李靖宇

（神華黃驊港務(wù)公司，河北 滄州 061113）

黃驊港是國(guó)家跨世紀(jì)重點(diǎn)工程，是國(guó)家西煤東運(yùn)的第二條大通道出?？?。在黃驊港每年下水的煤炭達(dá)到8 000萬t。黃驊港自投產(chǎn)以來，已經(jīng)運(yùn)行8年。近年來，隨著設(shè)備的老化，逐漸出現(xiàn)了一些新的問題。其中皮帶輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)多次發(fā)生損壞，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

一、故障現(xiàn)象

黃驊港皮帶機(jī)全部采用高壓大功率鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電壓為6kV，功率為450kW。在近年的運(yùn)行中，有電機(jī)出現(xiàn)周期性異常響動(dòng)，甚至出現(xiàn)接地故障。將電機(jī)解體后發(fā)現(xiàn)，電機(jī)出現(xiàn)的故障為鼠籠斷條造成的掃膛，并伴隨電灼損壞。

二、維修方案

1.電機(jī)籠條斷裂，轉(zhuǎn)子大修。更換全部籠條，兩端導(dǎo)電環(huán)（端環(huán)）更換，適當(dāng)加大導(dǎo)電環(huán)截面，在導(dǎo)電環(huán)上開槽，將籠條插入導(dǎo)電環(huán)內(nèi)焊接，可以加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度、增加接觸面積、減少接觸電阻。施焊前要徹底清除焊接部位的氧化皮及油垢，不能只用汽油擦拭或焊炬烘烤，要用30%硫酸溶液清洗，再用10%燒堿溶液中和，最后用清水沖洗干凈。焊接時(shí)，轉(zhuǎn)子豎立放置，導(dǎo)電環(huán)面向上，在導(dǎo)電環(huán)與鐵心之間填塞石棉，防止鐵心過熱。首先用數(shù)把焊炬以中性火焰同時(shí)均勻加熱導(dǎo)電環(huán)，當(dāng)溫度達(dá)到400℃左右時(shí)，改用一把焊炬集中加熱焊接部位，待溫度達(dá)到約800℃（呈紅色）時(shí)，將銀釬焊料觸及接頭處，釬料便熔化并逐漸填滿間隙。應(yīng)采取分段交叉焊接法，以減小焊接后的殘余應(yīng)力。焊完一面后，再焊另一面。最后清理焊點(diǎn)，檢查焊接質(zhì)量。

2.電機(jī)定子如果未損壞，則清復(fù)保養(yǎng)。清洗、烘干，檢查繞組熱態(tài)絕緣電阻，做匝間試驗(yàn)。定子繞組VPI真空壓力浸漆，烘焙固化。定子繞組表面噴8037#絕緣覆蓋漆。

3.如果掃膛造成定子繞組損壞，則需要更換全部定子繞組。

4.轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)。

5.全部零部件清洗檢查，做內(nèi)表面防銹處理。

6.電機(jī)外表清理后，重新油漆。

三、鼠籠斷條原因分析

1.端環(huán)焊接處質(zhì)量問題。直接啟動(dòng)的交流電機(jī)因啟動(dòng)電流大，在很短的啟動(dòng)過程中，鼠籠籠條將承受很高的熱應(yīng)力，經(jīng)過連續(xù)三次啟動(dòng)（冷態(tài)下），籠條即發(fā)紅。鼠籠銅條斷裂多發(fā)生在啟動(dòng)后或堵轉(zhuǎn)時(shí)，斷點(diǎn)一般在槽口處和端環(huán)焊接處。原因是電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過程中，特別是頻繁啟停和重載啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流使轉(zhuǎn)子銅耗大大增加，鼠籠產(chǎn)生高溫，籠條與端環(huán)受熱不均勻，從而形成較大的熱應(yīng)力。同時(shí)籠條受高溫變形變軟，機(jī)械強(qiáng)度下降，在熱應(yīng)力、電磁力及離心力的反復(fù)作用下，首先使應(yīng)力比較集中的槽口處和端環(huán)焊接處疲勞而斷裂，少數(shù)焊接薄弱處則因接觸電阻過大而呈現(xiàn)局部高溫拉弧將銅條燒斷和開焊。從損壞的電機(jī)鼠籠情況看，籠條從端環(huán)處斷開的有四處，其中一處由于從端環(huán)處斷開造成中部斷裂，分析為：①端環(huán)處應(yīng)力集中；②端環(huán)處焊接不牢固；③端環(huán)處電阻大，發(fā)熱大，有過熱痕跡，可能造成焊料軟化而開焊。

