大型立式电机常见故障分析及处理
发布日期：2016-03-11 来源：《上海设备管理》
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一、YKKL型电机概况
YKKL型电机为悬垂立式安装，由定子、转子、上机架、下轴承室等组成。上机架与定子端盖为可分离式结构，上机架内装有上轴承、推力盘和油冷却器。上轴承采用上导及推力式滑动轴承（表层嵌有减摩特性的巴氏合金面），推力盘与副轴伸套装后用卡环将两者夹紧，吊住整个转子。下机轴承室内装有下导轴承（圆柱滚子轴承）和不停机加、排油脂装置。转子采用笼型结构，笼条和短路环采用中频焊，焊接牢固。定子铁心为外压装结构，绕组采用F级绝缘和防晕材料，并进行真空压力浸渍F级无溶剂漆（VPI）工艺处理，具有优良可靠的绝缘性能和防潮、抗冲击能力。电机主出线盒为密封结构，防护等级IP55，盒内有单独的接地端子。该电机的冷却器设计成新型的高效节能空空冷却器。冷却器箱体由钢板焊接而成，冷却管采用铝管，沿电机轴向方向布管。冷却器外带轴流风扇，安装在冷却器上端，将冷却管内热空气抽出，电机的内部空气由内风扇进行循环，根据交叉气流的原理，通过铝管壁进行热交换，使热空气冷却，冷却风再由壁板通风孔、铁心通风孔、转子幅板、气隙进入定子铁芯、转子铁心、绕组，外风扇搅动电机外面的冷空气通过冷却器带走热空气，依次循环以达到很好的冷却效果。
二、YKKL型电机运行过程中的故障现象
1、电机振动
江苏大唐集团吕四港发电厂装备有8台YKKL3100-16/2150-1W型电机。分别对其中的5台进行过解体检修，在检修完成后进行空载试运转，其中4A电机存在着上机架径向振动不稳定且偏大的现象。用数字测振仪VA-63a测得上机架东西侧振动为0.014mm（合格），南北振动为0.025～0.040mm（偏大且不稳定）。人站在电机顶部能明显感觉到间歇性震感，特别是振动飘至0.040mm时尤为明显，将手贴在上油室壁能感觉到有轻微的撞击声。连续运行2小时上述异常并无减弱，反倒有加重趋势（径向振动最大达到了0.045mm），遂决定停机检查。
2、上导瓦温度偏高及烧瓦
吕四港4B电机解体检修后，空载试运振动情况正常（上机架测得振动≤0.02mm），但导瓦温度比修前要高。该电机在修前重载运行中其导瓦温度最高仅为46.8℃，而修后空载已经达到50.5℃。由于当时没有引起足够的重视导致第二天重载试运时15分钟就烧毁了所有上导瓦，遂打开上油室进行检修。
三、故障原因分析及解决
（一）电机振动偏大且不稳定
1、电磁方面引起振动的原因
（1）气隙动态偏心引起电磁振动
气隙偏心的位置方向对定子铁心是不固定的，但相对转子铁心是固定的，所以偏心的位置会随转子的转动而转动。气隙动态偏心产生电磁振动其表象特征为：转子旋转频率和定子磁场旋转频率的电磁振动都可能出现；电磁振动的振幅随时间变化而脉动。但由于4A电机在修前空载运行时，东西、南北向振动均≤0.02mm，解体后也对转子笼条进行过检查，未发现断条、虚焊等现象。同时该转子还上车床进行过各轴档的校调，同轴度均≤0.03mm，故排除由转轴弯曲、转子铁心与转轴或轴承不同心、转子铁心不圆所造成的气隙动态偏心而引发电磁振动的可能。
（2）气隙静态偏心引起的电磁力
