同步电动机技术交流 ( 下 )

1、冶金企业交流同步电机应用交流( 下) 故障案例简介 故障案例案例一、热轧精轧6500KW同步机转子 磁极支撑块松动; 案例二、热轧精轧F2-12000KW同步电机 阻尼条断裂；案例四、冷轧1720轧机6500KW 同步电机 凸极式转子磁极脱落甩出扫膛；案例三、热轧粗轧R4轧机9000KW同步 电机阻尼端环连接件过热断裂； 故障案例简介 案例一：热轧精轧机6500KW同步电机凸极转子磁极支撑块松动 故障案例简介 （1 1）故障现象）故障现象 某厂精轧某厂精轧6500KW6500KW同步电动机，转子抽心精密检查中，用简单的锤击轻敲方同步电动机，转子抽心精密检查中，用简单的锤击轻敲方式初步检测发现，

2、凸极转子磁极式初步检测发现，凸极转子磁极2424个支撑块约个支撑块约1/31/3存在明显松动，且部分支撑存在明显松动，且部分支撑块绝缘板出现移位外逃现象，见下图所示。此外，此类故障已在多台电机上发块绝缘板出现移位外逃现象，见下图所示。此外，此类故障已在多台电机上发生。生。 线 圈绝 缘 板毛 毡线 圈极 间 支 撑 块移 动 的 绝 缘 板撑块松动及绝缘垫板移动状态撑块松动及绝缘垫板移动状态热轧精轧6500KW同步机转子极支撑块松动; 故障案例简介 （2 2）原因分析）原因分析 1) 1) 由于制造中工艺控制、材料应用，运行中电磁振动、热应力，离心力等因由于制造中工艺控制、材料应用，运行中电磁

3、振动、热应力，离心力等因素的影响，均有可能致使支撑块出现松动，绝缘移位等情况。素的影响，均有可能致使支撑块出现松动，绝缘移位等情况。 2) 2) 紧固螺栓强度不够，或紧固力不足。紧固螺栓强度不够，或紧固力不足。 3 3）支撑块及绝缘垫块存在结构上的设计缺陷。）支撑块及绝缘垫块存在结构上的设计缺陷。 4 4）安装工艺及质量控制上存在问题。）安装工艺及质量控制上存在问题。 因此，虽然制造厂在这个环节已采取了一定的防松措施但定期进行支撑块的因此，虽然制造厂在这个环节已采取了一定的防松措施但定期进行支撑块的状态检查仍是非常必要的。一般应每状态检查仍是非常必要的。一般应每6 6个月进行一次支撑块松动，绝

4、缘板移位个月进行一次支撑块松动，绝缘板移位检查。检查。 热轧精轧6500KW同步机转子极支撑块松动; 故障案例简介 （3 3）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。 1)1)绝缘板重新设计加工绝缘板重新设计加工 绝缘板加凸块绝缘板加凸块12.5主绝缘板止动板35181811-8.312129011016812525150160412热轧精轧6500KW同步机转子极支撑块松动; 故障案例简介 （3 3）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。 2)2)极间支撑块重新设计加工极间支撑块重新设计加工 将支撑块重新加工凹槽，与绝缘板所加凸块相配合构

5、成防滑出措施。将支撑块重新加工凹槽，与绝缘板所加凸块相配合构成防滑出措施。 支撑块紧固采用高强度螺栓按规定力矩加以紧固，并采取止动措施。支撑块紧固采用高强度螺栓按规定力矩加以紧固，并采取止动措施。40331042039R1R3R37030301306.312.56.312.512.512.578R56.335热轧精轧6500KW同步机转子极支撑块松动; 故障案例简介 （3 3）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。 3 3）材料准备）材料准备 按电机结构和极数，加工符合尺寸要求并数量足够的线圈支撑块；按电机结构和极数，加工符合尺寸要求并数量足够的线圈支撑块； 撑块紧

6、固螺栓（螺栓的机械强度要满足要求）撑块紧固螺栓（螺栓的机械强度要满足要求） 蝶形弹簧垫圈、两孔压板、两孔保险（翻）片；蝶形弹簧垫圈、两孔压板、两孔保险（翻）片； 二苯醚层压板、羊毛毡、环氧树脂等材料。二苯醚层压板、羊毛毡、环氧树脂等材料。带凹槽的绝缘垫板带凹槽的绝缘垫板热轧精轧6500KW同步机转子极支撑块松动; 故障案例简介 （3 3）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。 4 4）清揩）清揩 转子磁极部分清扫，采用脱水压缩空气将转子绕组吹扫擦拭干净，去除表面转子磁极部分清扫，采用脱水压缩空气将转子绕组吹扫擦拭干净，去除表面灰尘积垢及油污；灰尘积垢及油污； 5 5

7、）对每个支撑块位置进行编号，分别标在支撑块所在位的磁极上（考虑动）对每个支撑块位置进行编号，分别标在支撑块所在位的磁极上（考虑动平衡问题）；平衡问题）； 6 6）拆除）拆除V V型撑块：型撑块： a. a.磨去每个支撑块上磨去每个支撑块上2 2个螺栓（母）上个螺栓（母）上的防松止转焊脚。的防松止转焊脚。 b. b.用力矩扳手拆卸撑块固定螺栓，测出用力矩扳手拆卸撑块固定螺栓，测出并记录拆卸力矩数据。并记录拆卸力矩数据。 c. c.逐一拆除磁极上所有支撑块，并按序逐一拆除磁极上所有支撑块，并按序号排列放齐。号排列放齐。热轧精轧6500KW同步机转子极支撑块松动; 故障案例简介 （3）极间撑块松动及

