黎愛軍
(鋼集團工程技術(shù)有限公司,四川 攀枝花 617000)
該電機損壞的主要原因是電機堵轉(zhuǎn)時間過長造成。堵轉(zhuǎn)時,電機的電流達到了額定電流的8倍左右,此電機采用自扇風冷卻系統(tǒng),在堵轉(zhuǎn)的情況下是失效的。加之未設(shè)堵轉(zhuǎn)保護時間,電堵轉(zhuǎn)時間遠超廠家規(guī)定的時間,因此導(dǎo)致電機定、轉(zhuǎn)子的溫度急劇升高,最終使得轉(zhuǎn)子上籠籠條熔化,定子線圈在高溫作用下,絕緣失效,定子線圈接地放炮。
該電機為雙鼠籠異步立式電機。額定功率2240kW,額定電壓6000V,額定電流134A,頻率50Hz,轉(zhuǎn)速1485r/min,防護等級IP55。
相比國內(nèi)電機,該電機單位體積容量大、起動轉(zhuǎn)矩大(國內(nèi)同容量、同轉(zhuǎn)速的電機,重量達15噸,而該電機重近10噸);同時電機的起動轉(zhuǎn)矩大,電機的設(shè)計起動時間為5秒,而國內(nèi)同類型的電機的起動時間一般在15~25秒。由此可見,在設(shè)計、工藝、材料等方面有其特殊性,這給修復(fù)工作帶來了挑戰(zhàn)。
采用磁化試驗檢測電機定子鐵芯。除了已明確轉(zhuǎn)子上籠籠條端部全部熔化損壞和定子線圈接地放炮外,其定子鐵芯在高溫下是否片間短路,如果片間短路,則還需要對定子鐵芯進行處理。為此,我們制定了定子鐵芯磁化試驗方案并進行了試驗。試驗數(shù)據(jù)如下。
(1)經(jīng)計算:鐵芯平均周長 286.211cm,鐵芯截面積 874.38cm2,鐵芯體積 0.250257m3,鐵芯重量1952kg,勵磁線圈匝數(shù)5.15匝(取5匝),勵磁電流90A。
(2)試驗:勵磁電壓100V,勵磁電流76A,鐵芯損耗2100W(單位鐵損1.076W/kg)。
(3)鐵芯溫升試驗:鐵芯表面溫度無明顯的異常過熱點,最高點溫度與最低點溫度的溫差為2℃;鐵芯溫度穩(wěn)定后與試驗開始時的溫差為12℃。
平衡條件:55 ℃,30 min;萃取頭解吸條件:250 ℃,3 min;萃取頭吸附條件:55 ℃,40 min;氣相色譜條件:進樣口溫度:230 ℃,質(zhì)譜條件為四極桿溫度:150 ℃,離子源溫度:230 ℃,電離電壓:70 eV,方式為:EI,質(zhì)量掃描范圍:20~500 u[13,14]。
試驗表明:定子鐵芯的溫升合格,鐵芯質(zhì)量合格,符合國家相關(guān)標準。
另外,采用短路偵察器對電機轉(zhuǎn)子下籠檢測是否開焊、斷條;采用在機床上檢測是否存在嚴重的同心度變形等問題。通過檢測,定子鐵芯和轉(zhuǎn)子下籠不存在問題。
西門子電機定子采用了真空壓力浸漬,其漆具有相當強的粘結(jié)力。為此,我們采用逐根拆除電磁線的辦法拆除線圈,對于殘留在槽內(nèi)的絕緣漆,則采用旋轉(zhuǎn)銼削的辦法予以清除;制作專用銑削工具對籠條進行對半銑削、打出。
對電機過電壓計算后,選用電磁線絕緣、匝間絕緣材料為亞胺薄膜和玻璃絲,主絕緣材料為聚酰亞胺薄膜少膠云母帶和環(huán)氧玻璃少膠粉云母帶。由于該電機的定子槽楔(我國無這類的磁性槽楔材料)較國內(nèi)電機厚度少近二分之一,為了保證定子槽楔的強度、提高電機的起動轉(zhuǎn)矩,經(jīng)計算確定:采用高強度環(huán)氧玻璃絲布板、取消磁性槽楔(電機噪音和振動會略有增加,空載電流增加約0.8A,但不會對其安全運行構(gòu)成威脅。起動轉(zhuǎn)矩提高7%左右。)
從外觀、顏色等特征看,該轉(zhuǎn)子上籠籠條材質(zhì)與國產(chǎn)籠條材質(zhì)明顯不一樣。為此,我們對該籠條進行了電阻測試、抗拉強度試驗、屈服強度試驗和光譜分析儀掃描分析,確定了其化學(xué)元素的構(gòu)成(接近Qsn7-0.2錫磷青銅)。結(jié)合該電機的各項技術(shù)參數(shù),對其起動轉(zhuǎn)矩、籠條的安全性能等進行了核算,在國內(nèi)某公司特制了轉(zhuǎn)子上籠籠條材料。
