陈露华 吴晓东 黄文远

摘要：某电厂6.6kV通风电机因绝缘故障导致上游间隔过流保护熔断器熔断，主控闪发故障停运报警。就地检查电机绝缘为零且三相直阻不平衡，解体空压机发现电机转子齿压板三根压指断裂，引起电机定子绕组接地故障。通过对断裂压指的宏观形貌观察、扫描电镜观察和综合分析，发现断裂压指1号样品A侧断口和3号样品B侧断口的断裂性质均为高周疲劳断裂，开裂源区均位于断口上部，综合电机解体的检查结果，最终确定电机转子压指断裂的原因为齿压板制造质量缺陷。

关键词：空压机;转子齿压板;压指断裂

1.背景

某电厂6.6kV通风电机型号为Y2 355-4，功率为250KW，转速1485rpm的卧式安装电机。电机转子为直槽式铜条的鼠笼结构，两端齿压板采用压板与压指一体化铸造，压紧冲片后在内圈进行焊接牢固定型。随后穿入铜导条，采取铜排立式中频感应钎焊工艺焊接铜端环。

电机绝缘故障出现时，上游间隔过流保护熔断器熔断，就地检查电机绝缘为零且三相直阻不平衡。解体空压机发现，电机定子膛内部靠近驱动端一侧，接近1cm长度定子槽楔全部被扫断，并且对应位置的槽楔底部的下部绕组均存在被扫到的痕迹，其中底有三股绕组已漏出定子绕组电磁铜线，且存在明显的电灼烧痕迹;转子驱动端齿压板上有连续的三根压指从根部断裂，且相邻铜排有受到挤压变形的情况，部分转子硅钢片受断裂的齿压条挤压导致5小片硅钢片断裂;检查电机膛内磨损的槽楔粉末已遍布膛内，且有散落分布的銅屑和断裂硅钢片。

2.原因分析

结合电机故障现象分析，电机转子齿压板的压指断裂，在转子转动过程中离心脱出，压扫到电机定子端部绕组，扫断定子槽楔绝缘压板后进一步与电机定子绕组摩擦，破坏电磁线外绝缘包扎，导致电机定子电磁线外漏，最终引起接地跳闸。

下述对电机转子齿压板压指断裂做进一步的原因分析：

2.1.电机转子齿压板偶发的制造质量缺陷

该电机转子齿压板为压指与压圈一体化铸造形成，材质为消磁钢，这种一体化的结构，齿压板加工难度大、加工量大，但整体的刚度好、形变量小，是目前应用最广的设计工艺。现场检查转子齿压板为伞骨状镂空结构，在加工过程中，需先采取线切割方式进行切割，再经过车床的外圆与内孔的加工后，最后上铣床铣出键槽压指，因为压指根部宽度最小，刚度最弱，在加工过程中易在压指根部产生制造的质量异常，导致应力集中。

将断裂的三根压指外送西安热工研究院进行断口分析检测，通过采用包括宏观形貌观察、扫描电镜观察和综合分析的方法。检查三根断裂压指，发现1号和3号压指均有一侧被磨损，2号压指两侧断口均被磨损，无法进行金相分析;对故障中未被磨损的1号样品A侧断口和3号样品B侧断口进行扫描电镜观察，检查断口金相形貌见图2和图3。由图可见：2个样品断口均存在明显的疲劳条带，其疲劳条带间距在0.7～1.0μm之间，由疲劳条带形态可推断其断口的开裂源区位于断口上部，断裂性质均为高周疲劳断裂。而进一步对故障电机的整体齿状压圈进行着色探伤，未发现其他部位存在裂纹的情况。由此可见齿压板的制作质量缺陷是本次故障发生的根本原因。

2.2.电机运行期间轴向湍流的影响

故障电机转子采取轴向通风散热方式。这种散热方式制作的电机结构紧凑、用材省，但转子硅钢片的冲片之间有轴向风道，因此转子齿压板必须设计通风孔，形成伞骨状镂空结构。转子在高速运行情况下，由于转子内风道并不完全满足流体力学的要求，在转动过程中电机转子端部内形成气体湍流，并在定、转子端部区域产生气体的非恒定流动。电机转子一体化设计的齿压板呈现四周发散状的压指，其整体类似于伞骨结构，在电机整体运行的气体湍流振动影响下，在齿压板的压指根部结构存在一个不稳定的作用力，逐步加剧压指的断裂。

2.3.转子硅钢片热膨胀的影响

该故障电机转子硅钢片设计的固定方式是通过端部齿压板压紧后焊接固定，焊点位于转子轴与齿压板内圈接连处，呈四点90度对角焊接，而齿压板外圈压指与硅钢片间没有焊点，仅通过电机前期制造过程中的叠压进行贴合紧固。在电机运行期间，转子硅钢片向两端膨胀挤压端部齿压板的过程中，因为齿压板内圈与转子转轴已焊接固定，齿压板内圈定点固定;而齿压板外圈压指仅通过预紧力贴合压紧，在硅钢片膨胀过程中，齿压板因受硅钢片挤压，以内圈焊点为支点向外存在一个膨胀作用力。容易在齿压板的伞骨状镂空结构的根部脆弱位置出现金属疲劳，加剧压指断裂。

2.4.电机转子端部高频震动的影响

电机转子作为电机运行过程中的转动部件，是产生高频震动的主要部位，齿压板位于电机转子端部，当转子齿压板出现金属疲劳开裂后，端部的高频震动会进一步加急缺陷压指的开裂面，促使开裂面逐步扩大。并在转子端部电磁交变作用力的作用下持续恶化。

3.故障分析结论

本次电机跳闸是由于转子齿压板偶发的制造质量缺陷，在端部气体湍流、硅钢片热膨胀挤压和端部高频震动及电磁交变力的作用下，导致电机转子齿压板的压指从根部脆弱部位断裂，随电机转子转动与定子槽楔和绕组摩擦导致电机接地短路跳闸。