8、绝缘垫板更换修理。 7）支撑块安装准备 去除旧绝缘及清理残余绝缘材料。 铲除清理羊毛毡作业时必须注意保护磁极线圈表面。 尺寸核对。 固定螺孔清理。对每个支撑块固定螺孔的丝牙进行回牙，确认丝牙内无毛刺、烂牙现象，清理后用磁棒进行铁屑吸除。 磁极绕组再次清扫。 转子绕组做绝缘电阻、直流电阻、交流阻抗压降等试验检测并合格 热轧精轧6500KW同步机转子极支撑块松动; 故障案例简介 （3）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。 8）支撑块安装 螺栓、蝶形弹簧垫（按设计要求配置）、两孔垫板、两孔保险翻片试配（如下图）。 热轧精轧6500KW同步机转子极支撑块松动; 故障案例简介 （3）极间撑块松动及绝缘垫板更

9、换修理。 8）支撑块安装 环氧树脂配制、刷涂。 a）按比例配比环氧树脂和固化剂，随配随用, 充分调和。一般要求在常温下，2小时凝固，812小时完全固化。 b）将胶液均匀涂满适应材料（羊毛毡）两面，并充分揉匀。 c）将羊毛毡镶入一侧合适位置，再放绝缘板，撑块镶入。 d）将螺栓+保险翻边垫片+蝶形弹簧圈+两孔垫板组合后穿入V型支撑块内。螺杆对准螺孔并拧入到合适程度（不要拧紧），用专用钩子调整绝缘板的位置向外钩紧，确保绝缘板与支撑块的可靠止动。 热轧精轧6500KW同步机转子极支撑块松动; 故障案例简介 （3 3）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。）极间撑块松动及绝缘垫板更换修理。 8 8）支撑块安装

10、）支撑块安装 e e）用力矩扳手根据设计和使用螺栓尺寸及强度按规定力矩进行螺栓紧固。）用力矩扳手根据设计和使用螺栓尺寸及强度按规定力矩进行螺栓紧固。每个支撑块上的两支螺栓均匀紧固。注意：两线圈间的两只撑块应同时安装紧每个支撑块上的两支螺栓均匀紧固。注意：两线圈间的两只撑块应同时安装紧固。擦拭溢出的胶液。固。擦拭溢出的胶液。 f f）经过）经过8 81212小时，胶液基本固化后再次紧固螺栓，对角锁好全部保险片。小时，胶液基本固化后再次紧固螺栓，对角锁好全部保险片。 g g）转子绕组做绝缘电阻、直流电阻、交流阻抗压降等试验检测。）转子绕组做绝缘电阻、直流电阻、交流阻抗压降等试验检测。 h h）在整

11、个）在整个V V型撑块组合表面型撑块组合表面刷上刷上“8037”8037”绝缘覆盖漆。并用白绝缘覆盖漆。并用白色油漆记号笔做防松标记。如图。色油漆记号笔做防松标记。如图。热轧精轧6500KW同步机转子极支撑块松动; 故障案例简介 案例二：热轧精轧F2-12000KW同步电机阻尼条断裂 故障案例简介 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 1 1）故障现象）故障现象 某厂某厂12000KW12000KW同步电机（隐极式）投入运行不久，接到电机制造厂的通知，同步电机（隐极式）投入运行不久，接到电机制造厂的通知，应用此类产品的世界各地用户，都出现阻尼条断裂及松动状况。应用此类产品的世界各地用户，都出现阻尼

12、条断裂及松动状况。 随即开始纳入定期点检，检查后陆续发现基本集中在一个磁极下随即开始纳入定期点检，检查后陆续发现基本集中在一个磁极下9 9根阻尼条根阻尼条断裂。且阻尼条在槽内松动情况加剧，槽口处开始出现电蚀及灼伤，断裂区域断裂。且阻尼条在槽内松动情况加剧，槽口处开始出现电蚀及灼伤，断裂区域出现局部铁心过热和绝缘破损。出现局部铁心过热和绝缘破损。 情况发展呈蔓延趋势，造成的后果有可能非常严重。即槽口破损扩大，阻尼情况发展呈蔓延趋势，造成的后果有可能非常严重。即槽口破损扩大，阻尼条沿槽口扩大处逃逸出铁心，擦伤定子铁心及线圈。条沿槽口扩大处逃逸出铁心，擦伤定子铁心及线圈。 故障案例简介 1）故障现象

13、 同步电机阻尼条断裂状态同步电机阻尼条断裂状态 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 1）故障现象 槽口处开始出现电蚀及灼伤槽口处开始出现电蚀及灼伤铁芯表面的灼蚀状态铁芯表面的灼蚀状态 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 1）故障现象 绝缘损伤状态绝缘损伤状态松动状态松动状态 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 随着运行时间的加长，阻尼条松动的迹象越来越明显，轴向位移量加剧，而且阻尼条表面包裹的绝缘材料出现破损脱落。断裂的阻尼条在气隙磁场中将感应出极高的感应电势。这一感应电势在断裂的阻尼条断口处形成的电场强度达到或超过断口处空气隙的击穿强度，空气隙被击穿，导致