由于西門子電機的絕緣相當薄,其匝間絕緣材質(zhì)和結(jié)構(gòu)無法確定,而且我國絕緣材料的電氣強度達不到國外技術(shù)要求,加之電機的槽滿率高,為了保證絕緣的電氣強度,我們根據(jù)電機現(xiàn)場工況,核算其相關(guān)電磁參數(shù)后,認為可以通過減小20%導(dǎo)線截面積,提高絕緣的耐熱等級等措施,增加線圈的主絕緣和匝間絕緣厚度,以保證線圈絕緣的電氣強度。電機原電磁線線規(guī)2.80×4.75,改后線規(guī) 2.6×4.10。為了確定匝間絕緣結(jié)構(gòu),我們對電機線圈匝間的最大過電壓值進行了計算,其值達2991V。根據(jù)匝間最大過電壓值和相關(guān)國家標準,受槽滿率高的影響,選用雙玻璃絲包雙層亞胺薄膜線的匝間絕緣結(jié)構(gòu),雙邊絕緣厚度0.45mm,電磁線絕緣結(jié)構(gòu)為SBEMB-45/180-2YF1。為了提高主絕緣的電氣強度和耐熱等級,采取對線圈主絕緣半迭包6層少膠云母帶,與電磁線接觸的頭2層云母帶采用H級亞胺增強少膠云母帶,并對定子線圈絕緣采取防暈處理。
采取縮短線圈的端部長度、直線寬度等措施減小線圈的漏抗,提高電機的起動轉(zhuǎn)矩。
轉(zhuǎn)子上籠的結(jié)構(gòu)設(shè)計:一是由于轉(zhuǎn)子短路環(huán)已掉落,其上籠籠條長度無據(jù)可查,通過核算,重新確定了上籠籠條長度。二是原電機的上籠短路環(huán)與上籠籠條是采用高頻快速焊接(T形),采用端環(huán)銑沉孔的辦法,形成人工溶池,保證短路環(huán)焊接質(zhì)量。三是在轉(zhuǎn)子上部均布的4根上籠籠條上,加裝了同材質(zhì)的4根銅管,防止籠條(立式電機)在運行過程中下滑。
先采用D005漆作為匝間絕緣膠化漆,在線圈直線部位浸完D005漆2小時后,采用1/2~1/3疊包包扎0.03mm聚四氟乙烯薄膜脫模材料,入模膠化成型;線圈在170~190℃的條件下,對線圈進行匝間模壓;采用脫模帶直接作為保護帶;對電機定子采用VPI真空壓力浸漆。
上籠籠條的材質(zhì)為錫磷青銅,短路環(huán)的材質(zhì)又為紫銅,焊件是不同材質(zhì)。焊接前,我們制定了詳細的焊接工藝(進行了評定),保證了焊接質(zhì)量。
由于轉(zhuǎn)子上籠短路環(huán)需要利舊,且上籠短路環(huán)已經(jīng)沒有任何加工余量,因此需要保證在焊接時上籠短路環(huán)與轉(zhuǎn)子軸心線同心。為此,我們設(shè)計了電機轉(zhuǎn)子短路環(huán)精準定位裝置,保證了上籠短路環(huán)與轉(zhuǎn)子軸心線同心度的要求。
結(jié)合所使用材料性能和電機相關(guān)技術(shù)參數(shù),進行了相關(guān)計算后,我們給出了電機的保護參數(shù)。
溫度保護值:定子線圈報警值145℃、跳閘值155℃;軸承報警值90℃、跳閘值95℃。
電機堵轉(zhuǎn)時間保護:堵轉(zhuǎn)時間不得超過1.5秒(原系統(tǒng)中沒設(shè)置)。
正常運行時電機的過流保護:按相關(guān)國家標準。
啟動瞬間時的過流保護: 按額定電流的8~9倍進行設(shè)定。
達到5秒啟動時間時的過流保護: 按相關(guān)國家標準。
(1)電機修復(fù)后、出廠前,電機進行了定子繞組工頻耐壓試驗、定子線圈匝間絕緣耐壓試驗、定子繞組絕緣及吸收比測試、定子繞組直流電阻測試、短路試驗、空載試驗、短時升高電壓試驗、振動值測量(負荷端)以及定子繞組及軸承溫度測量,各項指標均符合國家標準要求。
(2)電機帶負荷的運行狀況。2012年12月15日,該電機修復(fù)后正式投入運行,至今運行狀況良好。2014年3月29日,我們到該電機的運行現(xiàn)場進行回訪,現(xiàn)場數(shù)據(jù)(視頻)顯示:3#塔磨機電機的電流比1#和2#塔磨機電機分別只大了4.2A和0.9A,最高溫度分別只高了5.1℃和7.3℃,完全滿足生產(chǎn)需要。
(3)形成的技術(shù)成果。我們總結(jié)該電機修復(fù)系列新技術(shù)和新工藝,成功申請了兩項發(fā)明專利和一項實用新型專利(《電動機轉(zhuǎn)子籠條及電動機轉(zhuǎn)子》、專利號:2013 1 0752939.9;《轉(zhuǎn)子籠條和短路環(huán)的焊接方法》、專利號:2013 1 0752068.0;《一種電機轉(zhuǎn)子短路環(huán)精準定位裝置》、專利號:2013 2 0882027.9)。