2.頻繁重載啟動(dòng)。根據(jù)電機(jī)的一般啟動(dòng)要求，電機(jī)在冷態(tài)情況下，連續(xù)兩次啟動(dòng)后如果需要再次啟動(dòng)，則需要間隔4h；如果電機(jī)在運(yùn)行中停機(jī)，只允許啟動(dòng)一次，如果需要再次啟動(dòng)，需間隔4h。根據(jù)黃驊港的實(shí)際情況，皮帶機(jī)在運(yùn)行中故障停機(jī)后，一般間隔5min即再次重載啟動(dòng)，由于是重載，啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)、電流大，對(duì)電機(jī)損害非常大，再加上有時(shí)重載啟動(dòng)不成功，甚至出現(xiàn)連續(xù)三次的重載啟動(dòng)。

3.電機(jī)負(fù)載過重。在正常運(yùn)行情況下，設(shè)計(jì)額定功率滿足要求，但是重載停機(jī)后重啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)嚴(yán)重過載。

四、改進(jìn)措施

1.避免重載停機(jī)。①加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的點(diǎn)檢和維修，避免由于誤信號(hào)或故障出現(xiàn)的重載停機(jī)；②對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員嚴(yán)格管理，防止誤碰拉伸開關(guān)等造成的重載停機(jī)；③限制皮帶流量，嚴(yán)禁出現(xiàn)皮帶壓停等情況。

2.限制重載啟動(dòng)次數(shù)和時(shí)間。①由于生產(chǎn)的限制，發(fā)生重載停機(jī)后，不可能等待很長(zhǎng)時(shí)間再啟動(dòng)，為了兼顧生產(chǎn)和設(shè)備，規(guī)定重載啟動(dòng)的時(shí)間間隔至少大于15min；②重載停機(jī)后，需判斷重載啟動(dòng)是否能夠一次成功，否則需將皮帶上的煤清理或放掉，然后啟動(dòng)；③嚴(yán)禁連續(xù)多次重載啟動(dòng)。

3.增加皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率。適當(dāng)增加驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率，使得皮帶在重載停機(jī)后能夠保證一次啟動(dòng)成功，避免出現(xiàn)連續(xù)重載啟動(dòng)情況。

4.早期發(fā)現(xiàn)斷條故障。如果能夠早期發(fā)現(xiàn)斷條故障，那么維修費(fèi)用將大大節(jié)省。如果掃膛嚴(yán)重造成定子損壞，那么維修費(fèi)用將是單獨(dú)維修轉(zhuǎn)子的三倍，并且由于維修工藝、使用材料等原因，將造成電機(jī)功率下降。

定子電流的頻譜分析是診斷和監(jiān)測(cè)交流異步電動(dòng)機(jī)故障的有效方法，它可以診斷交流電機(jī)籠型繞組的斷條、靜態(tài)氣隙偏心、動(dòng)態(tài)氣隙偏心和機(jī)械不平衡等故障。

因此，對(duì)于在線運(yùn)行的電機(jī)，定期用電機(jī)故障測(cè)試儀檢測(cè)（根據(jù)工況決定周期），發(fā)現(xiàn)異常者即拆修，能夠早期發(fā)現(xiàn)故障。

5.維修時(shí)的改進(jìn)措施。如果籠條已經(jīng)損壞需要更換時(shí)，要求廠家對(duì)籠條結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。原電機(jī)籠條與端環(huán)之間采用的是平接，見圖1。端環(huán)與籠條之間接觸面積小、強(qiáng)度小、電阻大，并且籠條的受力全部由焊料承擔(dān)，過熱時(shí)焊料強(qiáng)度降低造成開焊。

圖1 原籠條與端環(huán)之間的焊接

要求廠家做如下改動(dòng)見圖2。將端環(huán)加厚，同時(shí)在端環(huán)上開槽；在籠條的端面加工鋸齒。這樣可以增加焊接強(qiáng)度，籠條的受力由籠條與端環(huán)直接承擔(dān)而不是由脆弱的焊料承擔(dān)；增加接觸面積，減小接觸電阻，減少端環(huán)處的發(fā)熱；即使發(fā)生開焊情況，由于籠條鑲嵌在端環(huán)內(nèi)，也不容易發(fā)生掃膛情況。

圖2 改進(jìn)措施的示意圖

五、改造成效

1.鼠籠式高壓電動(dòng)機(jī)價(jià)格昂貴，黃驊港有上百臺(tái)，通過制定合理的管理辦法，限制重載啟動(dòng)次數(shù)，從而避免鼠籠斷條現(xiàn)象的發(fā)生，能夠節(jié)省大量的備件費(fèi)用。

2.通過電機(jī)故障檢測(cè)儀，及早發(fā)現(xiàn)電機(jī)的故障，能夠防止故障擴(kuò)大從而節(jié)約大量維修費(fèi)用。

3.通過對(duì)已經(jīng)損壞電機(jī)的籠條的改造，可以避免修復(fù)件再次發(fā)生斷條故障。