五連軋6400kW同步電機故障分析與處理

趙天環(huán)

（河鋼集團唐山鋼鐵有限公司，河北 唐山 063000）

1 機械故障分析及處理

隨著現在企業(yè)的發(fā)展與壯大，大型同步電機的應用日益增加。大型同步電機的日常維護與故障處理成為了一個難點。我公司酸軋生產線是2015年投入生產的連續(xù)酸洗軋制線，采用的是六輥五機架模式。主電機型號 TBPKS1000-6，1#主電機功率4433KW，2#-5#主電機功率 6400 KW。

1.1 漏油故障分析

我公司5臺同步電機和2臺異步電機在現場運行期間，點檢人員發(fā)現冷卻器漏水報警器內有疑似潤滑油液體流出。同步電機型號為TBPKS1000-6，異步電機型號為YSPKS800-6。利用檢維修時間，將七臺電機端部的上半圓蓋板和側面加熱器位置的蓋板打開，檢查電機內部漏油情況。同步機：2#和3#無漏油痕跡，1#和5#有輕微漏油痕跡，4#漏油較多（打開負荷端端蓋上半部檢查不漏油）。異步機：1#和2#均漏油嚴重（檢查時發(fā)現負荷端軸向推力瓦內側稀油通道螺絲堵孔滴油）。從軸瓦座側油位視窗觀察，7臺電機油位基本上都是在視窗4/5至滿窗之間。

經檢查，實際運行時稀油站低壓出口壓力及軸瓦各低壓通道流量如下表所示。

綠色環(huán)保是近年來蘇印總廠發(fā)展的一個重要命題，從源頭削減，中間控制到末端處理，每一步，其都格外重視。據介紹，公司使用先進的環(huán)保材料，積極推行無水膠印等先進技術，在自身生產過程中減少VOCs等有害物質的排放。此外，其于四年前專門成立了清潔生產治理委員會，投資配備了處理廢氣、廢水、固廢物等的環(huán)保裝備，建立了清潔環(huán)保管理體系，以保證每一指標都可以達到標準，甚而要做得更好。

暴雨災害又被稱為洪澇災害，這一災害對農業(yè)生產也能產生較大影響，影響比例為20%。特大暴雨、持續(xù)性暴雨一旦發(fā)生，將形成嚴重的暴雨災害，此時易發(fā)生河岸決提、洪水泛濫等，而一旦洪水偏離了河道，則直接造成農作物被淹沒或沖毀，影響作物產量甚至導致顆粒無收。在我國暴雨災害有明顯的地域特征，在東南部地區(qū)易出現，集中分布在黃淮海流域。

表1 實際運行通道流量

鼓勵學生自己動手搜集與課堂內容相關的資料，制作PPT，按照恰當的邏輯關系組織語言來講述相關內容，可以提高學生學習的積極性，促進學生培養(yǎng)獨立思考和口頭表達的能力。將學生分成幾個小組，一起討論課程中的重點和難點問題。學生在小組中表現得會更加積極，各抒己見，彼此分享意見與獨到的見解。然后進行研討匯總結論，和其他小組的同學分享。以學生的視角看問題，更容易在學生們之間產生共鳴。既活躍了課堂的氣氛，又加深了印象。

1.2 漏油處理方案

在電機頻繁正反轉過程(7S)，轉子阻尼環(huán)中產生較大的感應電流，使阻尼環(huán)發(fā)熱膨脹，該膨脹力使阻尼環(huán)固定螺栓被動拉伸。在電機平穩(wěn)運行時，阻尼環(huán)中電流減小消失，溫度下降，螺栓縮回。如此反復作用，螺栓疲勞，使阻尼環(huán)與轉子間產生間隙，其上的摩擦力減小甚至消失。最后在阻尼環(huán)離心力的反復作用下，螺栓剪斷。運行一段時間，阻尼環(huán)會變形甩出，與定子線圈發(fā)生接觸，致使定子斷路，傳動系統(tǒng)報勵磁弱故障。

一般情況下，考慮管道阻尼和高度差等影響，稀油站低壓出口壓力應為0.05Mpa～0.25Mpa之間，軸瓦座視窗油位應在1/2～2/3之間，而現場稀油站出口壓力最高為0.48Mpa以上，視窗油位高于4/5，接近于滿鏡。兩臺異步機回油總管管徑與軸承出油管管徑一致。低壓進油針型閥選型過小無法滿足流量要求。分析有如下幾種原因造成漏油：① 稀油站出口壓力和流量過大導致漏油；② 軸瓦稀油通道堵頭密封不嚴漏油，電機未運行時粗略估計20秒一滴，電機運行時滴油速度將更快；③ 回油管路不暢造成遲滯而漏油，包括軸瓦內部和外部回油管路；④ 軸瓦油封磨損等裝配問題造成漏油。