14、阻尼条断口处放电。放电的高温电弧将严重影响（灼伤）阻尼绕组周围的励磁绕组线圈的绝缘。 通过自制专用工具，利用每次定修断暂的停机时间，对阻尼条断裂处进行清洁、打磨。消除了电场中尖端放电的效应。同时对已经产生放电的地方，采用酒精溶剂清洁，清除放电痕迹，尽量增加爬电距离，提高放电电压。并在励磁线圈绝缘表面和断裂处阻尼条的缝隙中添加环氧树脂绝缘材料，提高转子线圈卷绝缘，努力减缓故障的发展趋势，保证电机稳定运行。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 通过对电机一系列测量数据的分析，形成对电机阻尼条断裂缺陷监测的量化指标，确定了电机停机修复的参数指标：（1）电机定转子电流波形有明显异常，两套绕

15、组波形失真超过5%；（2）电机运行中发生较明显冲击振动及啸叫声，振动测试值超过2.8mm/s；（3）电机运转情况下，阻尼条断裂处发生明显放电现象，电机旋转一周，观察的放电火花超过两个。放电处存在显著碳化痕迹，使用500V兆欧表检测转子励磁绕组绝缘电阻小于20兆欧；（4）电机转子铁心硅钢片槽口散张超过3mm（铁心槽口设计开口2mm），阻尼条径向变形超过3mm（转子铁心齿轭高3mm），阻尼条轴向窜动位移大于5mm。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 2 2）同步电动机阻尼条断裂原因分析）同步电动机阻尼条断裂原因分析 阻尼条的受力分析： 阻尼条断裂的原因可归结为受到电磁力、热应力和离心

16、力所导致。 在起动或加、减速瞬间过程中，阻尼端环中流过很大且不均匀的电流，因此，阻尼端环极间连接部位所产生的热膨胀也是不均等的，由此形成在同一时间开始发生变形，及变形程度的不同，而产生扭力。 电磁力矩在阻尼条内传递时，在电动力的作用下便可产生弯曲力矩和剪切力矩。在一定程度上阻尼条与端环间的焊接部位将会导致断裂或开焊，并逐渐扩大。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 2 2）同步电动机阻尼条断裂原因分析）同步电动机阻尼条断裂原因分析 阻尼条的受力分析：阻尼条的受力分析： 电磁力电磁力 电动机在启动的堵转瞬间和加速起动过程中，电磁力使转子阻尼绕组笼条电动机在启动的堵转瞬间和加速起动过程

17、中，电磁力使转子阻尼绕组笼条（阻尼条）沿整个磁极铁心被拉向槽底。（阻尼条）沿整个磁极铁心被拉向槽底。 该电磁力以两倍频率而波动，且与转子电流的平方成正比。该电磁力以两倍频率而波动，且与转子电流的平方成正比。 如果阻尼条在槽口内配合不紧就会产生径向移动，久而久之形成疲劳裂损。如果阻尼条在槽口内配合不紧就会产生径向移动，久而久之形成疲劳裂损。 热应力热应力 集肤效应使阻尼条上下边之间因温差效应而产生热应力。集肤效应使阻尼条上下边之间因温差效应而产生热应力。 不正常的连续启动，及频繁的速度变化将会使转子阻尼绕组内产生急剧的热不正常的连续启动，及频繁的速度变化将会使转子阻尼绕组内产生急剧的热量积累。量

18、积累。 由于每极下的阻尼条之间以及各磁极下的阻尼绕组电流分布是不均匀的，其由于每极下的阻尼条之间以及各磁极下的阻尼绕组电流分布是不均匀的，其热膨胀就存在着时间差和温度差，由此造成热应力剧增。热膨胀就存在着时间差和温度差，由此造成热应力剧增。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 2 2）同步电动机阻尼条断裂原因分析）同步电动机阻尼条断裂原因分析 阻尼条的受力分析：阻尼条的受力分析： 离心力离心力 离心力将阻尼条推向槽口。离心力与转子直径成正比，与转子转速的平方也离心力将阻尼条推向槽口。离心力与转子直径成正比，与转子转速的平方也成正比。成正比。 某厂某厂凸极式凸极式转子阻尼条松动状态转

19、子阻尼条松动状态 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 2 2）同步电动机阻尼条断裂原因分析）同步电动机阻尼条断裂原因分析 阻尼条断裂的其它原因：阻尼条断裂的其它原因： 失步失步 定子旋转磁场切割阻尼绕组，阻尼绕组中流过很大的电流，过定子旋转磁场切割阻尼绕组，阻尼绕组中流过很大的电流，过热，导致阻尼绕组开焊及阻尼条断裂。热，导致阻尼绕组开焊及阻尼条断裂。 频繁启动频繁启动 使阻尼绕组频繁且长时间受到电磁力的冲击。使阻尼绕组频繁且长时间受到电磁力的冲击。 启动时投励过早启动时投励过早 未能牵入同步，造成振荡，阻尼条受力过大。未能牵入同步，造成振荡，阻尼条受力过大。 投励过晚投励过晚 使

