國(guó)家能源準(zhǔn)能集團(tuán)矸石發(fā)電公司 張俊生

一般而言，當(dāng)電動(dòng)機(jī)額定工作電壓超過(guò)1000V 時(shí)，稱之為高壓電機(jī)。目前，市場(chǎng)上有較多種類高壓電機(jī)，有同步式和非同步式的，還有鼠籠式的高壓電機(jī)等。然而，應(yīng)用較為廣泛的是鼠籠式三相異步電機(jī)。但如果高壓電機(jī)出現(xiàn)問題，則需要現(xiàn)場(chǎng)工作人員進(jìn)行修復(fù)，甚至有時(shí)可能被送到專業(yè)維修中心去處理，不僅提高了成本，而且耗費(fèi)時(shí)間。本文通過(guò)對(duì)高壓電機(jī)常見故障實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢查和維護(hù)方式進(jìn)行了研究，從而為其他領(lǐng)域的機(jī)械故障問題研究提供參考。

1 高壓電機(jī)概述

高壓電機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，涉及制造業(yè)、化工、能源等多個(gè)領(lǐng)域。作為生產(chǎn)線的核心動(dòng)力，高壓電機(jī)承擔(dān)著至關(guān)重要的工作任務(wù)。高壓電機(jī)的運(yùn)作基于電磁感應(yīng)原理，其性能受到技術(shù)要求、高電磁影響、工作狀況和外界環(huán)境等多種因素影響。高壓電機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性直接關(guān)系到生產(chǎn)線的效率和正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，對(duì)于高壓電機(jī)的可靠性和性能的維護(hù)與管理至關(guān)重要[1]。

2 高壓電機(jī)故障分析與現(xiàn)實(shí)狀況討論

2.1 電機(jī)冷卻系統(tǒng)故障

電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造在不同情況下存在差異，其中一些電機(jī)采用了完全密封的水冷方式，而另一些則采用了自冷卻和防水設(shè)計(jì)。通常情況下，如果進(jìn)出風(fēng)口未受到堵塞，其冷卻系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)問題。然而，根據(jù)工作需求，頻繁啟動(dòng)高壓力馬達(dá)可能會(huì)導(dǎo)致較大的振動(dòng)和沖擊力，從而引發(fā)冷卻系統(tǒng)的故障。這種情況下，冷卻系統(tǒng)可能會(huì)面臨超出設(shè)計(jì)預(yù)期的負(fù)載，導(dǎo)致冷卻效果下降甚至故障。這些故障狀況大致可分為以下三種。

一是外部冷卻管道可能受損，影響冷卻效果，導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部溫度升高；二是當(dāng)冷卻水質(zhì)量下降時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致管道堵塞，進(jìn)而引發(fā)電機(jī)過(guò)熱；三是一些對(duì)散熱性能和傳導(dǎo)效率要求嚴(yán)格的冷卻散熱管采用鋁材構(gòu)造，而水箱主體采用鋼材制造，二者的連接處存在焊接難題，因此通常將鋁制散熱管固定在水箱內(nèi)。但是，隨著時(shí)間的推移，水中的礦物成分、雜質(zhì)和空氣中的灰塵可能在接觸點(diǎn)形成氧化層或生銹，同時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)可能導(dǎo)致固定部位松動(dòng)。一旦冷卻水滲入，就可能引發(fā)電機(jī)爆炸事件[2]。

2.2 定子槽松動(dòng)，端部綁扎問題

如果電動(dòng)機(jī)定子槽發(fā)生松動(dòng)，端部捆綁不當(dāng)，在電器振動(dòng)因素的影響下，導(dǎo)線可能產(chǎn)生相對(duì)位移，從而引發(fā)電機(jī)放電問題[3]。

2.3 電機(jī)轉(zhuǎn)子故障

在電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)或超負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，會(huì)受到電磁力、熱力和機(jī)械離心力等因素的影響，這可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子連接點(diǎn)和短路環(huán)位置發(fā)生斷裂，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子的銅條變得松動(dòng)。一旦在電力操作中發(fā)生這種情況，可能會(huì)引發(fā)強(qiáng)烈的振動(dòng)，同時(shí)伴隨著火花四濺的現(xiàn)象。

