三相異步電動(dòng)機(jī)繞組接地故障診斷、檢修及保護(hù)

摘  要：本文根據(jù)企業(yè)實(shí)踐調(diào)研與工作需求，多角度、多視覺(jué)的分析歸納了三相異步電動(dòng)機(jī)電樞繞組接地故障的原因、診斷方法以及檢修策略。為三相異步電動(dòng)機(jī)的日常應(yīng)用提供參考依據(jù)，讓電機(jī)的運(yùn)行效率和使用壽命進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：三相異步電動(dòng)機(jī)；接地故障；故障診斷；故障修理

 

       三相異步電動(dòng)機(jī)相比其它電機(jī)存在很多優(yōu)勢(shì)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于批量制造、性?xún)r(jià)比高、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率較高，工作特性適用范圍廣，廣泛應(yīng)用于工廠(chǎng)的動(dòng)力設(shè)備，電動(dòng)機(jī)的使用尤為廣泛，拖動(dòng)各種類(lèi)型的生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載，例如，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載類(lèi)：電梯、壓縮機(jī)、輕工及礦山機(jī)械等，恒功率負(fù)載：銑床、機(jī)床精加工等，通風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載風(fēng)機(jī)、泵等，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的脫粒機(jī)和粉碎機(jī)、農(nóng)副產(chǎn)品中的加工機(jī)械等。三相異步電動(dòng)機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中的故障診斷與改進(jìn)也成為我們解決的問(wèn)題。三相異步電動(dòng)機(jī)的故障大部分發(fā)生在定子繞組上，而接地故障又是及易發(fā)生的，下面針對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組接地故障的原因，提出診斷方法，總結(jié)出電機(jī)定子繞組接地故障的修理策略。

1電機(jī)繞組接地故障的診斷分析

       生產(chǎn)生活中，電機(jī)如果長(zhǎng)期過(guò)載運(yùn)行，就會(huì)使繞組過(guò)熱而導(dǎo)致絕緣老化，甚至使繞組元件變焦，變脆、開(kāi)裂、分層、脫落，或者由于保護(hù)不當(dāng)，沒(méi)有及時(shí)維護(hù)，使用環(huán)境條件差，電機(jī)也會(huì)嚴(yán)重受潮而失去絕緣性能?；蛘咴谇毒€(xiàn)過(guò)程中，工人操作不規(guī)范，疏忽大意，碰破線(xiàn)圈的絕緣層，而沒(méi)有及時(shí)修正，導(dǎo)致繞組元件邊中裸銅線(xiàn)與鐵心相接觸。以及繞組端部過(guò)長(zhǎng)，與端蓋相碰，隨著電機(jī)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)期輕微的振動(dòng)，慢慢使繞組端部絕緣層磨損，裸銅線(xiàn)直接與端蓋就會(huì)相連，或者鐵心松動(dòng)、轉(zhuǎn)子掃膛、槽楔松動(dòng)導(dǎo)致的線(xiàn)圈松動(dòng)、三相引出線(xiàn)絕緣破壞等。

       鐵心裝在電動(dòng)機(jī)的機(jī)殼上，上述種種原因造成繞組與鐵心和端蓋之間的絕緣層失效，實(shí)際上就造成了繞組與機(jī)殼之間的絕緣層失效，或繞組中的裸導(dǎo)線(xiàn)直接與機(jī)殼相連。因此，這類(lèi)故障俗稱(chēng)殼碰。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的機(jī)殼是接地的，所以又統(tǒng)稱(chēng)為繞組接地故障。

2繞組接地故障的幾種檢查方法

       嚴(yán)重的接地故障將使電機(jī)不能啟動(dòng)，輕微的間歇性接地如不及時(shí)處理，會(huì)使事故擴(kuò)大，造成線(xiàn)圈短路。還會(huì)使電動(dòng)機(jī)機(jī)殼帶電，造成人身觸電的危險(xiǎn)。所以應(yīng)及時(shí)找到接觸點(diǎn)并予以排除，以保證人身和設(shè)備，下面介紹幾種簡(jiǎn)單的故障接地檢查方法，以方便操作人員快速準(zhǔn)確地找到接地故障點(diǎn)。

2.1觀(guān)察法

       在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，我們可以注意電機(jī)的外部現(xiàn)象以及發(fā)出的聲音，判斷電機(jī)運(yùn)行是否正常，也可以打開(kāi)點(diǎn)擊端蓋觀(guān)察分析，接地點(diǎn)一般會(huì)發(fā)生在繞組端接部位，接近鐵芯槽口部位，而且有破裂和焦黑的跡象，與周?chē)渌胤筋伾煌?，所以?yīng)首先在這些地方尋找接地點(diǎn)，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)端部接地點(diǎn)，就在槽內(nèi)的線(xiàn)圈邊中尋找接地點(diǎn)，通過(guò)觀(guān)察法排除潛在故障簡(jiǎn)單，用處廣，需要一定的工作經(jīng)驗(yàn)。

