电机常见故障分析及其处理

电机常见故障分析及其处理摘要：发电机在运行中会不断受到振动、发热、电晕等各种机械力和电磁力的作用，加之由于设计、制造、运行管理以及系统故障等原因，常常引起发电机温度升高、转子绕组接地、定子绕组绝缘损坏、励磁机碳刷打火、发电机过负载等故障。与之相似的是电动机的故障也主要有机械故障和电气故障两方面。关键词：定子线圈，激磁电流，短路故障，接地故障。电机可分为电动机和发电机两类，电动机又可分为同步电动机和异步电动机，发电机也可分为同步发电机和异步发电机，本文将主要围绕异步电动机和同步发电机为例，简要分析电机常见的故障及其处理方法。一、三相交流异步电动机常见故障分析及其处理1.机械方面有扫膛、振动、轴承过热、损坏等故障。⑴异步电动机定、转子之间气隙很小，容易导致定、转子之间相碰。一般由于轴承严重超差及端盖内孔磨损或端盖止口与机座止口磨损变形，使机座、端盖、转子三者不同轴心引起扫膛。如发现对轴承应及时更换，对端盖进行更换或刷镀处理。⑵振动应先区分是电动机本身引起的，还是传动装置不良所造成的，或者是机械负载端传递过来的，而后针对具体情况进行排除。属于电动机本身引起的振动，多数是由于转子动平衡不好，以及轴承不良，转轴弯曲，或端盖、机座、转子不同轴心，或者电动机安装地基不平，安装不到位，紧固件松动造成的。振动会产生噪声，还会产生额外负荷。⑶如果轴承工作不正常，可凭经验用听觉及温度来判断。用听棒（铜棒）接触轴承盒，若听到冲击声，就表示可能有一只或几只滚珠扎碎，如果听到有咝咝声，那就是表示轴承的润滑油不足，因为电动机要每运行3000-5000小时左右需换一次润滑脂。电机超过规定运转时间后，轴承发出不正常的声音，用听棒接触轴承盒，听到了“咝咝”的声响，同时还有微小“哒哒”的冲击声，原因是轴承盒内缺油，同时轴承滚柱有的以有细微的麻痕。通过对轴承进行了更换，添加润滑油脂。在添润滑脂时不易太多，如果太多会使轴承旋转部分和润滑脂之间产生很大的磨擦而发热，一般轴承盒内所放润滑脂约为全溶积二分之一到三分之二即可。在轴承安装时如果不正确，配合公差太紧或太松，也都会引起轴承发热。在卧式电动机中装配良好的轴承只受径向应力，如果配合过盈过大，装配后会使轴承间隙过小，有时接近于零，用手转动不灵活，这样运行中就会发热。2.电气方面有电压不正常绕组接地绕组短路绕组断路缺相运行等。⑴电源电压偏高，激磁电流增大，电动机会过分发热，过分的高电压会危机电动机的绝缘，使其有被击穿的危险。电源电压过低时，电磁转矩就会大大降低，如果负载转距没有减小，转子转数过低，这时转差率增大造成电动机过载而发热，长时间会影响电动机的寿命。当三相电压不对称时，即一相电压偏高或偏低时，会导致某相电流过大，电动机发热，同时转距减小会发出“翁嗡”声，时间长会损坏绕组。总之无论电压过高过低或三相电压不对称都会使电流增加，电动机发热而损坏电动机。所以按照国家标准电动机电源电压在额定值±5%内变化，电动机输出功率保持额定值。电动机电源电压不允许超过额定值的±10%，；三相电源电压之间的差值不应大于额定值的±5%。⑵电动机绕组绝缘受到损坏，及绕组的导体和铁心、机壳之间相碰即为绕组接地。这时会造成该相绕组电流过大，局部受热，严重时会烧毁绕组。出现绕组接地多数是电动机受潮引起，有的是在环境恶劣时金属物或有害粉末进入电动机绕组内部造成。电动机出现绕组接地后，除了绝缘已老化、枯焦、发脆外都可以局部处理，绕组接地一般发生在绕组伸出槽外的交接处（绕组端部），这时可在故障处用天然云母片或绝缘纸插入铁心和绕组之间，再用绝缘带包扎好涂上绝缘漆烘干即可。如果接地点在铁心槽内时，若上成边绝缘损坏，可以打出槽楔修补槽衬或抬出上成线匝进行处理，若故障在槽底或者多处绝缘受损，最好办法就是更换绕组。⑶绕组中相邻两条导线之间的绝缘损坏后，使两导体相碰，就称为绕组短路。发生在同一绕组中的绕组短路称为匝间短路。发生在两相绕组之间的绕组短路称为相间短路。