2.4 絕緣電阻低，出現(xiàn)引出線故障以及絕緣擊穿接地故障

在周圍環(huán)境過(guò)于潮濕的情況下，電機(jī)會(huì)受到影響，其絕緣性能也會(huì)受到損害。一旦磁性材料附著于線圈表面，可能引發(fā)鉆孔現(xiàn)象，導(dǎo)致絕緣破壞和接地故障。此外，由于長(zhǎng)時(shí)間的使用，導(dǎo)線的絕緣層可能因熱應(yīng)力和氧化作用而發(fā)生熱老化，使得橡膠絕緣物變得劣化或脫落。在受到外部力量如機(jī)械振動(dòng)的作用時(shí)，可能導(dǎo)致導(dǎo)線移位、破損甚至閃爍放電等問題[4]。

2.5 軸承故障

對(duì)于高壓電機(jī)而言，軸承的安裝要求較高。若軸承安裝不當(dāng)，如過(guò)松、過(guò)緊或者潤(rùn)滑油添加不適當(dāng)，都可能引發(fā)軸承產(chǎn)生劇烈振動(dòng)、熱量增加、溫度上升、異常聲響，甚至可能導(dǎo)致磨損和損壞（如圖1所示）。

圖1 高壓電機(jī)軸承損壞、磨損圖

3 故障檢測(cè)與設(shè)備使用的相互影響以及現(xiàn)場(chǎng)針對(duì)性維修探討

本文深入探討了目前關(guān)于高壓電動(dòng)機(jī)維護(hù)和修復(fù)的技術(shù)手段，并進(jìn)行了詳盡的研究。鑒于高壓電動(dòng)機(jī)在工業(yè)制造中的關(guān)鍵地位，其穩(wěn)定性和耐用性對(duì)工作至關(guān)重要。將其視為主要設(shè)備，保養(yǎng)過(guò)程需要更加注重成本效益[5]。為此，將維護(hù)策略分為以下兩類：一是采用預(yù)測(cè)性處理方法；二是利用精準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行深入研究。以上分類考慮了高壓電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中的重要性、實(shí)際維護(hù)所需的費(fèi)用、機(jī)器老化特性以及壽命期限等多方面因素。同時(shí)，評(píng)估高壓電動(dòng)機(jī)維護(hù)水平見表1。

表1 高壓電機(jī)維修方式級(jí)別評(píng)估方法

以下公式可用于確定所需的修理方法，其表達(dá)式：Σ=A+B+C。在此，定義了三個(gè)變量：Σ 代表高電壓電機(jī)的全部維護(hù)費(fèi)用；A是當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)問題時(shí)所造成的產(chǎn)出減少；B則是指因電機(jī)問題的產(chǎn)生而導(dǎo)致的品質(zhì)下降；C則是針對(duì)電機(jī)問題實(shí)施修復(fù)所需的花費(fèi)。不同的維修策略會(huì)帶來(lái)不同的A、B和C數(shù)值，從而影響總體的維護(hù)成本。

因此，最優(yōu)的維修方案是選取能使Σ 達(dá)到最低的那個(gè)。然而，由于估計(jì)法包含許多人為的不穩(wěn)定元素，所以本文采用精準(zhǔn)的方法來(lái)挑選合適的維修手段。通過(guò)一系列的研究發(fā)現(xiàn)，在所有的高電壓電機(jī)故障案例中，冷卻系統(tǒng)的失效及定子的損壞占據(jù)了超過(guò)65%的比例。為了進(jìn)一步探討這些情況下的檢測(cè)與修復(fù)實(shí)操技巧，將繼續(xù)深入研究這兩種類型的故障。

4 高壓電機(jī)常見故障及現(xiàn)場(chǎng)維修技巧

4.1 高壓電機(jī)故障的診斷方法

本文采用了D-S 證據(jù)理論的推導(dǎo)技巧來(lái)對(duì)高壓電機(jī)故障進(jìn)行精確診斷。D-S 證據(jù)理論是一種高度準(zhǔn)確的推理方法，適用于處理許多由不明確因素引起的電機(jī)故障診斷。以下是D-S 證據(jù)理論的公式：

m（A）定義為A的基本可信度，假若獨(dú)立的證據(jù)數(shù)有N個(gè)，基本可信度依次為m1，m2，…，mn。同時(shí)，使用歐式距離公式來(lái)解決故障樣本與高壓電機(jī)的故障模式之間的貼近度，以此確定故障高壓電機(jī)的故障所在。其歐氏距離公式如下所示：

