李巍
同煤大唐塔山第二有限责任公司 山西大同 037001
摘要:长期以来,我国电厂的电机故障都采取了计划检修策略,即例行检查和周期性维护结合的维修策略,如果遇到突发故障,则在发现后进行维护。近年来,随着工业技术的发展和电厂管理体系的进步,对于重要设备的维护管理也与时俱进,采取了以计划维修为主,预防措施为辅的系统性检查维修体系。本文主要介绍电厂电机的主要故障原因和检修策略,并针对这些问题提出预防性的检查手段和维护方法建议。
关键字:电厂;高压电机;故障;原因;预防
引言:高压电机是电厂的关键设备,其运行稳定和安全至关重要。高压电机故障轻则需要降低发电负荷,,重则导致停机维护,影响整个供电系统的安全稳定,会造成严重的经济损失。目前,我国电厂的电机组组逐渐朝向集中化、高参数化的目标前行,先进的状态监测系统也被不断的开发利用。然而,高压电机的运行参数复杂,故障类型多样,有时还会出现多种故障的典型特征复合出现,这些都给机器设备的检查维修带来了不小的困难。只有准确从监测数据中提取出故障核心特征,并分析出旁支特点,才能精确的判断出电厂高压电机的故障类型,做出有针对性的维修方法。
一、高压电机常见故障分析
高压电机的设备众多,本文以常规电机为主,介绍高压电机在日程运行过程中比较常见的故障,具体如下:
(一)鼠笼转子笼条断裂
三相异步电动机鼠笼转子笼条断裂是鼠笼转子电机的常见故障之一,铜条转子断条常发生在导条与端环焊接处,断裂处周围铁芯被烧损呈蓝色。分析鼠笼转子断条其原因有:电机制造或修理过程中笼条穿入铁芯时受弯曲应力、焊接时造成的鼠笼变形和内应力、笼条在铁芯槽内松动等。电机运行时转子笼条会受到三种力的作用:热弯曲挠度力、径向电磁力、离心力,频繁启动会造成笼条断裂。导条断裂处铁芯呈蓝黑色,铁芯有烧伤短路痕迹,如果运行中发生笼条断裂现象,电机定子三相电流不稳定且会发生周期性摆动,转子转速下降,温度增高,电机振动值增大,严重时会导致轴承损坏。
(二)定子铁芯固定处开焊
电机在启动或运行过程中定子铁芯与电机转子相互作用产生转矩,使电机轴端有功率输出。因此,定子铁芯的固定是非常重要的,如果固定不牢或发生开焊现象会导致电机振动增大,严重时铁芯与定子机座发生相对转动,损伤电机的软引线造成短路放炮事故或损坏电机,磨煤机电机多发生定子铁芯开焊事故,影响磨煤机电机的运行。
(三)电机轴承损坏
轴承损坏是电机的常见故障,其原因多种多样,有轴电流产生导致滚道损坏的,有的是安装不当造成的,还有的是轴承本身的质量问题,再有就是润滑脂中混入杂质在滚动体和滚道之间起研磨剂作用使滚道遭受划伤和金属剥落现象,润滑脂不足时会使轴承发生金属之间干摩擦,轴承因局部过热降低机械强度和硬度,使磨损加剧,轴承安装不正,配合尺寸不符合要求,均会引起异常磨损产生;如果轴承内圈与转轴配合过紧,或内外圈装偏会使轴承局部发生应力集中,产生裂纹;有时轴承选型不当,引起金属剥落,电机有较大轴向负载时而选用只能承受径向负载的轴承,就会使内外圈偏移,造成滚动体 滚道局部应力集中而引起金属剥落。电机轴承发生因轴电流损坏事故,滚道呈洗衣的搓板状。
(四)电机槽板松动
大型异步电机在运行中因受机械力、电磁力的影响,常发生定子槽板松动故障,槽板松动后,定子线棒固定不良,容易发生线棒磨损、接地和或相间短路事故。定子线圈在定子槽内要经受由机械的、电的、热的工况下产生的相互应力的作用,线圈绝缘在槽内铁芯部分承受极大的应力作用,主要是由以下几种原因引起:
1)故障状态时,两倍的系统频率下,电动力可达到每厘米几千牛顿的危险状况,电动力主要是在径向方向。