20、电机长期处于亚同步状态。使电机长期处于亚同步状态。 焊接质量焊接质量 阻尼环与阻尼条间焊接质量不好，导致焊接处电阻较大而阻尼环与阻尼条间焊接质量不好，导致焊接处电阻较大而过热。过热。 公差配合公差配合 阻尼条和阻尼槽公差配合选择不当。阻尼条和阻尼槽公差配合选择不当。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 2 2）12000KW12000KW电机阻尼条断裂原因电机阻尼条断裂原因 该同步电机阻尼条端部断裂的主要原因是阻尼条在槽内配合不紧。该同步电机阻尼条端部断裂的主要原因是阻尼条在槽内配合不紧。 阻尼条处于铁心槽中的部分与端部裸露并焊接在齿压板顶端的部分散热效果阻尼条处于铁心槽中的部分与

21、端部裸露并焊接在齿压板顶端的部分散热效果有所不同，前者散热条件应好于后者。但如果阻尼条与铁心间存在较大的间隙，有所不同，前者散热条件应好于后者。但如果阻尼条与铁心间存在较大的间隙，就可能发生转化。就可能发生转化。 因此造成阻尼条长期承受热应力而产生疲劳，在拉力和剪切力的作用下形成因此造成阻尼条长期承受热应力而产生疲劳，在拉力和剪切力的作用下形成断裂。断裂。 当一根阻尼条断裂后必然造成同一极下的其它阻尼条电流增大，热应力加当一根阻尼条断裂后必然造成同一极下的其它阻尼条电流增大，热应力加剧，形成连锁反应使得同一极下的阻尼条相继断裂。剧，形成连锁反应使得同一极下的阻尼条相继断裂。 阻尼条集中断裂在一

22、个极下是热应力影响的主要特征，该电机的故障特征恰阻尼条集中断裂在一个极下是热应力影响的主要特征，该电机的故障特征恰好与此吻合。好与此吻合。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 故障案例简介 3）修复方案及工艺）修复方案及工艺 12000KW电机阻尼条修复方案状况状况处置部位处置部位修理方式修理方式正常的阻尼条正常的阻尼条阻尼条的靠近阻尼条的靠近端部处端部处每每2 2个铁心段锤击冲压个铁心段锤击冲压阻尼条其余部位阻尼条其余部位每每4 4个铁芯段锤击冲压个铁芯段锤击冲压发生电蚀发生电蚀( (目测目测) )阻尼条全长阻尼条全长每每2 2个铁芯段个铁芯段焊接焊接锤击冲压锤击冲压松动间隙松动

23、间隙0.25mm0.25mm阻尼条的靠近阻尼条的靠近端部处端部处每每2 2个铁芯段个铁芯段焊接焊接锤击冲压锤击冲压阻尼条全长的其余部分阻尼条全长的其余部分每每4 4个铁芯段个铁芯段焊接焊接锤击冲压锤击冲压阻尼条断裂阻尼条断裂所有断裂的阻尼条所有断裂的阻尼条全长全长每每2 2个相邻铁芯段个相邻铁芯段必须焊接必须焊接锤击冲压锤击冲压注：两通风槽之间为一铁芯段。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 3）修复方案及工艺）修复方案及工艺 修复方案： 对发生断裂的9根阻尼条，在铁芯槽口开坡口后堆焊后冲压紧固。 对其他无断裂点的阻尼条仅采用锤击加固的处理措施，使铁芯缝道呈圆弧状变形，压紧阻尼条。

24、 对阻尼条断裂裂纹不进行焊接处理。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 3 3）修复方案及工艺）修复方案及工艺 修复工艺：修复工艺： 全面检查确认发生断裂、松动、电蚀的阻尼条。根据修复原则在需焊接和全面检查确认发生断裂、松动、电蚀的阻尼条。根据修复原则在需焊接和仅需锤击冲压位置分别做好记号标识。仅需锤击冲压位置分别做好记号标识。 为了检测阻尼条松动状态及插入不同厚度薄钢片以撑紧松动的阻尼条，需为了检测阻尼条松动状态及插入不同厚度薄钢片以撑紧松动的阻尼条，需用用V V形铣头在需焊接的槽口位置开适当宽度的坡口，使阻尼条和铁心间获得合形铣头在需焊接的槽口位置开适当宽度的坡口，使阻尼条和铁

25、心间获得合适的镶衬间隙，见图适的镶衬间隙，见图4-2-94-2-9。 插入钢片尺寸：插入钢片尺寸：12.712.70.05mm0.05mm、12.712.70.15mm0.15mm、12.712.70.20mm0.20mm。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 3）修复方案及工艺 Diagram 4. M illing of the core sections5 mm25 mmca. 8 mm3,5 mm60铁 心 磨 削开坡口 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 3 3）修复方案及工艺）修复方案及工艺 修复工艺：修复工艺： 断裂的阻尼条在靠近有阻尼条断裂点铁心槽口处开

