水泥厂大型10KV高压电机故障分析及解决对策

冀东水泥(烟台)有限责任公司

 

某公司5 000t/d熟料生产线配置2台JLMS46.4原料立磨综合台时产量 315t/h以上，内置笼形转子选粉机，4个锥形辊子与磨盘配合破碎、研磨工作，主传动为2 600kW绕线型高压进线10kV电机；水泥φ4.8m×9.5m滑履管磨配套主传动为3 550kW高压电机。生产过程中曾经出现过电机电流异常波动、或进线高压柜数字式综合保护装置报“本线路接地”电机保护跳停机以及出现电机轴承座密封内漏油、总降110kV变电站消弧线圈控制系统保护动作、转子集电环导电螺杆崩断等现象，经研究排查分析后，针对各故障现象逐步分析解决了发生的问题，保证了设备生产正常运行。 

 

1　立磨配套设备主要技术数据 

 

（1）原料立磨型号JLMS46.4，磨盘直径4 600mm，转速27.1r/min。 

减速机型号J L P 2 50 G，输入功率2 6 0 0kW，速比i=36.585∶1。 

主电机型号YRKK800_6，额定功率2 600kW，转速992r/min。 

定子电压10kV电流182A，转子电压2 450V，电流651A。

绝缘等级F，防护等级IP54/IP23，冷却方式IC611。 

配套液体电阻起动器型号WYQ6-3CRX。 

 

 

（2）水 泥 B 线φ 4.8m×9.5m滑履管磨主电机YRKK900_8，额定功率3 550kW，定子电压10kV电流253A；转子电压2 450V电流 928A。 

 

2　电机故障分析及解决措施 

 

2.1　立磨电机运行电流异常波动 

 

原料A磨机生产运行中突然出现电机电流异常波动，而且波动范围在125A～210A较大（正常情况电流波动范围在135A～165A，波动宽度范围操作控制在±10A左右），停止向磨机内供料，分别采取从工艺操作、机械设备及液压控制系统、电机电气线路控制系统等三个方面分别查找原因。检查没有发现入磨风温、风量、研磨压力、挡料圈高度、料层粒度和厚度等工艺操作异常变化；进一步检查也没有发现磨内进入金属异物、机械设备零部件损坏和各磨辊液压系统异常情况。操作磨辊抬起，电机带动减速机空载运行电流在40A～100A左右波动范围很大，正常应该空载运行电流稳定在额定电流的1/3即60±1A左右。停机检查后再次启动时电机发出沉闷声，但没有转动。总降变电站消弧线圈柜报“母线接地”故障。逐步详细检查电气线路控制系统和电机发现电机定子引出线绝缘层损坏，露出内部铜线，其中有一根铜线崩断导致三项U、V、W中只有U、V接通，其他项不通，电机启动不起来。 

 

 

原因分析：电机引出线没有与定子绑扎固定牢靠，电机运行过程中，内部冷却循环风吹动引出线与定子金属摩擦，导致定子线圈引出线绝缘层损坏绝缘性能降低，露出内部破损部分铜线与定子有时瞬间搭接，导致瞬间对地泄漏电流增大，三项电流不平衡而引起电流异常波动，属于电机出厂时没有把电机引线固定牢靠的质量原因所致。 

 

 

现场解决措施：

（1）现场拆除电机上盖，检查破损引出线，对于二根绝缘层损坏但铜线没有断裂问题的电缆采用绝缘套管做绝缘耐压处理。

 

 

（2）对于铜线崩断电缆，由于当时没有合适电缆，现场采取清理铜线崩断部位，切掉铜线氧化部位，用银焊条施工焊接崩断铜线电缆，清理焊接毛刺，做好绝缘层保护，更换定子线圈引出线铜鼻子等附件。

 

 

（3）作好电缆绝缘保护措施并固定绑扎引出线，并做定子实验三项直流阻值0.42Ω相同，符合技术要求。 

 

 

开启电机后空载和工作带负荷运行电流平稳正常，没有异常声音和过热情况。通过采取上述措施快速恢复了电机稳定运行，效果较好，保证了生产运行。 

 

 

