌装工艺不良，笼条与转子铁心间存在间隙，笼条在铁心内会产生电磁振动应力；起动过程中电流不断增大、各种应力也不断增加并且汇集在笼条与端环连接处附近，因而很容易在笼条与端环连接处造成断裂和变形。另外，如果负荷变化大也可能导致各应力的汇集作用。

　　2）设计失误导致的笼条断裂。

　　如果笼条伸出转子铁心部分过长，受定子交变磁场力和转子磁场作用力的相互作用，很容易使笼条伸出部分变成应力集中的作用点，造成伸出部分扭曲、变形、直至断裂损坏；如果设计原因导致的笼条或端环载流量不足则更容易使笼条过热损坏。

　　3）制造过程中的工艺缺陷。

　　如果制造过程中笼条与端环焊接质量监督不到位，产生了虚焊、焊缝夹渣、焊点附近热应力的存在等焊接工艺不良现象，其焊缝处及其附近可能造成机械强度的降低。

　　4）运行人员短时间内多次起动对笼条和端环造成损坏。

　　电动机起动时，若首次起动不成功，须查明原因并在间隔1-2小时后再次起动。此时运行人员如果在短时间内再次或多次连续起动电动机，则会使转子绕组在上次起动过程中的温升不能得到释放并与后几次起动的温升叠加，转子堵转情况下，温升甚至能达到700℃以上，加之应力的叠加，很可能立即会造成转子的损坏。

　　5）检修不到位造成的笼条断裂。

　　标准检修项目中没有对转子笼条的具体数据测量，实际检修中也很难有相应的检查方法来发现一些隐性的转子笼条缺陷，如笼条或端环的疲劳损伤、笼条内部的轻微裂痕等。对转子的检修目前还只是采用目测检查、通过敲击听音判断笼条是否有问题，如果发现有问题则可以采取转子笼条短路环检测法等判断故障位置。转子笼条发生轻微的断裂后处理工艺不当或未能及时发现都可能造成笼条断裂故障的迅速扩大。

　　综上所述，转子笼条和端环断裂的主要部位是其连接处，所以重点解决对其连接处的检查和处理，增加其机械强度，可以较为有效地减少转子笼条和端环的断裂故障发生。

　　3 减少转子笼条断裂的防范措施

　　1）对有设计缺陷的笼条和端环进行分析处理。

　　针对笼条和端环故障的重点部位，加强对其焊接工艺的检查，如发现有问题的焊点、焊缝，可以采用银焊或磷铜焊对问题点进行补焊；采取在焊缝上加补焊一块同材质铜板，以提高焊缝处的机械强度和增加焊缝处容量；对于端环伸出过长的转子，可以根据情况在伸出部分的外圈或内圈加焊一个同材质端环，以增加其机械强度、提高端环容量、减小伸出部分的应力变形。要注意的是在对笼条或端环进行处理后要对转子做动平衡，调整合格后才能投入运行。

　　2）提高检修水平。

　　通过加强培训、改进检修工艺标准等方式提升检修人员对转子故障的分析判断能力，在检修中善于发现隐性和微小的缺陷，及时处理，减少转子笼条故障造成的损失。由于条件和经验的限制，在更换笼条时很难使笼条安装后与转子槽的配合达到原出厂值，建议在修复过程中需要更换转子笼条时，由专业的厂家进行处理。

　　3）提高监测水平、加强运行监测。

　　很多转子笼条断裂的缺陷都是在以电流波动、电动机振动等方式在运行中表现出来，而转子笼条损坏的故障在初期其电动机振动值很小、电流波动幅度也很小，如果不注意很难从运行数据上及时发现问题，这需要提高运行人员和点检人员对各种数据趋势分析的能力，及早发现、及早处理。

　　由于目前还没有成熟的转子故障测量仪器来进行直观判断，必要时也可以由专业的技术人员通过对故障电流、电压、振动频率、脉动磁场等相关数据的分析计算，得出相应的结果，来提高对故障的分析和判断能力，如采用傅里叶变换、小波分析等方法对早期和预防性的缺陷发现比较困难，故进行前期对旧式电机进行预防性笼条和端环改造还是有必要的。

　　4 实例分析

　　2008年10月2日，某公司15号甲侧碎煤机电动机起动后发“速断保护”动作跳闸，解体检查发现其转子笼条断裂10根，驱动端端环与笼条焊接处断裂3处并变形，变形部分将电动机定子端部绕组部分损坏。

　　4.1 原因分析

　　1）电动机转子鼠笼条结构设计不合理，端环离转子铁心距离过长，达120mm，在应力作用下焊缝开裂。

　　2）起动过程中转子鼠笼条端部由于电流的热损耗作用引起电动机温度升高，局部过热铜条融化造成转子鼠笼条断裂。

　　4.2 处理及防范措施

　　1）更换全部鼠笼条，对电动机进行端环改造。在端环外部加焊一圈5mm厚紫铜带，对伸出笼条伸出部分截面增加50%，主要用于增强笼条伸出部分的机械强度、增加端环载流容量。

　　2）改造后的电动机经过一段时期运行正常后，对同类型电动机进行改造。

　　3）大电容电动机小修时增加转子鼠笼条检查项目，测量其各笼条伸出部分数据、及其变形情况，加强对转子笼条、端环及其焊缝的检查。

　　4）运行人员在进行大容量电动机试运行时，注意监视电动机电流、振动、声音的变化情况，必要时用仪器开展数据分析。

　　5 结论

　　对转子笼条和端环断裂的一些常见故障原因进行分析，能为同类故障的处理提供一些借鉴经验。但实际运行过程中，还有一部分此类型缺陷很难及时发现，期待着目前已经研制的多信号融合智能分析系统能早日投入到现场实践中来，使高压电动机转子故障能及时被发现和消除。