三相异步电动机绕组接地故障诊断、检修及保护

　　程志芳
 

　　安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 2018011
 

　　摘  要：本文根据企业实践调研与工作需求，多角度、多视觉的分析归纳了三相异步电动机电枢绕组接地故障的原因、诊断方法以及检修策略。为三相异步电动机的日常应用提供参考依据，让电机的运行效率和使用寿命进一步提高。
 

　　关键词：三相异步电动机；接地故障；故障诊断；故障修理
 

　　引言
 

　　三相异步电动机相比其它电机存在很多优势，它结构简单、易于批量制造、性价比高、坚固耐用、运行效率较高，工作特性适用范围广，广泛应用于工厂的动力设备，电动机的使用尤为广泛，拖动各种类型的生产机械负载，例如，恒转矩负载类：电梯、压缩机、轻工及矿山机械等，恒功率负载：铣床、机床精加工等，通风机类负载风机、泵等，以及农业生产中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等。三相异步电动机在应用过程中的故障诊断与改进也成为我们解决的问题。三相异步电动机的故障大部分发生在定子绕组上，而接地故障又是及易发生的，下面针对电动机绕组接地故障的原因，提出诊断方法，总结出电机定子绕组接地故障的修理策略。
 

　　1电机绕组接地故障的诊断分析
 

　　生产生活中，电机如果长期过载运行，就会使绕组过热而导致绝缘老化，甚至使绕组元件变焦，变脆、开裂、分层、脱落，或者由于保护不当，没有及时维护，使用环境条件差，电机也会严重受潮而失去绝缘性能。或者在嵌线过程中，工人操作不规范，疏忽大意，碰破线圈的绝缘层，而没有及时修正，导致绕组元件边中裸铜线与铁心相接触。以及绕组端部过长，与端盖相碰，随着电机运行时间长期轻微的振动，慢慢使绕组端部绝缘层磨损，裸铜线直接与端盖就会相连，或者铁心松动、转子扫膛、槽楔松动导致的线圈松动、三相引出线绝缘破坏等。
 

　　铁心装在电动机的机壳上，上述种种原因造成绕组与铁心和端盖之间的绝缘层失效，实际上就造成了绕组与机壳之间的绝缘层失效，或绕组中的裸导线直接与机壳相连。因此，这类故障俗称壳碰。因为电动机的机壳是接地的，所以又统称为绕组接地故障。
 

　　2绕组接地故障的几种检查方法
 

　　严重的接地故障将使电机不能启动，轻微的间歇性接地如不及时处理，会使事故扩大，造成线圈短路。还会使电动机机壳带电，造成人身触电的危险。所以应及时找到接触点并予以排除，以保证人身和设备安全，下面介绍几种简单的故障接地检查方法，以方便操作人员快速准确地找到接地故障点。
 

　　2.1观察法
 

　　在电机运行过程中，我们可以注意电机的外部现象以及发出的声音，判断电机运行是否正常，也可以打开点击端盖观察分析，接地点一般会发生在绕组端接部位，接近铁芯槽口部位，而且有破裂和焦黑的迹象，与周围其他地方颜色不同，所以应首先在这些地方寻找接地点，如果没有发现端部接地点，就在槽内的线圈边中寻找接地点，通过观察法排除潜在故障简单，用处广，需要一定的工作经验。
 

　　2.2照明灯检查法
 

　　这种检测方法对绕组接地故障的排查相对复杂，需要把电机各项绕组的接头拆开，各项绕组都不在接通，把照明灯逐相接上进行故障排查，照明灯串联在220V电源上，一端接地或接在电机的机壳上，另一端与三相绕组的每个端头相接，首末段均可，照明灯亮，就表示该相绕组出现接地故障，发现接地故障后，可把该相绕组拆开，用同样的方法找出哪一组线圈出现接地故障，一旦确定线圈接地，轻轻撬动或晃动该相绕组中的各个线圈，注意观察灯光现象，如果灯光忽明忽暗或闪烁，表明该线圈存在接地故障。采用这种方法诊断电机的接地故障，需要特别小心，停止检查后，应立即切断电源，以免造成不必要的伤害。
 

　　2.3万用表检查法
 

　　将万用表上的电阻旋钮转到Ω×10k的量程上，一根表笔与机壳相碰，另一根表笔依次与绕组的线头相接，如测得的电阻很大，则表明没有接地故障；如测得的电阻很小或为零，则证明该处有接地故障。
 

　　2.4电压降检查法
 

　　对于高压电动机金属性接地，上述方法是无法检测的，可采用电压降检查法。首先，将转子从定子内腔中抽出，将各相绕组的接线端拆开，压施加在有故障的相绕组的首末端，流入相绕组的电流应控制在额定电流的50%左右，接线如图1所示。然后，用万用表分别测出相绕首端与机壳的电压U1，相绕组末端与机壳的电压U2。因为接地点g的电位与机壳上任意一点的电位是相等的，图1虚线所示，所以测得的相绕组首端与机壳的电压U1就是相绕组首端与接地点g的电压，即U1=U1g，同理U2=U2g，我们知道了相绕组首段(或末端)与接地点的电压值，又知道施加在整个相绕组上的电压值，则不难求出接地点g与相绕组首端距离，即：
 

