影响故障机理的决定因素分析

由于存在很多种故障机理，我们很自然地想要知道，在定子绕组或转子绕组上实际发生的故障中，起决定作用的故障机理是哪一个。我们认为决定故障发生的因素主要有以下4个：

1）绕组的设计。

2）绕组的制造质量。

3）电机的运行环境。

4）历史维修情况。

前两者主要是电动机和发电机制造商的范畴，后两者是电机使用者的范畴。

绕组设计 制造厂商对电机的设计负责。例如，对一个定子绕组而言，制造商通过确定绝缘的厚度和运行电压来设定绕组绝缘承受的平均电场强度。此外，通过设计导体横截面积和冷却系统型式来设定绕组的温度。而机械设计是由绕组端部的支撑结构以及槽楔或槽内固定结构的型式来确定。制造商通常是基于材料特性、老化试验（见第2章）结果，当然还包括过去的成功经验，来确定电机所适用的应力水平。

然而，设计者在考虑制造绕组的材料和人工成本时必须进行许多折中考虑。降低某项设计应力的同时往往会带来其他方面应力的增加。例如，在成型定子绕组中，可以通过限制相邻线棒间固定绑块的数量来降低绕组端部的温度。但这样做会使绕组端部固定欠佳，并很可能造成绕组端部振动过大。类似地，在间接冷却的绕组中，可以通过减少主绝缘厚度，使铜导体的热量易于传导至定子铁心，从而降低定子绕组温度以及由热劣化引起电机故障的风险。但是，绝缘厚度降低的同时会提高绝缘承受的电场强度，从而增加局部放电引起电机故障的风险。其他例子参见本章参考文献[10]。电机设计者必须对这些设计应力做出权衡。不幸的是，无论如何权衡总会造成某些应力较高，最终造成某个机理的故障发展过程将超过其他因素。

制造质量 有很多关于质量问题导致具体故障机理的实例，它相比其他故障原因似乎更容易发生。在一台异步电动机转子中，如果制造的转子笼条比设计规格略大，当笼条被打入槽内后，笼条和铁心叠片都会受到损坏。如果一台高压电机的定子线圈绝缘未充分浸渍，则会产生局部放电，最终可能会因形成穿透绝缘的孔洞造成接地故障。如果一台电机定子端部绕组的支撑物或绑绳应用不当甚至缺失，则运行期间或电动机起动时的电磁力会造成端部振动，并逐渐造成绝缘磨损。更多的例子参见本章参考文献[10、11]。总之，可能一个或多个故障机理同时起作用，这取决于出现的制造缺陷是什么。

运行环境 工厂车间的设计者/工程师和（或）使用者决定了一台电动机或发电机的运行环境。运行环境一方面取决于应用要求，另一方面取决于物理环境。显然，如果一台电动机负载过大超过了额定值，那么定子绕组会过热从而引发热故障。如果一台电动机或发电机需要频繁起停，那么容易发生由热循环和感应电压冲击造成的故障。如果一台同步电机被要求输出过多的无功功率，那么由于磁通量增加可能会导致铁心端部处的定子绕组发生热劣化。在这些情况中，都存在电机应用不当的问题。值得注意的是，美国EPRI对于电动机故障调查表明，应用不当引发故障的情况占相当大的比例^[3]。(www.xing528.com)

影响绕组故障机理的物理环境包括：

1）开启式通风电机冷却空气中的磨蚀性颗粒。

2）油、湿气和（或）含盐空气。

3）开启式通风电机中的化学物质。

4）空气冷却高压电机使用的海拔高度（见第1.4.4节，即空气压力与海拔高度相关进而影响局部放电）。

5）环境温度。

6）环境湿度。

如果上述任一环境因素非常恶劣，就很可能会有一个或多个故障机理发展得较为明显。

历史维修情况 如果一位用户决定不对富油环境中的电机绕组进行清理，那么油质就会起到润滑剂的作用，从而增大绕组振动相关故障发生的可能性。类似地，如果油质吸附脏污并逐渐积累，冷却通风道可能被堵塞。除非对绕组和冷却通风道进行清理，不然会引起转子和定子因过热引发的故障。此外还有许多其他可能的例子。如果不采取及时的维修措施，如定期清理、打紧槽楔、局部绝缘浸渍和烘烤等，那么一些故障机理很可能就会随之产生。