内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司 010000
摘要：发电厂电动机的安全正常运行是电力生产正常运行的重要环节，对某公司车间发生断裂的电动机轴进行失效分析，采用扫描电镜、金相检查拍摄微观组织和断裂部位照片，结合成分分析的结果，发现该电动机轴断裂属于疲劳断裂，裂纹的起源部位位于表层，并在交变载荷的作用下向材料内部扩展，最终形成断裂。造成断裂的主要原因是由于加工缺陷，造成内部夹杂，形成了断裂源。
关键词：发电厂；大型电动机；检修；故障处理
在发电厂各类电动机中，引风机、送风机、排烟风机、磨煤机和给煤机由于运行时间较长且做功量巨大，所以在运行中发生故障的几率相对于其他大型电动机设备来说要大很多。而这些设备又是发电厂运行所需的最基本的设备，所以对这些设备的故障的预知以及处理显得尤为重要。定期对这些大型电动机进行运行维护可以及时发现设备运行中的故障，及时做出处理和维护工作，大大减少设备运行中故障甚至事故的几率。本文主要从大型电动机运行过程常见故障出发，陈述电动机检修的重点和方向，提出检修的方案和处理故障的方法[1-2]。
1 电动机常见故障分析
1.1 电动机电气常见故障分析
1.1.1 起动故障
对于电动机的起动故障而言，其主要就是指当电动机通电之后，其出现不工作的现象，没有任何的反应，即电动机无法正常启动，针对这种起动故障而言，其发生的主要原因有以下两点：（1）首先，是因为和电动机相配套的一些起动设施存在严重的故障或者是损伤，导致起动程序无法正常进行，一般说来，针对当前的电气设备来说，其主要的相关起动设备主要有电容器和分相电阻等两类，其主要是根据电气设备的不同而选择的不同起动方式，因此，针对这一故障来说，其检查的首要部位就应该是这些起动设备的正常性；（2）另外一方面的原因则是线路方面的问题，主要就是电动机的相关线路出现了损坏现象，进而无法正常的进行电力的供应，针对这种原因一般需要采用专业的电力仪表进行检查。
1.1.2 电动机发热过多
对于当前的电动机运行来说，其出现发热现象是比较正常的，因为所有的电动机在运行中都会发热，但是如果发热过度或者是直接造成了燃烧或者冒烟就是一种较为明显的电动机故障了，其出现的原因也是比较多的，比如电动机的供电电源电压不高就会造成电动机温度的升高；电动机自身的通风不畅导致的散热不及时也会造成冒烟现象的出现；电动机频繁地进行启动和的停止操作也会影响到其热量的产生问题；最后，如果电动机中的定子和转子出现了相互接触摩擦的现象必然也会导致其出现较多的热量。
1.1.3 绝缘电阻低
绝缘电阻过低也是电动机常见的一个故障问题，导致其出现的原因主要有以下三点：（1）湿度过大，或者是直接被水淋湿就会造成电阻降低；（2）在电阻上出现较多的油迹也会降低电阻值；（3）最后，电阻自身的老化问题也会降低其电阻值的大小。
1.1.4 电动机外壳带电
电动机外壳带电所造成的影响是比较严重的，甚至会危及使用人员的生命安全，具体来说，这种外壳带电的现象主要由以下几点造成的：（1）相应的绝缘装置出现故障导致无法发挥其绝缘能力；（2）其它带电装置接触到了电动机的外壳使其带电；（3）最后，电动机的接地装置出现问题也会造成其电动机带电。
1.1.5 三相电流不平衡故障
一般当前的电动机都是采用三相电进行使用，而这种三相电如果出现电流不平衡的话也会影响到电动机的正常工作，具体来说，这种不平衡故障主要是因为以下几点原因引起的：（1）定子的三相绕组匝数存在差异就会造成其出现这种三相电流不平衡的问题；（2）电线线路接错也会导致该故障的出现；（3）电源自身的电压存在问题也会导致这种不平衡问题的出现；（4）最后，线路的短路或者是有线圈反接也会造成该故障。
1.1.6 缺相运行故障
缺相运行也是当前存在的一个比较严重的电动机故障，其出现的原因有以下几点：（1）电动机内部的熔断器出现了问题导致其出现熔断问题；（2）单相接地的现象也是一个形成原因；（3）短路是最为常见的一种缺相运行故障形成原因。
1.2 电动机机械故障