另外，水泥磨也是同类故障原因，水泥B线滑履管磨运行过程中，总降110kV变电站B线高压柜综合保护装置提示“进线接地保护”故障和消弧线圈控制柜系统保护动作。经查，主电机引出线未进行有效固定，导致定子线圈B相引出线绝缘层磨破损坏，露出内部破损部分铜线引起变电站保护装置报“进线接地保护”故障和消弧线圈系统保护动作。中控操作员得到信息及时停磨主电机，避免了一次高压电机发生重大损坏事故。现场更换三根引出线电缆，并重新制作引出线铜鼻子等附件，作好电缆绝缘保护措施并固定绑扎引出线，并做定子实验三项直流阻值0.31Ω相同，符合技术要求。开启电机后空载和工作带负荷运行电流平稳正常，没有异常声音和过热情况。通过采取上述措施快速恢复了电机稳定运行，效果较好，保证了生产安全运行。 

 

2.2　立磨运行过程，主电机突然跳停机

 

 

原料B磨主电机运行过程中突然跳停机，发现B磨进线高压柜综合保护测控装置报“本线路接地”故障跳停；主电机综保报“非电量1动作”故障。利用10kV高压摇表检测发现主电机定子绕组在升压到7 000V时出现对地放电现象。遂决定将主电机开盖检查，发现负荷端转子冷却风扇轮与装配支撑固定两个顶丝松动、配合键松动并轻微滚键、风轮叶片铆钉脱落，甩掉下叶片把锭子线圈切割刮坏，引起一匝线圈崩断“放炮”。 

 

 

原因分析：图1为原料B磨运行趋势曲线。

 

 

 

 

 

从以上原料B磨停机前运行趋势曲线图看，主电机没有异常超负荷运行，电流没有超出额定182A运行，研磨加载压力控制在5.0～5.8MPa，减速机水平和垂直振动值分别在4mm/s和3mm/s以下，电机轴瓦温度在55℃～57℃，电机绕组温度小于55℃运行正常，证明生产运行工艺操作正常，没有违反工艺设备操作规程。 

 

 

 

 

 

从电机定子绕组线圈图2和转子风扇叶轮图3损坏分析，主要是由于运转中负荷端转子风扇叶轮叶片铆钉松动和叶片从折弯处断裂后脱落，甩掉下叶片冲击切割线圈破损“放炮”崩断，导致进线高压柜综合保护测控装置报“本线路接地”故障跳停。另外，检查发现非负荷端转子风扇叶轮叶片折弯处也有开裂，虽然未完全断裂脱落但也存在严重制造质量安全隐患。

 

 

 

 

 

解决主要措施：（1）解体检查并高压清洗定子铁心油污等，更换同规格新线圈及测温电阻见图4，按照工艺技术要求浸漆“F级”、烘干。（2）制作转子负荷端风扇叶轮并安装在轴支撑座上，叶轮和轴支撑座除采取键连接固定外，另外，采取增加两个位置用M12顶丝使叶轮轮毂与支撑座固定牢靠防止松动。（3）高压清洗转子除灰和污垢、浸漆“F级”、烘干。（4）检查转子非负荷端风扇叶轮叶片折弯处有开裂的见图5，全部采取焊接叶片折弯拐角方式，防止再发生断裂脱落。（5）转子组做动平衡达到G1.0。（6）组装转子与定子，检查轴与滑动轴承配合间隙和接触面积达到技术要求，修复滑环表面光洁度与碳刷接触良好。（7）按照技术要求做好高压电机各种绝缘、耐压、泄露等实验。

 

 

 

2.3　电机轴承瓦座密封内部漏油

 

 

 

 

 

打开电机轴承瓦座前后端盖，发现电机底部和线圈上有油污，主要原因是（1）原始电机轴承座迷宫密封回油管安装时，胶管与铁管丝头连接金属卡箍没有紧固牢靠，导致胶管热胀冷缩时松动掉下，见图6漏油并随循环冷却风飞溅到绕组线圈上。（2）密封回油胶管老化，出现裂纹导致渗油至电机内部。（3）电机轴承座密封回油孔（管）进入油泥或杂物堵塞，导致多余润滑油从轴头密封处漏出。（4）轴瓦浮动式迷宫密封油封破裂漏油。 

 

 

 

解决措施：（1）定期检查紧固油管卡箍牢靠。（2）定期检查更换老化开裂油管。（3）清理回油管油污及杂物等，保证回油管路畅通干净。（4）更换磨损或破裂的轴瓦浮动迷宫密封油封件见图7。

 

目前，大型高压轴瓦电机端盖式轴承座普遍存在内漏油情况，因而电机线圈受油污腐蚀烧损的情况时有发生，这类事故大多数发生的部位基本集中在电机定子槽口、绕组端部和绕组引线的位置。主要分析是漏入油污粘附在线圈上，对线圈主绝缘溶解浸蚀，使主绝缘与导线分层，线圈整体绝缘强度降低；绕组引出线受油污浸泡绝缘皮鼓胀老化，长时间运行会导致电机定子绕组相间短路、接地短路等故障。 