2)运行中,电应力可达5~6KV/mm,在小的圆角处,比空气的击穿强度还要大得多。
3)冷和热的多次周期循环产生了热的机械应力和变形。
4)绝缘材料的热老化。
合适的槽内垫紧可以减少这些应力,因此,槽板的垫紧非常重要,但槽板的垫紧必须满足以下条件:在正常运行的电动力下,防止线圈在槽内移动;防止或降低槽内放电和外表发生电离,并达到安全的水平;把热的机械应力减小到最低的程度。但同时满足上述条件是有困难的,有时这些要求是相互矛盾的,为了热的机械应力降低到最低,必须使线圈有一定的移动自由度,但为了达到防止线圈移动的要求,线棒又必须紧紧地固定在槽中,通常,电机线圈都采用径向垫紧的方法。切向垫紧能解决槽放电引起的绝缘腐蚀,这种腐蚀主要是由振动的作用所产生的,切向(侧面)垫紧能为泄放表面电容电流提供稳定的对地接触,抑制切向的振动,提高绝缘的寿命。因此槽板的固定必须可靠,否则槽内线圈会在电机运行中受机械力、电磁力等的作用,发生松动或磨损,损坏定子线圈的绝缘。
二、电机故障检修策略一览
(一)定期检查机器运行情况
对于中小型电厂而言,可以采用统一规划的计划检修来为各电厂的电机、变压器进行维护,以时间为基准,按照电机普遍故障发生间隔的规律来制定检修策略。举例而言,在实践中发现某类型电机持续运行一年后往往发生某种小故障,持续运行三年以上往往发生某种中型故障,就可以针对这种特点安排六个月一次快速检修,安排两年一次大型检修。
(二)利用设备实时状态检查系统预防故障
随着科学技术的进步,电厂的机器运行情况检查由人工检查逐步向电子检测和实时监控方向转变,先进的机器状态检查设备可以在机器运行过程中实施向检查者反馈机器的运行情况。根据这些实时信息,工程师就可以迅速掌握机器运行的整体情况,这就为快速故障诊断提供了信息基础。工程师可以利用对电机、变压器的日程检查和实时状态检测信息来预测设备运行状态变化情况,预防可能出现的故障。可根据综合信息分析设立一个安全阈值,当设备的状态低于制定的阈值时,就代表设备整体的运行情况已经不能满足安全生产的需求,必须停机进行检修。
(三)通过人工智能技术预防故障
对于发电厂的检修思路而言,未来可以进一步引进更先进的数学模型和统计学办法,运用更加可靠的数学工具来拟合电机、变压器的运行情况动态模型。由于模型本身的复杂性较高,引进深度学习办法,通过计算机学习的方法来对机器运行情况进行预测也是一个很有潜力的发展方向。据悉,瑞典沃尔沃集团(Volvo group)旗下的研发团队率先将深度学习理念融入电机状态监测系统之中,该团队使用人工神经网络技术实现了电机的非线性状态监测和运行情况模拟。通过对信息的精确收集和遗传算法,可以非常精确的提出设备运行状态的预测和故障预警,预警准确率可以与熟练工程师媲美。人工智能检测相比人工检测节省了大量时间和精力,被认为是未来机器检修技术的主流发展方向。
结束语
本文从高压电机的维护策略出发,并探讨了高压电机的主流故障类型,本文针对目前电厂高压电机的检修策略和故障诊断中存在的主要问题,通过文献研究、实际工作经验相结合的手段,以常见主流故障作为主要研究对象研究对象,希望能够为读者在面临复杂工作情况的局面下对电厂电机的故障分析提供一定的帮助。但受限于笔者的经验不足,在这些故障分析和维修的实践应用方面,本文并没有深入的研究发掘,这方面的研究还有待电厂电机相关研究同仁进一步探讨。
参考文献
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