1.2.1 轴承损坏
轴承损坏是电动机机械故障中极为重要的一类，因为轴承对于整个的电动机而言是极为关键的一个组成部分，如果其出现损坏现象的话，就会直接影响电动机无法正常运行，导致这种轴承损坏的原因是多方面的，比如：（1）轴承在安装到电动机内部时存在一些安装不当就会导致其在运行中出现较大的磨损，最终就可能导致其损坏，这种安装不当主要就是指安装过紧或者是过松；（2）轴承在运行中没有及时的予以油的补充，进而造成磨损比较严重；（3）轴承存在一些杂质影响其运转的流畅性，最终导致出现磨损；（4）轴承所使用的优质不纯，或者是多种油混用也会造成轴承的损坏；（5）轴承本身的质量不佳也是造成电动机出现轴承损坏的一个重要原因。
1.2.2 振动故障
所谓的振动故障一般都是由于电动机自身所引起的，具体的原因如下：（1）轴承间隙不均匀；（2）转子不平；（3）铁芯存在问题，如变形等；（4）风扇的运转过程中出现故障。
1.2.3 轴承烧毁
轴承烧毁的主要原因就是因为轴承长时间的干磨所引起的，因为没有油脂的加入，使其长期处于干磨状态就很容易引发高温出现，最终导致轴承的烧毁。
2实例
某公司车间的一台往复式压缩机，于1999年10月投入运行，在间断运行了3200小时后，其电动机转子轴突然发生了断裂。轴的转速为300rpm，材质为45号钢，加工过程为锻造后进行车削加工。针对此次现场发生失效问题，我们采用扫描电镜等分析手段对其断裂失效的原因进行了分析。
2.1监测结果
2.1.1 宏观形貌分析
电动机转子轴的宏观断口形貌，从整个断口断裂情形上看，属于一个多源断裂的形式，且整个断面呈现螺旋状特征，典型断面至少有四个，即A、B、C、D四个区域，其中最大的断面为C断面，在C断面的临近处，即在轴心区域，肉眼可见一条具有金属光泽的粗糙区域，应该为C、D区域的最终断裂重合区。在交汇处可见明显的台阶状形貌。在疲劳区能清晰的观察到贝壳线。
在从三个区域的图片可以初步判断电机转子轴的断裂形式为疲劳断裂，每个区域的大面积光滑区域为疲劳区，偏转区域较粗糙，为疲劳断裂的最后破断区。破断区面积占总面积约20%左右。可见裂纹起源于外表面，并向内部扩展。另根据电机轴外表面状态进行观察，可看到，外表面局部有刀痕等表面缺陷。
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2.1.2 扫描电镜分析
分别采用扫描电镜对断裂区域进行观察。可以观察到，在近裂纹源附近的断口形貌主要为解理断裂，说明材料的韧性较差。在疲劳区可以看到疲劳辉纹主要为波浪型。在高倍电镜观察中可以看到方形的夹杂物，而断裂的条纹就起源于方形的夹杂物。
微观形貌，疲劳区可见波浪型辉纹，破断区为解理断裂形貌。断裂微观形貌，同断裂形似相同，疲劳区可见辉纹，破断区主要为解理断裂，并且在疲劳区可见密集分布的断面二次裂纹。
2.2结论及建议
电机轴的断裂属于疲劳断裂，裂纹的起源部位位于表层，并在交变载荷的作用下向材料内部扩展，最终形成断裂。导致断裂主要原因包括：
2.2.1表面光洁度不高，另外有表面刀痕等表面加工缺陷等，导致了裂纹的早期萌生；
2.2.2金相组织不够优良，晶粒粗大和网状铁素体的存在，以及较硬的TiN夹杂物的局部聚集等因素，使材料的疲劳极限降低，促进了裂纹的进一步扩展，另外晶粒粗大等组织缺陷致使材料屈服强度低，这也是疲劳过早萌生的一大因素。
3电动机故障处理措施
3.1 电动机电气故障处理
3.1.1 起动故障
针对引起电动汽起动故障的原因来说，其最为主要的故障处理措施有以下几点：（1）首先，检查是否是供电电源的问题，即排出电动机自身出现故障的情况；（2）其次，检查三相的首尾端，重点观察其是否出现短路现象；（3）再次，查看和起动设备相关的一些部件是否存在问题，重点检查电容和分项电阻的问题；（4）最后，检查电动机内部的一些连接状况，是否存在连接断裂的现象。
3.1.2 电动机发热过多处理方法
针对电动机在运行过程中出现的发热过多的现象，应该采取的处理方法主要有以下几种：（1）检查整个电网的电压是否存在较低的问题，如果存在则予以纠正；（2）检查电动机内部的风扇是否处于正常的工作状态；（3）检查电动机是否出现反转的现象。
