10kV/900kW高压三相绕线式转子异步电动机在空气湿度大环境下的缺陷与处理

摘要

福建清源科技有限公司热电厂的研究人员易敏，在2019年第7期《电气技术》杂志上撰文指出，由于福建清源科技有限公司热电厂地处沿海，所以空气湿度较大。

本文介绍该厂制浆车间驱动棒磨机的10kV/900kW高压三相绕线式转子异步电动机在空气湿度大环境下存在的缺陷分析，并通过更换电动机的转子形式、改变软起动方式，建立湿度检测自动加热除湿系统来消除存在的缺陷，提高设备的安全性和起停的灵活性。

福建清源科技有限公司热电厂棒磨机驱动电动机为10kV/900kW高压电动机，在空气湿度大的环境下存在电动机定子、转子线圈绝缘电阻下降快，转子线圈绝缘电阻值经常为零，转子集电环表面生锈、与碳刷的电阻值造成打火现象，且碳刷磨损快，在起动时还出现过转子相间短路放炮的现象。

采取措施如下：①在电动机外罩内部装设两个湿度检测传感器，并对原来的加热器进行改进，由棒式加热器换为片式加热器，增加了加热器数量，扩大了加热的面积，结合湿度传感器组建立了一套自动加热除湿系统，消除了电动机的绝缘电阻经常不合格甚至为零的现象；②对电动机的转子进行更换（绕线式更换为鼠笼式），把由原来加在电动机转子上的水电阻起动改为加在电动机定子上的水电阻起动，解决了发生在电动机转子上的一系列问题。

本文针对这些缺陷产生的原因进行分析，并对相应技术改造过程进行阐述。

1 缺陷产生的原因分析

1.1 转子集电环表面易生锈、碳刷磨损快，甚至出现放炮现象

在停机后，集电环会与空气接触，并与空气中氧气发生氧化反应造成集电环的表面生锈，而碳刷长期处在湿度较大的环境中硬度会降低，故停机后再次起动集电环和碳刷间的接触电阻会增大，打火严重，且摩擦力也会增大。

因碳刷的硬度降低，故碳刷的磨损速度加快，并产生大量的碳粉，再加上运行在制浆车间（将煤粉制作成水煤浆，属于高粉尘的生产环境），这些碳粉聚集在集电环间绝缘管周围，与潮湿的空气接触，这些具有导电性的碳粉达到一定程度时，就会造成集电环的相间绝缘击穿而引起短路，从而出现放炮现象。

1.2 电动机定子、转子对地绝缘电阻快速下降

自棒磨机设备投运以来，只要停机超过1天，电动机的定子绝缘电阻就会急剧下降，转子的绝缘电阻有时甚至下降到零。造成这种现象的主要原因是，电动机的防护等级偏低，所处高粉尘的生产环境，且地理位置是沿海地区，空气湿度大，空气中含盐份较高，在停机后电动机自身铜损和铁损产生的热量消失，开始冷却，吸附在电动机定子线圈和转子线圈上的粉尘吸收空气中含有盐份的水蒸汽，定子线圈和转子线圈的绝缘层受潮使绝缘电阻降低。

在电动机自身散发的热量消失后，冷却空气中的含盐份水蒸汽凝结成微小水珠附着金属外壳与定子线圈的绝缘部件上，导致定子绕组与金属外壳导通，转子绕组线圈受潮，通过转子铁心、转轴、轴承与金属外壳导通，从而使电动机的定子绕组和转子绕组对地绝缘电阻降低。

2 对缺陷的处理

2.1 针对转子集电环表面易生锈、碳刷磨损快甚至出现放炮现象的缺陷处理（略）

经与该高压电动机生产厂家沟通后确认，在不降低电动机出力的情况下进行技术改造，把原来的绕线式电动机转子改为鼠笼式转子，要求高压电动机原生产厂家在原出力下设计鼠笼式转子，转子到厂后，将高压电动机绕线式转子抽出，穿入新到的鼠笼式转子，更换同型号的新轴承（在原轴承拔下后发现缺陷无法继续使用），其他部件维持原样。

电动机组装好后，先对电动机进行直接起动空试（不带负载），运行各项参数正常。由于该电动机所带设备是重载设备，所以必须使用软起动来降低对电力系统的冲击和对设备的伤害。

于是利用厂内闲置的高压液阻柜，把由原来加在电动机转子上的液阻起动（如图1所示）改为加在电动机定子上的液阻起动（如图2所示），通过试验调整合理的液阻值可以满足正常起动的需要，解决了转子集电环表面易生锈、碳刷磨损快、甚至出现放炮现象的问题。

液体电阻值的调试如下所述。其测量电路如图3所示。

图1 原转子液阻起动

图2 现定子液阻起动

图3 液体电阻测量电路

2.2 针对电动机定子、转子对地绝缘电阻快速下降的缺陷处理

解决电动机定子、转子对地绝缘电阻快速下降的问题，主要是要改进原采用的棒式加热器纯手动投退操作方式。原采用的棒式加热器散热的面积偏小，热量不均匀，且人工手动投退不好把握电动机内部的空气湿度，若投入时间太短，则控制不了电动机的定子、转子绝缘受潮；若投入时间过长，则浪费电能。

为了保证电动机内部的干燥度，于是引入湿度检测自动加热控制器：在电动机定子铁心外的底板上用6块板式加热器均匀等距布置，2支湿度传感器底部与上部对角布置（如图4所示），将湿度检测自动加热控制箱装在电动机的外部，利用湿度控制器的输出接点自动控制主回路交流接触器的吸合与断开，从而实现板式加热器的自动投退。

湿度控制器的动作逻辑参数设置是，当2支湿度传感器其中一只检查到电动机内部湿度大于50%时，加热器投入；当两只湿度传感器检测到电动机内部的湿度小于10%时，停止加热。

图4 片式加热器及湿度传感器布置示意图

3 改造后的情况

通过本次将电动机的绕线式转子更换为鼠笼式转子，没有了滑环和机电环，集电环易生锈、碳刷磨损快、甚至出现放炮现象的缺陷一并彻底消除，采用在电动机定子上增加液阻软起动，通过试验调整合适的液阻值完全能够满足生产的需要，加装了一套自行设计组合的湿度检测来自动加热控制器，消除了以前电动机定子、转子对地绝缘电阻快速下降的缺陷。

改造后定子对地绝缘电阻都在100MΩ以上，转子对地绝缘电阻都在10100MΩ以上。经过这5年来的运行验证，除了需不定期对液阻进行补充并调整至标准值外，没有出现过其他故障，保证了设备运行的可靠性。同时设备停运后可以随时起动，保证了设备使用的灵活性。

结论

本文对绕线式转子10kV/900kW高压电动机在高湿度环境集电环易生锈、碳刷磨损快甚至出现放炮现象及定转子对地绝缘电阻下降快的原因进行了分析，并针对性地进行了相应的技术改造，提高了设备可靠性，增强了使用灵活性，消除了设备存在的安全隐患，杜绝了类似缺陷的出现，可为有类似情况的企业提供参考。

【原】10kV/900kW高压三相绕线式转子异步电动机在空气湿度大环境下的缺陷与处理