不论是那一种，都会引起某一相或两相电流增加，引起局部发热，使绝缘老化损坏电动机。出现绕组短路时，短路点在槽外修理并不难。当发生在槽内，如果线圈损坏不严重，可将该槽线圈边加热软化后翻出受损部分，换上新的槽绝缘，将线圈受损的部位用薄的绝缘带包好并涂上绝缘漆进行烘干，用万用表检查，证明已修好后，再重新嵌入槽内，进行绝缘处理后就可继续使用，如果线圈受损伤的部位过多，或者包上新绝缘后的线圈边无法嵌入时，只好更换新的绕组。⑷绕组断路是指电动机的定子或转子绕组碰断或烧断造成的故障。定子绕组断部，各绕组元件的接头处及引出线附近。这些部位都露在电动机座壳外面导线容易碰断，接头处也会因焊接不实长期使用后松脱，发现后重新接好，包好并涂上绝缘漆后就可使用。如转子绕组发生断路时，可根据电动机转动情况判断。一般表现为转速变慢，转动无力，定子三相电流增大和有“嗡嗡”的现象，有时不能起动。出现转子绕组断路时，要抽出转子先查出断路的部位，一般是滑环和转子线圈的交接处开焊断裂所引起，重新焊接后就可使用。如果是线圈内部一般使用断条侦察器等专用设备来确定断路部位。⑸三相异部电动机在运行过程中，断一根火线或断一相绕组就会形成缺相运行（俗称单相），如果轴上负载没有改变，则电动机处于严重过载状态，定子电流将达到额定值的二倍甚至更高，时间稍长电动机就会烧毁。在各行业中，因缺相运行而烧毁的电动机所占比重最大。一般电动机缺相是由于某相熔断器的熔体接触不良，或熔丝拧的过紧而几乎压断，或熔体电流选择过小，这样通过的电流稍大就会熔断，尤其是在电动机起动电流的冲击下，更容易发生熔体非故障性熔断。有时电动机负荷线路断线，一般是安装不当引起的断线，特别是单芯导线放线时产生的小圈扭结，接头受损等都可能使导线在运行过程中发生断线。由于电动机长期使用使绕组的内部接头或引线松脱或局部过热把绕组烧断电动机出现缺相运行时。总之，不管是什么样的缺相，只要能及时发现，对电动机不会造成大的危害。为了预防电动机出现缺相运行，除了正确选用和安装低压电器外，还应严格执行有关规范，敷设馈电线路，同时加强定期检查和维护。⑹电动机的接地装置。电动机接地是一个重要环节，可是有的单位往往忽视了这一点，因为电动机不明显接地也可以运转，但这给生产及人身安全埋下了不安全隐患。因为绝缘一旦损坏后外壳会产生危险的对地电压，这样直接威胁人身安全及设备的稳定性。所以电动机一定要有安全接地。所谓的电动机接地就是将电气设备在正常情况下不带电的某一金属部分通过接地装置与大地做电气连接，而电动机的接地就是金属外壳接地。这样即使设备发生接地和碰壳短路时电流也会通过接地向大地做半球形扩散，电流在向大地中流散时形成了电压降，这样保证了设备及人身安全。二、发电机常见故障及措施发电机在运行中会不断受到振动、发热、电晕等各种机械力和电磁力的作用，加之由于设计、制造、运行管理以及系统故障等原因，常常引起发电机温度升高、转子绕组接地、定子绕组绝缘损坏、励磁机碳刷打火、发电机过负载等故障。以同步发电机为例，发电机运行中常见的一些故障分析如下。⒈发电机非同期并列⑴发电机用准同期法并列时，应满足电压、周波、相位相同这3个条件，如果由于操作不当或其它原因，并列时没有满足这3个条件，发电机就会非同期并列，它可能使发电机损坏，并对系统造成强烈的冲击，因此应注意防止此类故障的发生。当待并发电机与系统的电压不相同，其间存有电压差，在并列时就会产生一定的冲击电流。一般当电压相差在±10%以内时，冲击电流不太大，对发电机也没有什么危险。如果并列时电压相差较多，特别是大容量电机并列时，如果其电压远低于系统电压，那么在并列时除了产生很大的电流冲击外，还会使系统电压下降，可能使事故扩大。一般在并列时，应使待并发电机的电压稍高于系统电压。如果待并发电机电压与系统电压的相位不同，并列时引起的冲击电流将产生同期力矩，使待并发电机立刻牵入同步。如果相位差在土30%以内时，产生的冲击电流和同期力矩不会造成严重影响。