26、坡口后实施焊接。断裂的阻尼条在靠近有阻尼条断裂点铁心槽口处开坡口后实施焊接。 靠近有阻尼条断裂点侧，铁心焊点密度加大。靠近有阻尼条断裂点侧，铁心焊点密度加大。 所有标识的施焊槽口必须满焊，焊接时铜阻尼条不允许被融化。所有标识的施焊槽口必须满焊，焊接时铜阻尼条不允许被融化。 为了降低热影响，在同一片区域不能一个接着一个焊接。为了降低热影响，在同一片区域不能一个接着一个焊接。 氩弧焊接时须按规定的焊接步骤、焊接材料、焊接电流逐层堆焊。氩弧焊接时须按规定的焊接步骤、焊接材料、焊接电流逐层堆焊。 开施焊坡口开施焊坡口 坡口堆焊坡口堆焊 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 3 3）修复方案及

27、工艺）修复方案及工艺 修复工艺：修复工艺： 为避免焊缝金属与阻尼条出现细微的间隙，焊接后焊缝必须用冲锤锻压。为避免焊缝金属与阻尼条出现细微的间隙，焊接后焊缝必须用冲锤锻压。 无断裂点的阻尼条固紧仅采用锤击冲压加固的方式处理，使铁芯缝道呈圆无断裂点的阻尼条固紧仅采用锤击冲压加固的方式处理，使铁芯缝道呈圆弧状变形，冲压后状态见图。弧状变形，冲压后状态见图。 目的：通过上述目的：通过上述5 5项工艺措施抑制阻尼绕组在铁芯中的振荡，防止阻尼条疲项工艺措施抑制阻尼绕组在铁芯中的振荡，防止阻尼条疲劳断裂。劳断裂。 铆固焊接点铆固焊接点 修复后的转子表面状态修复后的转子表面状态 同步机转子阻尼条松动、断裂的

28、故障 故障案例简介 3）修复方案及工艺 采取 “迂回”焊接连接方式把断裂处铜条与短路环连接在一起。具体做法是在阻尼铜条铁心铁心阻尼条短路环之间形成回路 迂回连接回路 正常回路 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 3）修复方案及工艺 上述工序完成，并经彻底吹揩清洁后，图绝缘覆盖漆。 对阻尼条断裂点不作焊接修复，而只是通过与阻尼条靠近的铁心实施铜铁焊而构成阻尼电流回路，经过几年的正常运行，证明是可行的。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 4 4）、总结：）、总结：A、阻尼条断裂的原因主要是在电机制造过程中，电机转子绝缘阻尼条嵌入铁心槽中的配合间隙偏大，并且在电机浸漆固化过

29、程中旋转不充分，导致电机在干燥过程中阻尼槽内的绝缘漆在重力的作用下渗出，浸渍漆树脂流失。这样，电机在轧钢生产过程中，轧机负荷的变化使电机阻尼条产生较大的感应电流，阻尼条在承受的热应力、机械应力、电动力情况下，造成阻尼条在铁芯内周期震荡、松动、发展，最终疲劳断裂。B、电机阻尼条本体故障发展是个逐步渐进的过程。断裂的阻尼条本体一方面存在机械性故障发展特征，另一方面，它又具有电气故障的发展特征。通过监测电机运行参数，包括电机电压、电流、温度等外部表征量，对电机阻尼条本体故障发展情况检测以及对电机振动等动态性能测试分析，制定阻尼条断裂缺陷量化指标，在不同阶段准确评估电机运行状态，成功预测了故障发展的态

30、势。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 4 4）、总结：）、总结：C、根据F2大电机故障现象及特征，采取了针对性的修复方案。针对大量阻尼条松动的情况，采取对所有松动的阻尼条重新打铳固定的方案。针对阻尼条断裂缺陷修复的关键点是连接断裂的阻尼条，增加阻尼条本体紧固措施。否定了采用软钎焊的工艺方案，采用“迂回”氩弧焊修补法，把断裂处铜条与短路环连接在一起。 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 同步机转子阻尼条松动、断裂的故障 故障案例简介 案例三：热轧粗轧R4轧机9000KW同步电机阻尼端环连接件过热断裂； 故障案例简介 凸极式转子阻尼端环连接件松动过热断裂故障 1 1）某

31、厂）某厂9000KW9000KW同步电动机阻尼绕组端环软连接件松动过热、断裂同步电动机阻尼绕组端环软连接件松动过热、断裂 故障现象故障现象 检查发现该电机转子阻尼绕组极间软连接件的固定螺栓断裂，导致连接检查发现该电机转子阻尼绕组极间软连接件的固定螺栓断裂，导致连接铜排翻起刮伤定子端部线圈。断裂螺栓根部区域有明显的疲劳发展最终拉铜排翻起刮伤定子端部线圈。断裂螺栓根部区域有明显的疲劳发展最终拉断的痕迹；螺栓中部存在熔断痕迹，连接排表面烧熔，短路排表面烧熔产断的痕迹；螺栓中部存在熔断痕迹，连接排表面烧熔，短路排表面烧熔产生凹坑。生凹坑。阻尼条端环连接件断裂状态阻尼条端环连接件断裂状态 故障案例简介

