李紅軍

(東北輕合金有限責(zé)任公司，哈爾濱150060)

在工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)工藝要求，有些設(shè)備需要連續(xù)運(yùn)行，一旦電機(jī)發(fā)生故障，將直接影響生產(chǎn)。因此在沒有備用電機(jī)，生產(chǎn)又不允許久停的情況下，對(duì)某些電機(jī)繞組的局部故障采用甩掉故障線圈的修復(fù)辦法，是一種較好的應(yīng)急措施。

1 故障實(shí)例

我公司泵站6kV同步電機(jī)型號(hào)為TK250－14/1180，容量250kW，額定電流29.5A。該電機(jī)定子為90槽，雙層繞組，每相由30個(gè)繞組組成。

2005年對(duì)該同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行中修，在中修試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)定子繞組三相直流電阻不平衡，分別為2.736Ω、2.732Ω和2.641Ω，相間直流電阻的不平衡度達(dá)3.5%，超出標(biāo)準(zhǔn)值(試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求直流電阻不平衡不應(yīng)超過(guò)±2%)。而2004年的試驗(yàn)結(jié)果分別是2.736Ω、2.735Ω、2.732Ω，通過(guò)兩年的試驗(yàn)結(jié)果比較可以初步斷定，故障可能存在于直流電阻為2.641Ω的一相中。

遂對(duì)電機(jī)進(jìn)行解體，但未發(fā)現(xiàn)明顯的故障點(diǎn)。經(jīng)計(jì)算，每個(gè)繞組的直流電阻值約為2.732/30=0.091Ω.而故障所在相繞組與正常繞組的直流電阻差值為2.732－2.641=0.091Ω，正好是一個(gè)繞組的阻值，所以故障很可能是由于該相的某個(gè)繞組匝間短路造成的。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)查找，最終確定故障點(diǎn)為該相繞組匝間短路。

由于故障線圈在上層繞組，故障范圍比較小，設(shè)備又不允許停機(jī)時(shí)間太長(zhǎng)，為了不影響生產(chǎn)，采取甩掉故障線圈的搶修方法。

2 甩線圈法可行性分析

甩線圈法是占用停機(jī)時(shí)間較短的局部修復(fù)方法，即把繞組中故障線圈甩掉，是在生產(chǎn)當(dāng)中修復(fù)電機(jī)的一種應(yīng)急措施。但是故障線圈被甩掉后，會(huì)使繞組匝數(shù)減少，引起電機(jī)氣隙磁通密度增加，因此使電機(jī)的空載電流增大，鐵損耗增加。如果仍按電機(jī)名牌的額定電流使用，電機(jī)會(huì)因損耗增加而發(fā)熱。所以在額定電流運(yùn)行下的電機(jī)經(jīng)甩線圈后，必須降低出力使用，否則電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，甚至不能運(yùn)行。亦即如果負(fù)載機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)必須運(yùn)行在額定輸出功率時(shí)，則電機(jī)不允許甩掉線圈。事實(shí)上，許多電機(jī)并不都是在滿負(fù)荷下運(yùn)行，一般負(fù)載率都低于100%。因此為甩線圈后的電機(jī)仍可正常運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

由于甩掉一只故障線圈或幾只故障線圈，電機(jī)的三相電流因三相阻抗不相等易造成三相電流不對(duì)稱，尤其是并聯(lián)路數(shù)多的繞組，將在每相并聯(lián)支路中產(chǎn)生循環(huán)電流。由于繞組的阻抗較小，所以這些循環(huán)電流的數(shù)值是不可低估的，為了避免發(fā)生循環(huán)電流，在甩掉故障線圈時(shí)，應(yīng)使三相繞組中每相線圈數(shù)目相等，尤其是每個(gè)并聯(lián)支路中的線圈數(shù)目應(yīng)當(dāng)?shù)韧?。?duì)于并聯(lián)支路數(shù)為一的電機(jī)繞組，甩掉線圈時(shí)，另外兩相的相應(yīng)繞組的線圈可以不用甩掉，這種做法對(duì)電機(jī)運(yùn)行沒有明顯的影響。

