高壓三相繞線式轉子異步電動機在空氣溼度大環境下的缺陷與處理

福建清源科技有限公司熱電廠的研究人員易敏，在2019年第7期《電氣技術》雜誌上撰文指出，由於福建清源科技有限公司熱電廠地處沿海，所以空氣溼度較大。

本文介紹該廠製漿車間驅動棒磨機的10kV/900kW高壓三相繞線式轉子異步電動機在空氣溼度大環境下存在的缺陷分析，並通過更換電動機的轉子形式、改變軟起動方式，建立溼度檢測自動加熱除溼系統來消除存在的缺陷，提高設備的安全性和啟停的靈活性。

福建清源科技有限公司熱電廠棒磨機驅動電動機為10kV/900kW高壓電動機，在空氣溼度大的環境下存在電動機定子、轉子線圈絕緣電阻下降快，轉子線圈絕緣電阻值經常為零，轉子集電環表面生鏽、與碳刷的電阻值造成打火現象，且碳刷磨損快，在起動時還出現過轉子相間短路放炮的現象。

採取措施如下：①在電動機外罩內部裝設兩個溼度檢測傳感器，並對原來的加熱器進行改進，由棒式加熱器換為片式加熱器，增加了加熱器數量，擴大了加熱的面積，結合溼度傳感器組建立了一套自動加熱除溼系統，消除了電動機的絕緣電阻經常不合格甚至為零的現象；②對電動機的轉子進行更換（繞線式更換為鼠籠式），把由原來加在電動機轉子上的水電阻起動改為加在電動機定子上的水電阻起動，解決了發生在電動機轉子上的一系列問題。

本文針對這些缺陷產生的原因進行分析，並對相應技術改造過程進行闡述。

1 缺陷產生的原因分析

1.1 轉子集電環表面易生鏽、碳刷磨損快，甚至出現放炮現象

在停機後，集電環會與空氣接觸，並與空氣中氧氣發生氧化反應造成集電環的表面生鏽，而碳刷長期處在溼度較大的環境中硬度會降低，故停機後再次起動集電環和碳刷間的接觸電阻會增大，打火嚴重，且摩擦力也會增大。

因碳刷的硬度降低，故碳刷的磨損速度加快，並產生大量的碳粉，再加上運行在製漿車間（將煤粉製作成水煤漿，屬於高粉塵的生產環境），這些碳粉聚集在集電環間絕緣管周圍，與潮溼的空氣接觸，這些具有導電性的碳粉達到一定程度時，就會造成集電環的相間絕緣擊穿而引起短路，從而出現放炮現象。

1.2 電動機定子、轉子對地絕緣電阻快速下降

自棒磨機設備投運以來，只要停機超過1天，電動機的定子絕緣電阻就會急劇下降，轉子的絕緣電阻有時甚至下降到零。造成這種現象的主要原因是，電動機的防護等級偏低，所處高粉塵的生產環境，且地理位置是沿海地區，空氣溼度大，空氣中含鹽份較高，在停機後電動機自身銅損和鐵損產生的熱量消失，開始冷卻，吸附在電動機定子線圈和轉子線圈上的粉塵吸收空氣中含有鹽分的水蒸氣，定子線圈和轉子線圈的絕緣層受潮使絕緣電阻降低。

在電動機自身散發的熱量消失後，冷卻空氣中的含鹽份水蒸汽凝結成微小水珠附著金屬外殼與定子線圈的絕緣部件上，導致定子繞組與金屬外殼導通，轉子繞組線圈受潮，通過轉子鐵心、轉軸、軸承與金屬外殼導通，從而使電動機的定子繞組和轉子繞組對地絕緣電阻降低。

2 對缺陷的處理

2.1 針對轉子集電環表面易生鏽、碳刷磨損快甚至出現放炮現象的缺陷處理（略）

經與該高壓電動機生產廠家溝通後確認，在不降低電動機出力的情況下進行技術改造，把原來的繞線式電動機轉子改為鼠籠式轉子，要求高壓電動機原生產廠家在原出力下設計鼠籠式轉子，轉子到廠後，將高壓電動機繞線式轉子抽出，穿入新到的鼠籠式轉子，更換同型號的新軸承（在原軸承拔下後發現缺陷無法繼續使用），其他部件維持原樣。

電動機組裝好後，先對電動機進行直接起動空試（不帶負載），運行各項參數正常。由於該電動機所帶設備是重載設備，所以必須使用軟起動來降低對電力系統的衝擊和對設備的傷害。

於是利用廠內閒置的高壓液阻櫃，把由原來加在電動機轉子上的液阻起動（如圖1所示）改為加在電動機定子上的液阻起動（如圖2所示），通過試驗調整合理的液阻值可以滿足正常起動的需要，解決了轉子集電環表面易生鏽、碳刷磨損快、甚至出現放炮現象的問題。

液體電阻值的調試如下所述。其測量電路如圖3所示。

圖1 原轉子液阻起動

圖2 現定子液阻起動

圖3 液體電阻測量電路

2.2 針對電動機定子、轉子對地絕緣電阻快速下降的缺陷處理

解決電動機定子、轉子對地絕緣電阻快速下降的問題，主要是要改進原採用的棒式加熱器純手動投退操作方式。原採用的棒式加熱器散熱的面積偏小，熱量不均勻，且人工手動投退不好把握電動機內部的空氣溼度，若投入時間太短，則控制不了電動機的定子、轉子絕緣受潮；若投入時間過長，則浪費電能。

為了保證電動機內部的乾燥度，於是引入溼度檢測自動加熱控制器：在電動機定子鐵心外的底板上用6塊板式加熱器均勻等距布置，2支溼度傳感器底部與上部對角布置（如圖4所示），將溼度檢測自動加熱控制箱裝在電動機的外部，利用溼度控制器的輸出接點自動控制主迴路交流接觸器的吸合與斷開，從而實現板式加熱器的自動投退。

溼度控制器的動作邏輯參數設置是，當2支溼度傳感器其中一隻檢查到電動機內部溼度大於50%時，加熱器投入；當兩隻溼度傳感器檢測到電動機內部的溼度小於10%時，停止加熱。

圖4 片式加熱器及溼度傳感器布置示意圖

3 改造後的情況

通過本次將電動機的繞線式轉子更換為鼠籠式轉子，沒有了滑環和機電環，集電環易生鏽、碳刷磨損快、甚至出現放炮現象的缺陷一併徹底消除，採用在電動機定子上增加液阻軟起動，通過試驗調整合適的液阻值完全能夠滿足生產的需要，加裝了一套自行設計組合的溼度檢測來自動加熱控制器，消除了以前電動機定子、轉子對地絕緣電阻快速下降的缺陷。

改造後定子對地絕緣電阻都在100MΩ以上，轉子對地絕緣電阻都在10100MΩ以上。經過這5年來的運行驗證，除了需不定期對液阻進行補充並調整至標準值外，沒有出現過其他故障，保證了設備運行的可靠性。同時設備停運後可以隨時起動，保證了設備使用的靈活性。

結論

本文對繞線式轉子10kV/900kW高壓電動機在高溼度環境集電環易生鏽、碳刷磨損快甚至出現放炮現象及定轉子對地絕緣電阻下降快的原因進行了分析，並針對性地進行了相應的技術改造，提高了設備可靠性，增強了使用靈活性，消除了設備存在的安全隱患，杜絕了類似缺陷的出現，可為有類似情況的企業提供參考。