2.2照明燈檢查法

       這種檢測(cè)方法對(duì)繞組接地故障的排查相對(duì)復(fù)雜，需要把電機(jī)各項(xiàng)繞組的接頭拆開(kāi)，各項(xiàng)繞組都不在接通，把照明燈逐相接上進(jìn)行故障排查，照明燈串聯(lián)在220V電源上，一端接地或接在電機(jī)的機(jī)殼上，另一端與三相繞組的每個(gè)端頭相接，首末段均可，照明燈亮，就表示該相繞組出現(xiàn)接地故障，發(fā)現(xiàn)接地故障后，可把該相繞組拆開(kāi)，用同樣的方法找出哪一組線(xiàn)圈出現(xiàn)接地故障，一旦確定線(xiàn)圈接地，輕輕撬動(dòng)或晃動(dòng)該相繞組中的各個(gè)線(xiàn)圈，注意觀(guān)察燈光現(xiàn)象，如果燈光忽明忽暗或閃爍，表明該線(xiàn)圈存在接地故障。采用這種方法診斷電機(jī)的接地故障，需要特別小心，停止檢查后，應(yīng)立即切斷電源，以免造成不必要的傷害。

2.3萬(wàn)用表檢查法

       將萬(wàn)用表上的電阻旋鈕轉(zhuǎn)到Ω×10k的量程上，一根表筆與機(jī)殼相碰，另一根表筆依次與繞組的線(xiàn)頭相接，如測(cè)得的電阻很大，則表明沒(méi)有接地故障；如測(cè)得的電阻很小或?yàn)榱悖瑒t證明該處有接地故障。

2.4電壓降檢查法

        對(duì)于高壓電動(dòng)機(jī)金屬性接地，上述方法是無(wú)法檢測(cè)的，可采用電壓降檢查法。首先，將轉(zhuǎn)子從定子內(nèi)腔中抽出，將各相繞組的接線(xiàn)端拆開(kāi)，壓施加在有故障的相繞組的首末端，流入相繞組的電流應(yīng)控制在額定電流的50%左右，接線(xiàn)如圖1所示。然后，用萬(wàn)用表分別測(cè)出相繞首端與機(jī)殼的電壓U1，相繞組末端與機(jī)殼的電壓U2。因?yàn)榻拥攸c(diǎn)g的電位與機(jī)殼上任意一點(diǎn)的電位是相等的，圖1虛線(xiàn)所示，所以測(cè)得的相繞組首端與機(jī)殼的電壓U1就是相繞組首端與接地點(diǎn)g的電壓，即U1=U1g，同理U2=U2g，我們知道了相繞組首段（或末端）與接地點(diǎn)的電壓值，又知道施加在整個(gè)相繞組上的電壓值，則不難求出接地點(diǎn)g與相繞組首端距離，即：

式中，L1為繞組首端至接地點(diǎn)的距離（一般用線(xiàn)圈數(shù)表示）：L為繞組總長(zhǎng)度（一般用線(xiàn)圈數(shù)表示）。

3繞組接地故障的修理

3.1局部修理

       如果接地點(diǎn)在繞組的端部，先把損壞的絕緣層刮掉并清理干凈，用絕緣帶包扎好并刷上絕緣漆，然后，將定子送進(jìn)烘箱烘干。為防止日后再發(fā)生類(lèi)似故障，可用打板對(duì)加熱的繞組端部重新進(jìn)行整形，使端部處不再與端蓋相擦，也可在絕緣薄弱處再刷一些絕緣漆，讓其自然晾干。如果接地點(diǎn)在定子槽口附近，可用電吹風(fēng)等將故障點(diǎn)相關(guān)部位局部加熱，待絕緣軟化后打出槽契。再用劃線(xiàn)板把槽口的接地點(diǎn)慢慢撬開(kāi)，讓線(xiàn)圈邊與鐵芯之間產(chǎn)生間隙，然后把同等級(jí)的絕緣材料剪成適當(dāng)?shù)某叽?，插入接地處的線(xiàn)圈邊與鐵芯之間，再用橡皮錘配合壓線(xiàn)條，讓其回到原位，后封槽口并打入槽楔。

3.2更換線(xiàn)圈

       若某線(xiàn)圈多處接地，且不在一個(gè)位置，為了保證質(zhì)量，應(yīng)更換線(xiàn)圈。首先將線(xiàn)圈加熱使絕緣化，將損壞的線(xiàn)圈拆除；然后按損壞線(xiàn)圈的尺寸繞制線(xiàn)圈；后，嵌線(xiàn)、接線(xiàn)、浸漆、烘干。

      重新嵌線(xiàn)步驟：

   （1）重新嵌線(xiàn)前必須詳細(xì)記錄原電機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)：

