高压电机断条的原因分析与改进

摘要：旨在讨论高压电机断条实例，研究分析了转子断裂的原因，结合实际，总结出了改进转子断裂的措施、工艺要求及质量要求。

关键词：高压电机转子断裂措施工艺要求质量要求

高转速、大容量、重转矩龙型异步电动机的结构简单，运行维护方便，在电力行业的应用已相当广泛。因为设计、制造、运行等原因，电动机的转子断条现象十分严重。

1、转子断条实例

某厂2*142MW的供热机组，共配有66台高压电机，自投运以来发生了如下转子断条的情况：2008年，某炉B吸风机的电动机在运行中跳闸，经过检测，是电阻绕组的绝缘被断裂的笼条划破所致，导致转子笼条几乎全部断裂，返厂修理；2009年，某炉B吸风机的电动机转子导条断裂后，对其他3台同类型的电动机停运检查，转子导条断裂较严重，返厂修理；2010年，在机组大修中，对2对炉的排、磨、吸、送、抽电机均进行解体检查，发现4台排粉机、4台磨煤机转子导条断裂共20根，返厂处理，采取把铁芯至端环笼条缩短进行重新焊接的方法。

以上仅为电厂三年内的电机转子笼条断裂故障统计及处理的情况，其他各电机厂转子导条断裂的现象也较普遍，断裂位置均是发生在导条断裂芯轴向槽口部位和端环焊接处，处理的方法相似，采用缩短导条进行重新焊接的方法。而采取缩短导条进行重新焊接的方法无法从根本上解决其问题，需从设计、制造、运行等诸方面，对转子导条断裂的原因、机理做进一步的分析，对电机转子导条断裂从根本上有一定的认识，以便对以后电机转子的结构设计、制造、选型、运行有一定的帮助。

2、转子断裂原因分析

笼条断裂和电机负载形式，以及起动的情况有关，一般有以下几个原因：

(1)笼条端环的结构不合理，端环是整体，笼条和端环均采用刚性连接，对于单根笼条，其不能够自由伸缩，容易在焊接处产生应力集中。

(2)为保证外笼条大的电阻率，其材质的机械强度低，不能够承受大的拉力，如：焊接工艺不良，其热应力将极易造成在端环处断条。

(3)笼条在铁芯槽内压接不紧，在运行中，由于离心力的作用导致窜动较大。

(4)因为电机的频繁启动，在启停中加热和冷却过程中，笼条反复进行，使得笼条交替受力，极易被拉断或者胀鼓和定子磨擦断裂。

3、改进措施

针对上述分析的故障原因，可从以下方面采取相应的措施：

(1)应尽可能的减少与消除转子铁芯伸出部位的导条与端环在跟随转速波动中承受的脉动力矩所产生的应力，这样导条的根部与焊接部位的切向应力也就能够减小到最低，甚至接近于“0”。但是应注意到，在电机运转的过程中，转子导条中会产生和转差“S”成正比的损耗，但是转子铁芯中由于转差频率很低，几乎无铁芯损耗，所以在热稳定的过程中，转子导条的温升率先高于转子，在热膨胀因素的作用下，若刚性的端环和转子或者转轴的联结不能自由的进行伸缩，补偿导条和转子铁芯热膨胀不同所产生的应力不均匀，将会很快的把端环和导条的焊缝胀断，从而加速转子导条断裂事故的发生。

(2)在转子的主轴上，增设有通槽的传动环，并使其和导电端环固定连接的定位块，限位在传动环的通槽内。当转子转动时，通过传动环与定位块带动导电端环的转动，使导电端环随着转子铁芯同步旋转，从而减小导条的承载应力；同时，伸入在槽内的定位块的轴向位移未被限定，使得导电端环与导条能够自由的发生轴向位移，从而补偿导条热膨胀的变形，减少导条的应力，最终减少或者避免断条故障的发生。

(3)转子笼条和端环的焊接方式由“一”字搭接焊改为嵌入式L型焊接，提高焊接的强度，以及抗交变脉动应力的能力。

4、改进工艺要求

若笼条焊接工艺不良，笼条与端环焊接处更易断裂。经逐步改进，得出如下的结论：

(1)指型弹性环需要采用机械强度高的紫铜制成；

(2)笼条和指型弹性环进行焊接，要求预热在300℃左右，并用45％以上的银焊条进行焊接，从而减少接触的电阻；

(3)要求弹性指板厚度大于5mm，以保证焊接的截面积，否则在开焊时，在防护环处易形成电弧，把防护环烧损；

(4)防护环采用磁性的钢环，工艺要标准，其宽度为20mm，厚度为25 mm，穿笼条孔和外缘的厚度不得低于1.0mm，且各孔应均匀。否则，在笼条开焊时，易把其烧坏。

5、质量要求

在明确了改进方案，以及焊接转子的工艺要求后，对影响转子的改造质量的关键工序在工作中进行质量把关。

(1)在穿笼条前先打磨其端部，并在端部锉出合适的坡口，从而保证焊接的质量，必须将短路环上的油污清洗干净。

(2)在穿笼条时，防止强力装配，避免笼条被冷躐变粗或者弯曲，以影响其和短路环的装配间隙。该间隙一般控制在0.3～0.5mm，其在很大程度上决定了焊缝的致密性与强度。

(3)选用熔点较低、流动性能好、具有良好的润湿与填缝能力的进口焊料，助焊剂采用缩水硼砂。

(4)由于铜及合金的导热性强，短路环的尺寸又适当的加大，所以在焊接前需把转子送入干燥室中预热。在焊接时，选用大号的焊嘴，用中性火焰的外焰进行加热，火焰冲向导热较强的短路环并不断的移动。当温度起来时，把焊料触及钎焊的接缝处，使焊料熔化，因为毛细管的作用，焊料被吸入间隙中，在下面用火焰烤工件，待其稍冷后，再补充一些焊料，使焊缝的表面光滑，形成饱满的圆根。

6、结语

通过对造成电动机断条的原因进行分析，在电动机结构、检修工艺等方面采取针对性的措施，并通过实际的运行证实，切实有效的防止与减少了高压电机转子断条，以及扩大事故的发生，保证了在大负荷下发电机组安全稳定的运行能力，取得了较显著的效果，为国内同类电机防止类似故障的发生，提供了可借鉴的成功经验。

参考文献

[1]厉建平.鼠笼式高压电机转子断条的防止[J].华北电力技术,1992,(6):30-32.

个人简历：辛佰富，1983年出生，毕业于佳木斯大学机械设计制造及其自动化专业，现就职于佳木斯电机股份有限公司工艺部。

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