如果相位差很大时，冲击电流和同期力矩将很大，可能达到三相短路电流的2倍，它将使定子线棒和转轴受到一个很大的冲击应力，可能造成定子端部绕组严重变形，联轴器螺栓被剪断等严重后果。为防止非同期并列，可在手动准同期装置中加装电压差检查装置和相角闭锁装置，以保证在并列时电差、相角差不超过允许值。⒉发电机温度过高⑴定子线圈温度和进风温度正常，而转子温度异常升高，这时可能是转子温度表失灵，应作检查。发电机三相负荷不平衡超过允许值时，也会使转子温度升高，此时应立即降低负荷，并设法调整系统已减少三相负荷的不平衡度，使转子温度降到允许范围之内。(2)转子温度和进风温度正常，而定子温度异常升高，可能是定子温度表失灵。测量定子温度用的电阻式测温元件的电阻值有时会在运行中逐步增大，甚至开路，这时就会出现某一点温度突然上升的现象。(3)当进风温度和定子、转子温度都升高，就可以判定是冷却水系统发生了故障，这时应立即检查空气冷却器是否断水或水压太低。(4)当进风温度正常而出风温度异常升高，这就表明通风系统失灵，这时必须停机进行检查。有些发电机组通风道内装有导流挡板，如因操作不当就会使风路受阻，这时应检查挡板的位置并纠正之。⒊发电机定子绕组损坏发电机由于定子线棒绝缘击穿，接头开焊等情况将会引起接地或相间短路故障。当发电机发生相间短路事故或在中性点接地系统运行的发电机发生接地时，由于在故障点通过大量电流，将引起系统突然波动，同时在发电机旁往往可以听到强烈的响声，视察窗外可以看见电弧的火光，这时发电机的继电保护装置将立即动作，使主开关、灭磁开关和危急遮断器跳闸，发电机停止运行。如果发电机内部起火，对于空冷机组则应在确知开关均已跳闸后，开启消防水管，用水进行灭火，同时保持发电机在200r／min左右的低速盘车。火势熄灭后，仍应保持一段时间的低速运转，待其完全冷却以后再将发电机停转，以免转子由于局部受热而造成大轴弯曲。氢冷和水冷发电机一般不会引起端部起火。对于在中性点不接地的系统中运行的发电机，发生定子绕组接地故障时，只有发电机的接地保护装置动作报警。运行人员应立即查明接地点，如接地点在发电机内部，则应立即采取措施，迅速将其切断。如接地点在发电机外部，则应迅速查明原因，并将其消除。对于容量15MW及以下的汽轮机，当接地电容电流小于5A时，在未消除前允许发电机在电网一点接地情况下短时间运行，但至多不超过2h，对容量或接地电容电流大于上述规定的发电机，当定子回路单相接地时，应立即将发电机从电网中解列，并断开励磁。发电机在运行中，有时运行人员没有发现系统的突然波动，汽机司机也没有发来危急信号，但发电机因差动保护动作使主断路器跳闸，这时值班人员应检查灭磁开关是否也已跳闸，若由于操作机构失灵没有跳闸时，应立即手动将其跳闸，并把磁场变阻器调回到阻值最大位置，将自动励磁调解装置停用，然后对差动保护范围内的设备进行检查，当发现设备有烧损、闪烙等故障时应立即进行检修。发现任何不正常情况时，应用2500V摇表测量一次回路的绝缘电阻，如测得的绝缘电阻值换算到标准温度下的阻值与以往测量的数值比较时，已下降1／5以下，就必须查明原因，并设法消除。如测得的绝缘电阻值正常，则发电机可经零起升压后并网运行。⒋发电机转子绕组接地发电机转子因绝缘损坏，绕组变形，端部严重积灰时，将会引起发电机转子接地故障。转子绕组接地分为一点接地和两点接地。转子一点接地时，线匝与地之间尚未形成电气回路，因此在故障点没有电流通过，各种表计指示正常，励磁回路仍能保持正常状态，只是继保信号装置发出“转子一点接地”信号，其发电机可以继续进行。但转子绕组一点接地后，如果转子绕组或励磁系统中任一处再发生接地，就会造成两点接地。转子绕组发生两点接地故障后，部分转子绕组被短路，因为绕组直流电阻减小，所以励磁电流将会增大。如果绕组被短路的匝数较多，就会使主磁通大量减少，发电机向电网输送的无功出力显著降低，发电机功率因数增高，甚至变为进相运行，定子电流也可能增大，同时由于部分转子绕组被短路，发电机磁路的对称性被破坏，它将引起发电机产生剧烈的振动，这时凸极式发电机