电机定子铁心的中心线与转子轴心不重合时，定、转子之间气隙将会出现偏心现象，偏心固定在一个位置上，气隙偏心误差不超过气隙平均值的上下10%是允许的，但过大的偏心值会产生很大的单边磁拉力。气隙静态偏心的表象特征为：电磁振动频率是源频率的2倍；振动随偏心值的增大而增加。由于该类型电机的结构是驱动侧安装有一套NU1052／C3的圆柱滚子轴承（轴承工作油隙0.012～0.016mm），上油室内则装有一套SMZ-15-250-8AK整体立式滑动推力轴承，由于驱动侧直接由轴承定位定转子中心，存在的中心偏差可能由轴承的油隙、轴承外圈与轴承室的配合间隙以及轴承室与下端盖之间的配合间隙累积而成。但此次解体检查时都经过测量，所有间隙累积后不会超过0.3mm，相对于该电机定转子气隙单边2.5mm计，绝对不会超过平均值的10%。但是电机非驱动侧中心则是可以调整的，调整中心以往参照的都是以推力盘的外径与导瓦支架内壁四个方向的距离一致（偏差≤0.02mm）为准。事后分析，虽然转子驱动端中心已定，非驱动端的中心也已经调整，但如果该电机在装配过程中或是出厂时，导瓦支架的内壁中心与下轴承室中心的同轴度偏差较大的话有可能造成转子倾斜。所以停机后从电机上部用1000mm塞尺测量定转子四个方向的间隙分别为：东西2.40mm、2.35mm，南北1.95mm、2.0mm。从数据上分析，造成东西、南北数值不一致有三种可能：一是转子倾斜，二是转子铁心椭圆，三是定子铁心椭圆。由于转子已上车床校验合格，故可以排除转子铁心椭圆；而从电机下方检测孔内用塞尺自下而上测量四个方向间隙分别为：东西2.35mm、2.30mm，南北2.25mm、2.20mm，从而排除定子铁心椭圆的可能。解开联轴器，测量联轴器张口：南张0.10mm、东西0.02mm，由此判定该转子南向北倾斜，南北向气隙不均，可能会导致电机振动。
2、机械方面引起振动的原因分析
由于制造误差、安装偏心或材料与结构形状等原因，很难使电机转子各横截面上的质量中心都刚好落在旋转轴线上，旋转产生的离心力将使电机产生振动；电机转子质量分布不均匀，产生重心位移，与转子中心不同心；联轴器、推力盘及冷却风扇不平衡（由于制造误差，风扇风叶部位几何尺寸大小不均及其横截面质量中心都偏离旋转轴线，风扇旋转产生的受力不均和离心力都将使电动机产生振动）；冷却风扇与转子表面不均匀积垢。由于该电机转子在检修的过程中上平衡机校过动平衡，原始不平衡量两端分别为1.2kg及780g，通过增加平衡块使得该转子两端的剩余不平衡量分别为39g及78g，精度已超G2.5级。且在进行转子动平衡校验时将联轴器、推力盘及风叶都安装在转子上，可排除转子及其附件不平衡产生振动的原因。
综上所述，该电机振动的主要原因还是来自转子倾斜导致气隙静态偏心引起单边磁拉力引起的，这也很好地解释了为什么油池内部会有轻微的撞击声。根据制造厂的标准，单边导瓦间隙一般在0.08～0.12mm，但是从南北向气隙及联轴器开口方向来看，该电机偏心约0.55mm，约大于4倍导瓦间隙，所以电机通电后在电磁拉力的作用下，该电机的转子有一股由北向南的电磁拉力，但由于导瓦限制了该电机转子移动，因此会产生推力盘撞击南面导瓦块的声音。
3、解决方案
松开所有导瓦，在推力盘南面架一百分表，将转子自北向南用顶丝顶约0.50mm，收紧所有导瓦（此时导瓦单边间隙约为0.02mm），盘动转子一周，从电机顶部检测孔测量定转子间隙分别为：东西向2.40mm、2.25mm，南北向2.25mm、2.30mm。张口方向东张0.03mm、南张0.02mm。再次松开所有导瓦，东面架一百分表，将转子自西向东顶约0.10mm，收紧所有导瓦，盘动转子一周，测得间隙分别为：东西向2.35mm、2.30mm，南北向2.25mm、2.30mm。在此基础上复测推力盘外径至导瓦支架内壁四点距离分别为：东西向5.25mm、5.28mm，南北向4.80mm、5.75mm，由此可见，该电机在制造过程中，导瓦支架中心与下轴承室的中心南北向同轴度偏差约0.5mm，由此使得以推力盘外径与导瓦支架内壁找正中心出现了较大的误差。完全装复后空载试转电机，上机架东西、南北向振动分别为：0.014mm、0.016mm，满足使用要求。