32、故障原因故障原因 电机异步起动时阻尼绕组处的温升较高，阻尼绕组软连接铜排受热膨电机异步起动时阻尼绕组处的温升较高，阻尼绕组软连接铜排受热膨胀，起动结束后该处温升又下降，以及存在的电流不均匀分布，温差效应胀，起动结束后该处温升又下降，以及存在的电流不均匀分布，温差效应导致的扭力和剪切力。导致的扭力和剪切力。 连接铜排、连接件铜排与钢质连接螺栓的热膨胀系数相差较大，热膨连接铜排、连接件铜排与钢质连接螺栓的热膨胀系数相差较大，热膨胀时连接螺栓受到一个额外的热应力，螺栓产生拉伸，使接触电阻增大加胀时连接螺栓受到一个额外的热应力，螺栓产生拉伸，使接触电阻增大加剧形成局部高温。形成恶循环，最终使紧固螺栓疲

33、劳断裂。剧形成局部高温。形成恶循环，最终使紧固螺栓疲劳断裂。 连接铜排一端固定螺栓断裂后，导致连接排打火烧断，烧断的连接铜连接铜排一端固定螺栓断裂后，导致连接排打火烧断，烧断的连接铜排翻起刮伤定子端部线圈表面绝缘。排翻起刮伤定子端部线圈表面绝缘。凸极式转子阻尼端环连接件松动过热断裂故障 故障案例简介 修复措施修复措施 1 1、针对现有连接排紧固螺栓的连接强度问题。确定采用、针对现有连接排紧固螺栓的连接强度问题。确定采用8.88.8级高强螺栓；级高强螺栓；螺栓紧固力矩采用螺栓紧固力矩采用140kNm140kNm。 2 2、为防止起动时大电流集肤效应作用烧熔铜片，连接片以、为防止起动时大电流集肤效

34、应作用烧熔铜片，连接片以2.02.0* *4 4片替代片替代原来原来0.50.5* *1616片的型式进行更换，增加连接片载流面积。片的型式进行更换，增加连接片载流面积。 3 3、采用涂高银含量的导电膏，修补短路排表面因故障烧熔产生的凹坑，、采用涂高银含量的导电膏，修补短路排表面因故障烧熔产生的凹坑，降低接触电阻。降低接触电阻。 凸极式转子阻尼端环连接件松动过热断裂故障 故障案例简介 实施实施 阻尼条端环连接排软连接更换阻尼条端环连接排软连接更换 1 1、将原阻尼环软连接编号左、右分别编号。、将原阻尼环软连接编号左、右分别编号。 2 2、松开螺栓防松铁板。、松开螺栓防松铁板。 3 3、用力矩扳

35、手松开螺栓、螺母。目的是为了检查以前螺栓紧固力矩。、用力矩扳手松开螺栓、螺母。目的是为了检查以前螺栓紧固力矩。 4 4、阻尼端环接触面处理：、阻尼端环接触面处理： 高出平面烧痕锉光。高出平面烧痕锉光。 用砂纸小砂轮将平面砂光。用砂纸小砂轮将平面砂光。 用丙酮清洁接触表面、去油。用丙酮清洁接触表面、去油。 低于的凹坑清理干净。低于的凹坑清理干净。凸极式转子阻尼端环连接件松动过热断裂故障 故障案例简介 5 5、连接排表面涂刷导电膏。、连接排表面涂刷导电膏。 6 6、上软连接：、上软连接： 端环接触面按工艺涂刷导电膏。端环接触面按工艺涂刷导电膏。 按图纸要求装置软连接。按图纸要求装置软连接。 按螺纹

36、强度等级按螺纹强度等级8.88.8级用力矩扳手将螺栓紧固，紧固力矩级用力矩扳手将螺栓紧固，紧固力矩140140160NM160NM。 翻紧保险片或点焊螺栓、螺母。翻紧保险片或点焊螺栓、螺母。 喷柒或刷漆。每个螺丝做好记号，以便今后检查。喷柒或刷漆。每个螺丝做好记号，以便今后检查。凸极式转子阻尼端环连接件松动过热断裂故障 故障案例简介 实施效果实施效果 运行两个月后开罩检查，测得各级连接排接触电阻无异常变化，外观运行两个月后开罩检查，测得各级连接排接触电阻无异常变化，外观上检查未发现连接螺栓过热变色、松动等不良情况。上检查未发现连接螺栓过热变色、松动等不良情况。凸极式转子阻尼端环连接件松动过热断

37、裂故障 故障案例简介 磁极之间阻尼端环的连接是同步电机结构设计的最薄弱环节，也是故障磁极之间阻尼端环的连接是同步电机结构设计的最薄弱环节，也是故障多发的重要部位。其原因归结如下：多发的重要部位。其原因归结如下：1 1、结构设计、焊接材料、焊接工艺、铁心叠片质量以及阻尼条与槽口的、结构设计、焊接材料、焊接工艺、铁心叠片质量以及阻尼条与槽口的配合状态等相关因素的影响。配合状态等相关因素的影响。2 2、启动过程中瞬间产生的大电流冲击，致使端环连接部位产生的热应变、启动过程中瞬间产生的大电流冲击，致使端环连接部位产生的热应变使连接部位的导电接触面的接触电阻大大增加，形成局部高温。当温升和使连接部位的导