考慮到甩掉線圈后的電機(jī)鐵芯磁路比正常時(shí)更接近飽和，以及電機(jī)空載電流與每相串聯(lián)匝數(shù)的平方成反比，所以可用下面的公式來(lái)計(jì)算甩線圈后的空載電流I02。

式中:Wφ1、Wφ2－甩線圈前和甩線圈后的每相串聯(lián)匝數(shù)，N

I01－甩線圈前的電機(jī)空載電流，A。

在采取甩掉線圈修理電機(jī)繞組之前，為了計(jì)算出電機(jī)修復(fù)后的電流值，假設(shè)同步電機(jī)經(jīng)過(guò)甩線圈修理后的最大負(fù)載電流為I2max。

式中:I1－電機(jī)未甩線圈之前，電機(jī)定子電流，A;

I02－甩線圈后的電機(jī)空載電流，A。

若計(jì)算所得的I2max≤In(名牌額定電流)，則可以采用甩線圈法修復(fù)電機(jī)。而且，I1往往小于In，即I1＜In。如果滿足這個(gè)條件，就可以保證甩掉線圈后的電機(jī)不會(huì)發(fā)熱，能夠正常使用。

3 故障修復(fù)及修后效果

3.1 繞組甩掉線圈后的電流計(jì)算

由于甩掉一個(gè)故障線圈，會(huì)使繞組中三相電流不平衡，影響電機(jī)發(fā)熱，因此，甩掉線圈后，應(yīng)使三相繞組中最大電流的一相，其電流值不大于名牌規(guī)定的額定電流In，為此進(jìn)行下列計(jì)算。

該同步電機(jī)容量是250kW，額定電壓6kV，額定電流29.5A，空載電流8A。實(shí)際工作時(shí)定子電流I1為25A，每相的線圈匝數(shù)為30匝，現(xiàn)在欲甩掉一匝線圈，剩下29匝線圈，則甩掉故障線圈后的電機(jī)空載電流I02為:

甩線圈后的最大負(fù)載電流I2max為:

通過(guò)以上的計(jì)算，I2max小于電機(jī)的額定電流，可以采用甩掉故障線圈的修復(fù)方法，甩掉故障線圈后能夠保證電機(jī)正常運(yùn)行。

3.2 故障線圈處理

將電機(jī)解體后，甩掉短路線圈，如圖1所示。為防止已甩掉的故障線圈在內(nèi)部產(chǎn)生渦流，使電機(jī)內(nèi)部發(fā)熱，甩掉的線圈應(yīng)從端部斷開，并將切斷處(圖a處)絕緣包扎好。在圖c處做跨接線外用電工刀清理絕緣，用同樣規(guī)格的導(dǎo)線焊接，然后將焊口銼平修理平整包好絕緣。在斷開處和做短接線處包好絕緣后涂敷環(huán)氧膠在涂敷過(guò)程中，應(yīng)特別注意，操作地點(diǎn)要清潔，防止雜質(zhì)和導(dǎo)電粉塵粘在絕緣上。電機(jī)絕緣處理完畢后，讓電機(jī)在室溫下自然干燥8～12h。然后，對(duì)電機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，合格后即可投入生產(chǎn)。

圖1 故障繞組

3.3 電機(jī)修復(fù)后的效果

電機(jī)投入生產(chǎn)后，對(duì)該同步電動(dòng)機(jī)的三相電流進(jìn)行了測(cè)量，三相電流平衡，沒有發(fā)現(xiàn)繞組異常發(fā)熱的現(xiàn)象，消除了繞組匝間短路故障，電機(jī)至今運(yùn)行正常。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于沒有滿負(fù)荷的電機(jī)即負(fù)載低于90%的情況下，當(dāng)繞組出現(xiàn)局部接地和繞組匝間短路故障時(shí)可采用此方法。在采用此方法時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行分析，并經(jīng)過(guò)適當(dāng)計(jì)算，決定是否可以采用甩線圈修理法對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。電機(jī)定子繞組局部故障采取甩掉故障線圈修復(fù)方法，可以大大的縮短搶修和停機(jī)時(shí)間，及時(shí)消除了電機(jī)故障，是一種省時(shí)、省材，應(yīng)急的好方法。