      ①數(shù)據(jù)：型號(hào)、轉(zhuǎn)速、功率、額定電壓、電流、接法、絕緣等級(jí)等。

      ②定子鐵心數(shù)據(jù)：繞組層數(shù)、節(jié)距、每極每相槽數(shù)、并聯(lián)支路數(shù)、導(dǎo)線(xiàn)規(guī)格、線(xiàn)圈匝數(shù)等。

     (2)繞制線(xiàn)圈。

線(xiàn)圈寬度既線(xiàn)圈的上層邊和下層邊間的距離計(jì)算K：K=〔π(D+H)〕J÷Z；D定子內(nèi)徑(mm)；H槽高(mm)；J用槽數(shù)表示的節(jié)距；Z定子槽數(shù)。線(xiàn)圈的厚度可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：δ=(線(xiàn)圈匝數(shù)開(kāi)平方+1.5)×電磁線(xiàn)的外徑(mm)。在實(shí)際工作中，常是用絕緣線(xiàn)等量電機(jī)后，用多功能、多形狀變化的繞線(xiàn)模進(jìn)行電機(jī)的線(xiàn)圈繞制，這樣方便快捷，效率高。

     (3)嵌線(xiàn)。嵌線(xiàn)的過(guò)程步驟如下。

     ①嵌線(xiàn)前的準(zhǔn)備工作。槽間、槽內(nèi)絕緣、端部相間絕緣、層間絕緣、及端部扎線(xiàn)、絕緣管、槽楔、綁帶等。定期對(duì)電機(jī)的鐵芯槽進(jìn)行清理，保證槽內(nèi)光滑整潔。絕緣材料一般為：云母、石棉、玻璃絲、聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺薄膜、芳香族聚酰胺纖維紙復(fù)合箔等。

     ②首先按槽形狀放入絕緣，A相、B相、C相的下邊層線(xiàn)圈，放入下層線(xiàn)圈后放入層間絕緣。放入線(xiàn)圈C相的第3個(gè)線(xiàn)圈時(shí)開(kāi)始放上層線(xiàn)圈。然后，釓合槽絕緣打入槽楔。A、B、C三相全部放入后進(jìn)行端部整形。

     ③電機(jī)繞組端部接線(xiàn)注意好防護(hù)與絕緣。

     ④電機(jī)校驗(yàn)。耐壓、直流電阻測(cè)試等。耐壓校驗(yàn)的目的，檢查電機(jī)的絕緣質(zhì)量，以及點(diǎn)擊是否符合工作標(biāo)準(zhǔn)，有效預(yù)防因電流泄露引起電機(jī)各種故障問(wèn)題。采用直流電阻診斷電機(jī)，是為讓電機(jī)短接、匝間短路故障消滅在萌芽中。

4安科瑞ARD系列智能電動(dòng)機(jī)保護(hù)器介紹與綜合選型

4.1產(chǎn)品簡(jiǎn)介

       ARD該系列低壓電動(dòng)機(jī)保護(hù)器，具有過(guò)載、斷相、不平衡、欠載、接地/漏電、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。可與接觸器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器等電器元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)控制保護(hù)單元，具有遠(yuǎn)程自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)直接控制、面板指示、信號(hào)報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信等功能。應(yīng)用范圍：可廣泛應(yīng)用于煤礦、石化、冶煉、電力、建筑等行業(yè)的配電領(lǐng)域。

4.2產(chǎn)品選型

產(chǎn)品功能

 

產(chǎn)量和效益是企業(yè)的生命線(xiàn)，而時(shí)間是基本的保證，節(jié)省時(shí)間就是在提高效益，有了效益，企業(yè)才有了生存的保障，所以快速、精準(zhǔn)地找到故障原因，短時(shí)間內(nèi)排除它，也就保證了生產(chǎn)的效益，同時(shí)，通過(guò)對(duì)電機(jī)的常見(jiàn)接地故障的診斷，有效的預(yù)防了故障的發(fā)生率，保證了企業(yè)生產(chǎn)的效率。除了接地故障點(diǎn)擊還存在一些其他機(jī)械故障，這些故障人為因素和電機(jī)本身原因居多，只有通過(guò)系統(tǒng)分析，及時(shí)維護(hù)與保養(yǎng)，改進(jìn)管理措施，才能大大減少電機(jī)的故障和事故發(fā)生，提高電機(jī)的運(yùn)行效率和使用壽命。

 

[1]趙家禮.電動(dòng)機(jī)修理手冊(cè) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013.

[2]王海彥.三相異步電動(dòng)機(jī)繞組接地故障診斷與檢修策略[J].中國(guó)設(shè)備工程,2020(04):150-152.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.

 

劉細(xì)鳳，女，本科安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)殡妱?dòng)機(jī)保護(hù)器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用