38、电接触面的接触电阻大大增加，形成局部高温。当温升和局部变形超过了其极限时，就可能产生电弧而烧溶阻尼条及端环，发生断局部变形超过了其极限时，就可能产生电弧而烧溶阻尼条及端环，发生断裂等故障。裂等故障。3 3、电磁力、离心力、弯曲力矩和剪切力矩的作用。、电磁力、离心力、弯曲力矩和剪切力矩的作用。凸极式转子阻尼端环连接件松动过热断裂故障 故障案例简介 2 2）某厂）某厂6500KW6500KW同步电动机阻尼条端环硬连接铜排断裂同步电动机阻尼条端环硬连接铜排断裂3 3）针对转子阻尼端环连接紧固件的点检）针对转子阻尼端环连接紧固件的点检定期检查转子阻尼端环连接紧固件是否存在松动、断裂，移位、定期检查转子

39、阻尼端环连接紧固件是否存在松动、断裂，移位、过热变色、污秽、紧固螺栓断裂等情况。过热变色、污秽、紧固螺栓断裂等情况。在发现明显异常的情况下拆下连接件，检查否存在连接件及端环在发现明显异常的情况下拆下连接件，检查否存在连接件及端环电蚀、紧固螺栓疲劳劣化等情况并予以处置。电蚀、紧固螺栓疲劳劣化等情况并予以处置。凸极式转子阻尼端环连接件松动过热断裂故障 故障案例简介 1、交流同步电动机的工作原理简介 故障案例简介 案例四：冷轧1720轧机6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同

40、步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障；1、故障现象: 2012年4月7日0点42分，1730冷轧厂4#机架主传动6500kW同步电动机转子极靴板固定螺栓头脱落，造成定子绕组严重短路烧损及接地故障，造成五机架停运，损失巨大。定转子损伤情况： 现场打开端部盖板可见定子绕组局部45只线圈明显的短路电弧灼伤，转子端部极靴等处烧融的铜渣积敷，见图。从尽可能降低停机损失出发，当时还是考虑立足局部小修。 但离线解体后发现故障状态远比预先估计的严重，负荷侧定子上层绕组明显短路灼毁79只，底层线圈也有较大面积的灼损变色，内部具体灼伤情况观察不到，见图3、图4。左下侧两只线圈擦伤，槽口绑匝带整个圆周都已磨损，线圈

41、端部表面及电机下部箱内散落较多烧融的铜渣。 故障案例简介 电机铭牌数据电机铭牌数据电机型号电机型号TDZBS6500-4TDZBS6500-4功率（功率（KWKW）6500/6500/74756500/6500/7475工作制工作制S9/S9/S1S9/S9/S1转速转速(r/min)(r/min)395/1200/395395/1200/395绝缘等级绝缘等级F F频率（频率（HZHZ）13.167/40/13.16713.167/40/13.167电机极数电机极数4 4电压电压/ /电流（电流（V/AV/A）3300/3300/3300V3300/3300/3300V1171/1184/1

42、349A1171/1184/1349A绕组型式绕组型式Y Y转子励磁（转子励磁（V/AV/A）112/111/134V112/111/134V424/417/484A424/417/484A防护型式防护型式IP54IP54电机冷却型式电机冷却型式IC 86WIC 86W电机总重（电机总重（t t）52.452.4制造厂制造厂/ /出厂日期出厂日期上海电机厂上海电机厂/2007.6/2007.6冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500K

43、W同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障；一、故障现象一、故障现象: : 转子负荷侧4只极靴板固定螺栓的螺栓头已完全断裂脱落，脱落后磨损碾压熔损变形见图，相邻的另一只螺栓头十字沟槽内可见明显的裂纹。极靴板圆弧面深约34mm长约300mm，宽约150mm的磨损伤痕

44、且变形翘起，阻尼环连接部在离心力的作用下变形翘起形成较大缝隙，4只M16螺栓可能已被剪断，连接部施焊部位已开裂，该磁极线圈靠负荷侧端部随着螺栓紧固力的消失同样在离心力电磁力的作用下与极靴板翘起一样也沿径向翘起，中间缝隙约12mm。 故障案例简介 脱落后摩擦、碾压变形后的螺栓头铜渣及磨损挤压熔损变形的螺栓头铜渣及磨损挤压熔损变形的螺栓头 螺栓头断裂脱落，极靴板变形螺栓头断裂脱落，极靴板变形冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 已被拉伸断裂尚已被拉伸断裂尚未脱落的螺栓头未脱落的螺栓头阻尼

45、环连接部变形阻尼环连接部变形翘起缝隙翘起缝隙冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 转子磁极线圈沿径向逃转子磁极线圈沿径向逃出约出约12mm12mm缝隙缝隙冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 以上故障状态及损坏的严重程度，端部线圈排列紧密，损坏线圈数量多，现有的小修工艺，线圈很难排入。其次，下层边的损伤情况也很不乐观。因此，可以判定小修已难以恢复其正常功能。在考虑了定、转子

46、修复难度，装备、工艺能力，材料准备及工期的紧迫性等著因素后，相关领导果断决定电机转制造厂修复，于4月7日21点运到上海电机厂。冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 二、二、故障原因分析故障原因分析 1、故障的始因在转子，直接原因是固定极靴板的M48螺栓断裂。抽心后的状态显现，转子磁极极靴板紧固螺栓有4只断裂，断裂发生在头杆结合部位 ，相邻的2个螺栓也有可见开裂。通过宝钢相关技术部门的专业检测分析，基本可以确定：螺栓的断裂性质为疲劳断裂，裂纹由螺杆交接部位的R角外表面向内扩展，并延伸至