（二）上导瓦温度偏高及烧瓦
1、由导瓦间隙过小引起
4B循泵电机烧瓦前，该电机空载温度比检修之前的重载温度还要高出许多。查看修后数据，该电机的导瓦间隙调整为单边0.08mm，通常电机厂给出的标准为0.08～0.02mm。为此，经过讨论决定将换上新瓦后的间隙调整至上限单边0.12mm（旧瓦因损坏严重，不做修整）。电机装复后，再次进行单机试运转，试转温度分别为：43.8℃、45.1℃、46.7℃、46.1℃（以DCS上测点的顺序进行排列），空载导瓦温度虽然较先前试转要低出少许，但还是偏高。由于电厂正值迎峰渡夏，急需该电机，故决定次日联泵重载，重载20分钟，2号测点温度已经升至55.3℃且上升速率还未明显放缓，故决定立即停机。但由于没有条件彻底解体检查，所以先采取临时措施。由测温元件显示，导瓦2、3测点温度较高（55.3℃，51.5℃）且对应的导瓦编号分别为5号、7号。由于6号瓦上无测点，根据现象判定6号瓦温度也应较高，故决定将该转子向6号位推0.10mm（顶2号导瓦）。最终该电机重载运行24小时后，导瓦温度分别稳定在：53.5℃、50.6℃、54.9℃、54.8℃，由此可见导瓦与推力盘之间的间隙的大小与导瓦温度没有明显关联。
2、由导瓦缺油引起
4B循泵电机8月1日下午投运，至8月28号11:00因冷油盘管漏水而停机。从投运至停机的28天里，这台电机的上导瓦温度始终偏高，特别是3、4号测点的导瓦温度在最接近冷油水管漏水之前的时间里达到55.05℃和55.69℃。且通过近一个月来的温度监测发现，这台电机的导瓦温度对外界环境及冷却水温的变化并不敏感。查看DCS运行记录，发现该电机在8月25号晚间发现盘管漏水至28号11:00停机的这段时间里，电机的导瓦温度总体呈下降趋势。究其爆管之后的工况变化无非有两点：一是油位上升，二是冷却水进入油池后使得油质发生变化。但后者会使油产生乳化，乳化后的润滑油粘度将会降低，轴与瓦之间的油膜厚度减小，造成直接摩擦，瓦温应该上升。经分析，油位的升高很有可能是造成导瓦温度下降的原因。通过查阅相关资料发现，电机在运转过程中，油池的中心位置油位要大大低于周围，原先加油的高度为制造厂给出的标准，即导瓦中心位置，但由于种种原因导致该电机在此油位运行时，导瓦的上半部分的油膜没有建立，形成半液润滑，热量无法及时带走，使温度一直稳定在高位，甚至随着时间推移而慢慢地爬升（1天约0.5℃）。据此判断，该电机导瓦烧毁且之后温度居高不下的主要原因是缺油造成的。
3、解决方案
该电机在油池的中心位置有一油堰孔，主要作用是防止电机运行时机油倒灌进电机定子之内，因此油位也不能过高。查阅图纸后找出了极限油位即略低于油堰孔的位置，并考虑了电机运转时油温升高对油位的影响，通过静止时油位和重载运转时油位的比较，决定在原有的高度上再升高40mm。实践证明这次处理的方法是正确的，投运之后导瓦的最高温度仅为46.7℃。
四、结语
该类型的电机在检修之后最常见的问题就是振动大、温度高。检修人员在进行解体前一定要重视对修前运行状况的了解，在清理、检查的过程中，也要根据实际情况进行非常规的检查（转子校调及动平衡测试等），只有这样才能在检修完成之后万一发生问题时，能有效排除各种干扰因数，找出真正的原因所在。
作者:陈文杰 史济方 上海上电电力工程有限公司