　　式中，L1为绕组首端至接地点的距离(一般用线圈数表示)：L为绕组总长度(一般用线圈数表示)。
 

　　3绕组接地故障的修理
 

　　3.1局部修理
 

　　如果接地点在绕组的端部，先把损坏的绝缘层刮掉并清理干净，用绝缘带包扎好并刷上绝缘漆，然后，将定子送进烘箱烘干。为防止日后再发生类似故障，可用打板对加热的绕组端部重新进行整形，使端部处不再与端盖相擦，也可在绝缘薄弱处再刷一些绝缘漆，让其自然晾干。如果接地点在定子槽口附近，可用电吹风等将故障点相关部位局部加热，待绝缘软化后打出槽契。再用划线板把槽口的接地点慢慢撬开，让线圈边与铁芯之间产生间隙，然后把同等级的绝缘材料剪成适当的尺寸，插入接地处的线圈边与铁芯之间，再用橡皮锤配合压线条，让其回到原位，后封槽口并打入槽楔。
 

3.2更换线圈
 

　　若某线圈多处接地，且不在一个位置，为了保证质量，应更换线圈。首先将线圈加热使绝缘化，将损坏的线圈拆除；然后按损坏线圈的尺寸绕制线圈；后，嵌线、接线、浸漆、烘干。
 

　　重新嵌线步骤：
 

　　(1)重新嵌线前必须详细记录原电机相关数据：
 

　　①数据：型号、转速、功率、额定电压、电流、接法、绝缘等级等。
 

　　②定子铁心数据：绕组层数、节距、每极每相槽数、并联支路数、导线规格、线圈匝数等。
 

　　(2)绕制线圈。
 

　　线圈宽度既线圈的上层边和下层边间的距离计算K：K=〔π(D+H)〕J÷Z；D定子内径(mm)；H槽高(mm)；J用槽数表示的节距；Z定子槽数。线圈的厚度可用经验公式计算：δ=(线圈匝数开平方+1.5)×电磁线的外径(mm)。在实际工作中，常是用绝缘线等量电机后，用多功能、多形状变化的绕线模进行电机的线圈绕制，这样方便快捷，效率高。
 

　　(3)嵌线。嵌线的过程步骤如下。
 

　　①嵌线前的准备工作。槽间、槽内绝缘、端部相间绝缘、层间绝缘、及端部扎线、绝缘管、槽楔、绑带等。定期对电机的铁芯槽进行清理，保证槽内光滑整洁。绝缘材料一般为：云母、石棉、玻璃丝、聚酯树脂、环氧树脂、聚酰亚胺薄膜、芳香族聚酰胺纤维纸复合箔等。
 

　　②首先按槽形状放入绝缘，A相、B相、C相的下边层线圈，放入下层线圈后放入层间绝缘。放入线圈C相的第3个线圈时开始放上层线圈。然后，钆合槽绝缘打入槽楔。A、B、C三相全部放入后进行端部整形。
 

　　③电机绕组端部接线注意好防护与绝缘。
 

　　④电机校验。耐压、直流电阻测试等。耐压校验的目的，检查电机的绝缘质量，以及点击是否符合工作标准，有效预防因电流泄露引起电机各种故障问题。采用直流电阻诊断电机，是为让电机短接、匝间短路故障消灭在萌芽中。
 

　　4安科瑞ARD系列智能电动机保护器介绍与综合选型
 

　　4.1产品简介
 

　　ARD该系列低压电动机保护器，具有过载、断相、不平衡、欠载、接地/漏电、堵转等保护功能。可与接触器、电动机起动器等电器元件构成电动机控制保护单元，具有远程自动控制、现场直接控制、面板指示、信号报警、现场总线通信等功能。应用范围：可广泛应用于煤矿、石化、冶炼、电力、建筑等行业的配电领域。
 

　　4.2产品选型
 

　　产品功能
 

 

　　产量和效益是企业的生命线，而时间是基本的保证，节省时间就是在提高效益，有了效益，企业才有了生存的保障，所以快速、精准地找到故障原因，短时间内排除它，也就保证了生产的效益，同时，通过对电机的常见接地故障的诊断，有效的预防了故障的发生率，保证了企业生产的效率。除了接地故障点击还存在一些其他机械故障，这些故障人为因素和电机本身原因居多，只有通过系统分析，及时维护与保养，改进管理措施，才能大大减少电机的故障和事故发生，提高电机的运行效率和使用寿命。
 

　　【参考文献】
 

　　[1]赵家礼.电动机修理手册 [M].北京：机械工业出版社，2013.
 

　　[2]王海彦.三相异步电动机绕组接地故障诊断与检修策略[J].中国设备工程,2020(04):150-152.
 

　　[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.