47、头部的十字槽内。头部十字槽深度的加深降低了螺栓头杆交接部位的强度冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 二、二、故障原因分析故障原因分析: :2、 通过对带回的同磁极的3只螺栓进行拉伸试验其断裂位置也在头杆结合部，其抗拉强度分别为484、486、496MPa，低于螺栓设计的强度要求。3、受力有限元分析结果为：当转速为1200r/min时，

48、螺钉头部圆弧倒角处的最大等效应力达到550 MPa，已接近螺栓材料的屈服点580 MPa。因此，螺钉头部圆弧倒角处存在严重的应力集中(图137），安全系数很低，容易在该位置产生裂纹并发生疲劳断裂。冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 4、在忽略螺栓相对于拉力较小所受的切向力后，螺栓主要受到预紧力和离心力。单个螺栓的受力计算如下：单个螺钉

49、的预紧力矩M=430 Nm，折算后的预紧力约为：当转速为最大转速1200r/min时，每个螺钉承受的离心力约为：在转速为1200r/min时，单个螺栓承受的总拉力为：(N) 4479248/4300005/5dMF预紧(N) 1677200.494/20)6020021(43020/22rmF离心(N) 12512244792167720F预紧离心螺栓FF冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 三、三、故障的发生过程描述故障的发生过程描述： 1） 转子4#极靴板负荷侧最外侧的一只固定螺

50、栓的螺栓头在总拉力（预紧力+离心力）、电磁力等作用下从应力最集中处（薄弱点）疲劳断裂脱落。剩余的19只螺栓单只承受的拉力增大，靠近断裂螺栓附近尤为突出，接着就呈现了邻近螺栓头相继断裂的恶性延伸。即将断裂脱落的编号为4-8、4-13的螺栓状态可证明这一点（见图7、图45）。如果不是伤及定子绕组形成短路接地故障，螺栓断裂的恶性漫延，所造成的电机损坏是难以想象的，也不会是12天就可修复的。冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 三、三、故障的发生过程描述故障的发生过程描述：2)、随着螺栓头断

51、裂数量的增加，极靴板该区域失去紧固力，在离心力的作用下变形翘起。同时，门型阻尼环也沿离心力方向拉伸变形，4只M16固定螺栓在离心力、剪切力的作用下被完全切断，阻尼环间连接焊缝被撕裂，阻尼环处于断续开路或至少是接触不良的状态。同样失去压紧力的磁极线圈也沿径向位置移位，出现约12mm的间隙（见图9）。3）、断裂的螺栓头在定转子气隙中摩擦、游动使电机的机械、电磁振动和异常噪音增大，同时由于阻尼环可能处于断续开路失效的状态，此时电机在电气和机械上都处于异常运行状态。（电气上应当有异常反映，机械方面应可听到异常声音）冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫

52、膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 三、三、故障的发生过程描述故障的发生过程描述：4）、断裂脱落的螺栓头，在摩擦变薄脱离圆形孔穴后，不稳定的被吸附在极靴表面或定子铁芯表面，在摩擦和电磁感应产生的涡流等作用下，剧烈发热熔损。原厚度为26mm螺栓头，被熔损挤压成厚度仅为23mm的碎片状（见图138、139）。故障磁极极靴表面和定子铁芯表面严重磨损，定子铁芯最外侧和一处通风槽整个圆周扇张变形，通风槽被覆盖阻塞冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 从定子铁芯中间局部

53、也存在明显的过热片间绝缘损伤，说明电机运行中靠近负荷侧断落的螺栓头也会沿轴向游移到中间部位，电机的间隙为10mm，因此在磨薄后卡贴在定子铁芯表面时，内部会感生涡流产生炽热的高温并呈熔化趋势，同时高温使该处定子铁芯片间绝缘严重损伤。冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 5）、脱落的（较高温度）螺栓头被挤压在定子绕组端部时，使绝缘受到机械损伤或过热失效，形成匝间短路，并迅即漫延为数只线圈的严重短路及接地跳闸。强烈的短路电弧也会对底层的线圈造成影响，后来线圈拆除后的实际情况证明了这一点，个

54、别底层的线圈也已发生匝间熔断及严重的主绝缘碳化（见图19、20）。6）、综上5点可以认为，该电机的故障应当有一段时期的发展、漫延扩大过程。冷轧冷轧17301730轧机轧机6500KW6500KW同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障同步电机凸极式转子磁极脱落甩出扫膛故障； 故障案例简介 四四、螺栓头断裂反映出的设计、和工艺执行中存在的问题、螺栓头断裂反映出的设计、和工艺执行中存在的问题 1）螺栓头部十字槽深度原设计为12mm,后改为15mm，个别实测值为15.17mm。从裂纹由螺杆交接部位的R角外表面向内扩展，并延伸至头部的十字槽内，说明头部十字槽深度的加深降低了螺栓头部的坚固性能，即降低了螺栓头杆交接部位的强度。据说