通過(guò)上述公式完成了故障的確定后，再根據(jù)權(quán)重得到電機(jī)故障的基本可信度。其可信度分配函數(shù)公式如下：

利用以上公式，能夠?qū)Σ幻鞔_的問題進(jìn)行及時(shí)診斷，從而確定故障點(diǎn)。最終，根據(jù)故障點(diǎn)的位置，采取相應(yīng)措施解決高壓電機(jī)的問題。

4.2 實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)高壓電機(jī)故障的現(xiàn)場(chǎng)維修策略深度研究

4.2.1 高壓電機(jī)冷卻系統(tǒng)故障的修復(fù)技巧深入剖析

首先要優(yōu)先對(duì)外部冷凍管道進(jìn)行防銹處理，實(shí)施針對(duì)性的防腐措施。持續(xù)監(jiān)控和管理這些管道，以最小化物質(zhì)溫升是必要的步驟之一。此外，為了避免由水分問題導(dǎo)致的內(nèi)部結(jié)垢和生銹，需要盡力提升外界冰凍水的品質(zhì)。對(duì)于使用鋼鐵制造且存在泄漏情況的情況，可采用電弧熔接的方式來(lái)解決問題。

然而，如果是由金屬鋁構(gòu)成的部分出現(xiàn)滲漏狀況，則應(yīng)選擇通過(guò)壓力沖擊法或注入式灌注等修復(fù)方式來(lái)處理。對(duì)于可能發(fā)生于高功率電動(dòng)機(jī)中的故障，一旦發(fā)現(xiàn)裂縫或破損，應(yīng)立即使用粘貼劑進(jìn)行加固，以確保不會(huì)因鐵器件直接接觸其他物體而引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而造成進(jìn)一步損壞。該做法不僅能保證所有黏連部位都已完全封閉，同時(shí)也增強(qiáng)了耐磨性和保護(hù)性能。

為解決外接散熱管道泄漏導(dǎo)致的密封不足問題，建議制造商供應(yīng)一種壓力沖頭來(lái)對(duì)外接散熱管道施加壓力以實(shí)現(xiàn)膨脹。此外，在外接散熱管道泄漏點(diǎn)添加橡膠環(huán)，該橡膠環(huán)能夠有效附著于鋼鐵材質(zhì)表面。隨后，使用膠水覆蓋并迅速干燥，然后向橡膠環(huán)內(nèi)注入膠液，以確保膠液滲透至外接散熱管道泄漏部位，從而獲得優(yōu)秀的密封性能。

4.2.2 高壓電機(jī)定子故障的現(xiàn)場(chǎng)修理手段

目前，高壓電機(jī)定子故障問題主要分為兩類：對(duì)稱型和非對(duì)稱型。由于生產(chǎn)商通常追求更高的利潤(rùn)，選擇將原本應(yīng)由兩個(gè)線圈連接的地方改成單個(gè)，這大幅縮短了定子的使用壽命。這種構(gòu)造使得線圈難以形成一體，導(dǎo)致在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)劇烈振動(dòng)，損傷線圈的外部防護(hù)膜，最終導(dǎo)致高壓電機(jī)的定子功能失效。關(guān)于高壓電機(jī)定子常見的故障檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 高壓電機(jī)定子常見故障診斷

5 結(jié)語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述和深入分析了當(dāng)前高壓電動(dòng)機(jī)所面臨的主要挑戰(zhàn)，以及由此引發(fā)的相關(guān)故障情況。鑒于目前高壓電機(jī)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中存在諸多不利條件，如水分滲入、氣體泄漏、濕氣侵襲等問題，并且我國(guó)對(duì)于高壓電機(jī)的制造與維修技術(shù)尚未完全成熟，導(dǎo)致高壓電機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重故障的可能性增加。本文深度探討了造成這些問題的根本原因?；诔Ｒ姷母邏弘姍C(jī)故障，制定了一套實(shí)際操作的檢查方案，并對(duì)其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳盡研究，有效降低了高壓電動(dòng)機(jī)的修復(fù)成本，同時(shí)在一定程度上提高了工廠生產(chǎn)的整體效率，將電機(jī)故障控制在萌芽狀態(tài)。