摘要：本文阐述300MW火力发电厂高压6KV循环水泵电机，鼠笼条断裂原因，并提出处理方法及预防措施。
关键词：高压6KV单鼠笼；鼠笼条断裂；处理；措施
1引言
高压鼠笼电动机是火力发电厂重要的厂用设备之一。2×330MW火力发电机组自2009年投产以来,2015年B级检修时发现循环水泵电机转子鼠笼条断裂（见图1），2016年循环水泵电机在运行中发现声音异常2016年5月份小修时抽转子发现鼠笼条断裂（见图2）；循环水泵电机连续2年出现鼠笼条断裂现象,造成了较大的经济损失。
本文主要分析YKSL1600-12/1730-1高压异步感应电动机转子鼠笼断裂，故障发生的原因，进而提出了一些相应的预防措施。
图1 2015年循环水泵电机转子鼠笼条断裂照片
图2 2016年循环水泵电机转子鼠笼条断裂照片
2鼠笼式三相异步电动机的工作原理
由于旋转磁场以n1转速旋转，转子导体开始时是静止的，故转子导体将切割定子旋转磁场而产生感应电动势（感应电动势的方向用右手定则判定）。由于转子导体两端被短路环短接，在感应电动势的作用下，转子导体中将产生与感应电动势方向基本一致的感生电流。转子的载流导体在定子磁场中受到电磁力的作用（力的方向用左手定则判定）。电磁力对转子轴产生电磁转矩，驱动转子沿着旋转磁场方向旋转。通过上述分析可以总结出电动机工作原理为：当电动机的三相定子绕组（各相差120度电角度），通入三相对称交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流（转子绕组是闭合通路），载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力，从而在电机转轴上形成电磁转矩，驱动电动机旋转，并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
3鼠笼断裂的基本特征
断裂后，电动机的电磁力矩降低而造成转速下降，定子电流时大时小，因为断条破坏了结构的对称性，同时破坏了电磁的对称性，使与转子有相对运动的定子磁场，从转子的表面不同部位穿入磁通时，转子的反应不一样，因而造成定子电流时大时小。同时断鼠笼条也会使机身发生振动，这是因为沿整个定子内膛周围的磁拉力不均匀引起的，周期性的嗡嗡声，也因此产生。
4鼠笼条断裂的原因分析
4.1制造工艺产生的应力
由于焊接质量不一致,引起笼条热膨胀有差异,造成笼条之间产生的较大温差，笼条上下的不均匀温升会使笼条产生向转子中心弯曲的应力,端环中强大的启动电流使之发热产生径向位移,造成笼条产生背离转子中心的弯曲应力。鼠笼条铁芯冲孔工艺会使笼条嵌装的松紧程度不一致。
4.2热应力、电流力
鼠笼条中流过电流便产生热量。鼠笼条各部分材质不均散热条件不一，使鼠笼各部分受热不均，从而产生热应力。
在启动过程中，外鼠笼条和外端环将流过很大的启动电流（可达额定电流的5－7倍）由此而产生的损耗可使鼠笼条和端环产生200－300°C的温升，从而使端环产生相当大的热变形，端环的扩张变形将使鼠笼条受到一个静态弯曲应力。有关资料计算表明，此应力比鼠笼条所受到的离心应力高6倍左右。
图3
图4
4.3负载力
负载变化使鼠笼条产生切向交变应力 由于笼条在槽内有一定的间隙,转子铁芯和与它保持一定距离的端环共同构成一个扭振系统,运行中由于负载发生变化,电动机转动力矩也就是变化的。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力矩摆动在共振区附近时,其应力会更大。
4.4频繁启动
鼠笼型异步电机在冷态下启动一次,笼条和端环的温度达到200～300℃,除非在铭牌上规定了特殊工作制，不允许超出以下规定的起动工作制。当电动机初始状态为环境温度时，允许两次连续起动。当电动机初始状态为额定运行温度时，允许起动一次。上述两种情况后的再次起动需相隔4小时。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上升到不能允许的温度,机械强度也会降低得更严重,而启动过程中鼠笼条和端环所承受的各种应力累加已达到最大值,在这种情况下不要说有缺陷的转子,就是质量好的转子也会损坏,尤其当转子处于堵转情况下其转子鼠笼条和端环连接处温度可达500℃以上,造成焊接处开焊和断条。
4.5 电磁力
启动过程中的电磁力，这是鼠笼条中启动电流与转子磁场的作用。电磁力作用在鼠笼条上，使鼠笼条被压向槽底，并以2倍鼠笼条电流频率脉动。若鼠笼条在槽内固定良好，则此脉动力仅表现为对槽内铜条的脉动压力，对鼠笼条外悬部分不产生脉动力的作用。但如果鼠笼条在槽内处于悬空状态，则在脉动力的作用下，鼠笼条将产生振动，在鼠笼条的两端个固定端（即鼠笼条与端环的焊接处）将附加一个2倍频率的脉动应力。
4.6 分析
检查FECS启动记录发现循环水泵在1天内连续启动2015年5月8日06：06：5秒启动；07：19：44秒停止；10：59：40秒再次启动；12：16：44秒停止；14：48：36秒第3次启动；15：28：41秒停止。见图3时间间隔都不到4小时，最短时间间隔1小时17分钟。在FECS查出电机在停止时出现过热报警跳闸现象。现场检查鼠笼条断裂现象（都是在焊接点）可以看出断裂点是焊接点，因再次焊接不能进行剖扣处理，所以焊接点力度不足根据以上原因可以分析出循环水泵转子鼠笼条断裂原因是：连续启动多次、停泵时造成电机过热报警，电流见图4、修复无法进行坡口。
5处理措施
5.1修改高压电机启动时间鼠笼型异步电机在冷态下启动一次,笼条和端环的温度达到200～300℃, 除非在铭牌上规定了特殊工作制，不允许超出以下规定的起动工作制。当电动机初始状态为环境温度时，允许两次连续起动。当电动机初始状态为额定运行温度时，允许起动一次。上述两种情况后的再次起动需相隔4小时。
5.2避免停止时过电流或缩短过流时间，调整循环水泵关门慢关时间（原有18调整到15秒）。
5.3在断裂焊接时加固焊接点（在两鼠笼条间加一块铜条进行焊接）。
5.4更换鼠笼条，在槽内的鼠笼条要打紧避免振动。
6结束语
对转子鼠笼条和段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借鉴经验。降低设备的损坏率提高设备可靠性。
参考文献
[1]电力设备异常运行及事故处理手册.
作者简介：
王岩（1975-），男，华润电力(涟源)有限公司技术支持部电气主管。
通讯地址：湖南省涟源市渡头塘镇，华润电力（涟源）有限公司。
论文作者:王岩,李勇
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：转子论文; 应力论文; 电动机论文; 定子论文; 磁场论文; 水泵论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第16期论文;