 

2.4   水泥B线φ4.8m×9.5m滑履管磨配套主传动为3 550kW高压电机启动不起来 

 

 

经查主电机高压控制柜综合保护测控装置报“过流速断”保护动作（设定电流速断高值16.88，低值12.66），开不起来电机。原因分析：现场检查发现主电机转子集电环导电螺杆、绝缘套、垫圈与δ4mm半圆铜排板通过1个M16螺母连接紧固方式，导电螺杆通电受热膨胀后，与半圆铜排板固定不牢靠发生相对松动，产生放电弧光崩断放炮，集电环导电螺杆损坏见图8，导致高压控制柜“过流速断”保护动作，开不起来电机。半圆铜排板与固定导电螺杆采用单侧螺母紧固效果存在松动隐患，属于电机制造安装质量问题。

 

 

 

 

 

现场解决措施：（1）检查电机转子三相直流阻值相同18mΩ，说明转子没有其他损伤。（2）清理各部位产生的碳黑和弧光金属渣。（3）更换弧光崩断的2件半圆铜排板和4根导电螺杆。（4）按照转子集电环导电螺杆、绝缘套、垫圈M16螺母与δ6mm半圆铜排板顺序组装后，再通过M16螺母连接方式，分别固定3块半圆铜排板，这样，每块半圆铜排板两侧分别改进为由两个螺母紧固，修复见图9，防止半圆铜排板与固定导电螺杆之间发生松动。然后分别每块铜排板再固定两根转子引出线电缆，并用两片防松垫片锁紧连接螺母。

 

 

 

 

 

3　结　语 

 

 

 

大型高压电机是水泥生产线重要电气设备，体积、重量较大，价格昂贵，拆装维修困难，一旦发生故障停机时间较长，如在市场销售旺季会影响水泥生产和销售经济效益，同时，产生较高维修费用等经济损失，从以上电机故障诊断分析，通过有针对性采取措施，实施后效果良好，保证了高压电机稳定运行。虽然是国内重点大型电机股份公司生产的产品，但也会存在制造、安装等这样或那样的不应该发生的问题，也应吸取教训引以为诫，避免发生类似故障。 

 

 

（1）大型高压电机进厂时，严格按标准验收质量，一定要检查电机定子绕组引线电缆是否固定牢靠，同时，再线已经运行电机，利用检修保养时机除要做预防性试验外，也要检查引线电缆是否松动和破损异常，一定要固定牢靠安全。 

 

 

（2）大型高压电机设计转子风扇叶轮应优先选取叶片与前后盘焊接固定形式比较安全可靠。叶片铆接方式容易出现铆钉与孔配合松动脱落，同时2～3mm厚度较薄钢板叶片折弯后存在应力集中现象，容易出现开裂缺陷。对于生产线已经安装使用电机转子风扇叶轮叶片铆接方式的，要定期检查铆钉与孔配合是否松动脱落和叶片开裂，发现问题及时解决处理，避免发生设备故障或事故。 

 

 

（3）电机滑动轴承采用稀油润滑时，轴承座迷宫密封回油胶管设计安装时，要优先选用强度较高弹性好的带有钢丝透明胶管为主，强度高且检查回油比较直观；黑橡胶管受油浸泡后容易老化出现龟裂渗油，不透明检查不方便，一定要定期检查固定回油胶管卡箍牢靠性。 

 

 

（4）高压电机转子集电环上固定导电螺杆与转子引出线半圆铜排板之间采取2个螺母紧固防止发生松动。然后分别每块铜排板再固定2根转子引出线电缆，并用2片防松垫片锁紧连接螺母。定期6个月利用检修时机检查连接螺母紧固情况，防止发生设备故障。 

 

 

（5）加强大型高压电机管理，除加强日常巡检维护外，检查油位不要高于油镜刻度上限，供油压力不要高于0.15MPa，主要是保证润滑供油量要求。检修消除轴瓦和油管路振动，清理呼吸帽，防止漏油，同时，检查轴承座排污孔观察漏油量，及时判断更换轴瓦磨损的密封件。建立定期6个月检查保养制度，对电流、电压、温度、振动、绝缘阻值、声音等运行实际记录与历史数据趋势比较分析，总结原因，及时解决故障隐患，保证大型高压电机在生产线上安全稳定运行。

来源：《中国水泥》2015年11期