經過解體檢查得到的具體數據和信息，經過討論分析，判定造成本次事故的過程如下：

表2 油站參數調整

由于電機損壞非常嚴重必須返廠修復，然而產線的生產計劃已經下達，如果因此長時間停機，必將造成訂單延期交付，必將給企業(yè)信譽和效益帶來巨大打擊。經過現場技術人員與制造廠設計人員充分論證后，一致決定采取兩步走的解決方案。前期解決方案：將損壞嚴重的電機立即返廠，調整軋機控制系統(tǒng)，由5連軋模式轉為4連軋模式，將2#主電機吊裝到損壞的5#主電機位置，原2#電機的工作由其附近1#、3#電機分擔。對于在現場運行的電機，由電機廠家設計人員配合，升級螺栓的抗剪切等級，組織檢維修人員檢查并取出斷裂的螺栓頭，更換所有螺栓，盡快恢復生產。經電機廠專家測算，螺栓更新后，主電機一年內可以安全運行。最終解決方案：①更改原有設計，使得緊固螺栓不承受或承受小的剪切應力，確保螺栓的壽命無限長。②阻尼環(huán)與磁軛的接觸面采用銅鐵焊工藝焊牢，使焊縫承受剪切應力。③利用有限元分析，進一步確定其他承受阻尼環(huán)剪切應力的方法。④按照最終修復方案，生產一臺新電機，新電機到位后，利用檢修替換在線電機，逐個返廠進行技術改造。

圖1 兩臺卷取機電機的測量過程

在野外調查過程中，針對各類型地質背景采集了若干件具有代表性的成土母巖，母巖樣品共計56件。各類地質背景成土母巖硒含量平均值見表1、圖1。

2 電氣故障分析及處理

2.1 掃膛故障分析

我公司酸軋生產線軋機高速（1200m/min）生產過程中斷帶停車，報"5#電機勵磁值達不到設定值"錯誤，自動化和點檢人員到現場對5#電機轉子勵磁系統(tǒng)進行檢查，多次停送勵磁系統(tǒng)電源，報警未能消除。通過與西門子專家溝通進一步對報警原因進行分析查找，判斷故障有可能產生在定子勵磁回路。檢維修人員立即打開勵磁柜檢查各項控制參數及柜內元器件均未發(fā)現異常。在檢查勵磁輸出端絕緣時，發(fā)現絕緣值異常，打開電機前端蓋，發(fā)現繞組定子線圈被轉子外側阻尼環(huán)刮斷破損，造成線圈開路，電機無法產生勵磁啟動。檢查其余電機時，發(fā)現現場有另一臺電機也有螺栓松動，并有一根螺栓斷裂現象。具體如下圖：

運行一段時間后，再次開蓋檢查。電機機座底部沒有新鮮的油漬堆積和流動的痕跡，電機的軸承座的各種動密封和靜密封也沒有發(fā)現明顯的泄露點。電機機座兩端沒有積油，1#同步電機和異步電機中部有薄薄一灘油跡。轉子端部表面沒有任何油跡，精軋機電機繞組端部基本沒有油跡，卷取機電機繞組端部有少量油霧凝結的油膜，并且已經干燥。軸承座處于電機內部的一側表面干燥，未發(fā)現新鮮的油跡，個別有陳舊性的油跡。以上結果表明精軋機電機在近一段時間內電機內部沒有發(fā)生漏油，故障消除。

圖2 電機故障分析

上述工作完工之后，對油站的參數進行調整，更換閥門和油管之后油站的系統(tǒng)壓力和輸出流量的調整趨于正常。之前采用針閥時管路阻尼太大，系統(tǒng)壓強調到0.4兆帕流量仍然達不到要求，上次換成球閥大大減小了管路阻尼，系統(tǒng)壓強降至0.25兆帕，流量完全達到要求。具體參數如下表。

前期懷疑是油封裝配問題，遂對油封等裝配原因，可能造成的漏油問題，進行了逐項檢查處理，但效果不明顯。由于現場條件的限制，要徹底清除電機內的原已漏油，必須返廠進行處理，包括：解體抽芯、清洗、烘干、浸漆、烘干、復裝、試驗等，耗時約10天左右。經過與廠家技術人員溝通后決定：將進油針型閥改為大流量球閥；已對稀油通道密封不嚴堵頭重新進行密封；在滿足運行時瓦溫符合要求的情況下，必須重新調整降低稀油站出口壓力和各通道流量；對電機內部已造成的漏油進行清理。

2.2 掃膛改進措施

精軋機電機完全按照電機的要求調整，4號精軋機電機負載端流量減少9L/min,但油位未降低，懷疑回油能力，需要進一步觀察。卷取機電機由于油站與電機高度差較大，油站輸出壓力調整為0.25兆帕，負載端流量綜合考慮油面高度和瓦溫情況調整為20L/min。卷取機電機開機運行，在1200r/min轉速下運行一個小時，徑向瓦最高37℃，推力瓦最高58℃。期間將負載端流量從20L/min調整到25L/min進行驗證，瓦溫沒有變化。使用風壓儀對電機軸承座上的氣壓平衡管位置測量氣壓，測量結果兩臺卷取機電機和五臺精軋機電機負壓都在-0.3mm水柱以內。

3 結語

（1）由于同步大容量電機的控制系統(tǒng)比異步電機復雜，控制室系統(tǒng)故障提示可能原因多種多樣，需要現場檢維修人員有過硬的故障排查能力。

引理1(Johnson-Lindenstrauss引理[13]) 令0<δ> <1,S為n維歐幾里得空間Rn中的一個有限點集,則對于任意的整數d≥Clog|S|/δ2,存在Lipshitz映射Φ:Rn→Rd滿足δ

（2）本次故障發(fā)生在電機的內部，平時的檢維修無法有效及時的發(fā)現問題點，一旦事故發(fā)生就會造成不可挽回的巨大損失。

（3）對軋機主電機等重要設備，自動監(jiān)控及預警系統(tǒng)需要進一步完善，便于操作人員和檢維修人員能及時發(fā)現故障并找出故障根源，做出對應的處置。

（4）在電機的設計與使用中，要注意環(huán)境對設備的影響，將必要因素考慮充分，從源頭杜絕事故的產生。