3.1.3 绝缘电阻故障处理方法
针对这一故障来说，主要就是检查这些绝缘电阻自身是否存在一些特殊之处，比如油污、湿度以及老化问题等，针对其具体的问题进行恰当的处理，甚至可以进行电阻的更换。
3.1.4 电动机外壳带电
针对这种电动机外壳带电的故障，可以采取的处理措施有：（1）检查整个电动机的内部线路连接是否正确；（2）检查电动机的接地装置是否完好；（3）检查绝缘盒是否完整，出现损坏则需要进行更换。
3.1.5 三相电流不平衡故障处理
针对这种三相电流不平衡问题，主要就是检查其定子是否绕组，如果存在绕组错误则需要立刻予以纠正，然后再检查整个电动机所处的电力网络环境中的电流是否存在问题，存在问题的话则需要针对整个电网进行处理。
3.1.6 缺相运行故障
针对缺相运行故障而言，其主要的处理措施就是应该加强日常的管理和维护，尤其是对于检查的平均周期要进行明确的规定，避免长时间的不检查，在检查中一旦发现出现老化的电气元件就需要立刻进行更换。
3.2 电动机机械故障处理措施
3.2.1 轴承损坏故障处理
针对轴承的损坏故障来说，因为其造成这一故障出现的原因是多方面的，所以，需要采取的故障处理手段也应该是多方面的，具体来说：（1）首先，确保轴承自身具备较高的质量是必不可少的，并且还是极为关键的一步，是保障其轴承正常运转的基础，也能够有效避免一些轻微损坏的出现；（2）其次，加强对于轴承安装水平的控制和管理，确保其安装的准确性，避免出现过紧或者过松的现象；（3）最后，还应该加强对于轴承的清洗工作，确保轴承不存在一些杂质影响其正常的运转，或者在运转中造成一定的损伤。
3.2.2 机身振动故障处理
针对电动机的自身振动来讲，其具体的处理措施有以下几点：（1）详细的检查轴承是否存在问题影响其运转效果；（2）检查转子的正常性；（3）检查风扇的运转是否正常。
3.2.3 轴承干磨处理方法
针对轴承出现的干磨故障，我们可以采取的处理措施有：（1）定期加强对于轴承的护理，保障其清洁性；（2）定期给电动机的轴承加入一定量的油脂，并且还要进行实时的关注，避免出现油脂不足问题；（3）最后，还应该在电动机重新起动之前做好其轴承的检查，避免干磨出现。
4电动机的定期检修及预防措施
4.1 机械检查
所谓的机械检查主要就是针对整个电动机的组成进行严格详细的审查，具体来说，要重点检查一下几种情况：（1）针对整个的装置检查其是否存在破损现象，尤其是针对裂缝问题要进行严格的检查；（2）重点检查转子、轴承等关键部位是否存在损伤或者杂质；（3）检查电动机的一些辅助设备，如风扇等，避免在运行中出现故障。
4.2 电气检查
直流电阻检查：三相电阻的不平衡度不得超过2%绝缘电阻检查：三相异步电动机绕组的绝缘电阻一般能达到100MΩ以上如低于5MΩ时需分析原因，绝缘是否受潮，或绕组因绝缘不好而接地等。
4.3 电厂电气运行中使用的各种断路器应该达到规定指标、质量过关，因为安全可靠的断路器可以在事故发生后第一时问发生作用，可以预防由于故障导致的电流过大冲击带来的一系列连锁反应，将事故造成的损失减少到最小。
4.4 设计相应的电路网络，当周围发生故障时，可以提供第二套供电系统进行及时应对。这样可以保证事故发生时为电厂的正常运行保驾护航。有线网络的配电自动化工程要确实落到实处，一旦发生事故可以迅速隔离开事故区域，以防止破坏进一步影响周围网络电路。
5 结束语
综上所述，电动机轴承能否正常运转，直接关系到电动机的安全高效运转。只有加强巡检，正确维护保养电机轴承；才能保证电动机安全工作。
参考文献：
[1]李佳新，王国伟.常用电动机维护与故障处理[J].科技创新与应用，2010，（10）：187-188.
论文作者:徐永生
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/16
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