摘 要：论述了CFB锅炉细碎机高压电机选型及故障原因，为以后扩建中细碎机配套电机选型提供参考。
??河北热电有限责任公司八期技改工程（河北热电技改工程）扩建4×410 t/h CFB锅炉。CFB锅炉对燃煤粒径有着不同于煤粉炉的严格要求，要求燃煤粒径有一定粒度分布。入厂煤经环式碎煤机，一级破碎为30 mm以下颗粒，进入细碎机，破碎后直径为8 mm以下，才能满足CFB锅炉的燃烧要求。
河北热电技改工程2×410 t/h CFB锅炉细碎机的选型，是通过对国内已运行的CFB锅炉的配套碎煤机的调研，得知国产碎煤设备的出料粒度满足不了CFB锅炉的要求，于是决定细碎机本体采用技术成熟可靠的进口设备,配套高压电机和减震平台采用国产设备。
经调研，最终采用了德国某公司生产的YPE1212/SIZE1825型500 t/h细碎机。该细碎机为可逆型反击锤式细碎机，可用于CFB锅炉煤的细碎。
1细碎机工作原理
当符合入料粒度的原料进入破碎机后,立即被以60 m/s高速旋转的锤头击向冲击板,然后经锤头多次打击,最后由旋转的锤头与冲击板壁之间的挤压完成进一步破碎。碎煤机的出料粒度可根据出料细度,通过调整冲击板与锤头之间的距离来确定。
细碎机规格：
入料粒度：99%,0～30 mm
出料粒度分布：>99%， 8 mm，d50=1 mm
生产能力正常时出力：500 t/h
电动机规格：
配套电动机型号为：YKK630210
额定电压：6 kV?
额定功率：900 kW?
额定转速：600 r/min ?
电机防护等级：IP54
2电动机的选型
2.1转速的确定
河北热电技改工程用煤的哈氏可磨系数约为HGI66，实际使用过程中，要求细碎机对煤种的适应性较强。针对该工程煤质情况，采用YPE 1212型/SIZE1825型细碎机。其特点是功率大，转速低，转轴直径大，设计富裕量较大，可满足出力和物料变化等较复杂的工况要求；同时转子转速较低，可使耐磨件寿命显著加长，机器可长久、稳定、可靠、安全地运行。如果采用相对较小直径、较小功率和较高转速的机型，虽然可以满足产量要求，但是机器转速高于本方案, 极易造成过破碎现象，在工作可靠性、稳定性和物料适应性上都不如本方案，同时耐磨件寿命会大大降低。机器使用工况、可靠性相对较差，寿命较短。采用低转速方案技术的性能要优于高转速方案，同时确定电机选用10级电机，电机转速为600 r/min。
2.2功率确定
电动机功率的设计计算，即细碎机的能耗确定，与细碎机本身的规格型号无关，其取决于所需破碎的煤的出力要求、煤种、破碎比。细碎机的使用工况即破碎板与锤头之间的间隙，在相同的处理能力要求情况下，细碎机破碎板与锤头的间隙越小，所需能耗越高。
根据德国的破碎机制造行业标准，单位功耗即单位产量的能耗范围为1.0～ 1.9（kW·h）/t。根据中国的破碎机制造行业标准，破碎1 t煤/h的能耗，即单位功耗为1.4～ 1.9 kW (见中华人民共和国原机械工业部委托沈阳重型机器厂颁发的煤用锤击破碎机“标准”的补充说明)。
根据招标文件中的煤质分析表提供的煤质分析报告，河北热电工程用煤的哈氏可磨系数HGI约为66，基于此, 德国某公司计算出该煤种单位功耗为1.39（kW·h）/t。据此，同时考虑电机的实际效率93%、偶合器的实际效率95%，配套电机的功率P计算方法如下。
P = 额定产量×单位功耗/电动机效率/偶合器效率+其它机械损耗（1）
= 500×1.39/0.93/0.95+其它机械损耗
= 787+其它机械损耗
=810（kW）
在选择电动机时应预留10%的富裕量，电动机功率应为900 kW。细碎机制造厂最终确定河北热电技改工程使用的细碎机的机械轴功率为810 kW，配套电动机选900 kW。
2.3驱动部分配置选择
细碎机厂推荐电动机驱动部分连轴器配置为以下4种形式：
a. 电动机+机械联轴器采用此种驱动方式需配套低转速电机，为减少启动对电网造成的冲击，需配置软启动器。
b. 电动机＋限矩型液力偶合器采用此种驱动方式需配套低转速电机,限矩型液力偶合器可以有效改善电机的启动性能，可以有效降低投资成本。因此厂方建议招标方考虑采用此种驱动方式。
c. 电动机＋可逆调速型液力偶合器＋减速机＋机械联轴器采用此种驱动方式，可以减少电动机启动对电网造成的冲击，还可以调整转子运行速度以保证煤的出料粒度符合要求。但采用此种驱动方式造价较高。
d. 电动机＋高压变频调速系统采用此种驱动方式造价很高 细碎机制造厂意见是软启动器承载能力大，启动安全，传动效率高，运行可靠。考虑到重负荷频繁启动，根据制造厂意见，电动机配备了美国OTORTRONICS公司生产的软启动器。
考虑大电机启动时对电网的冲击大，可配置软启动器。可降低电机启动电流，保护电机，但因其造价高, 大功率细碎机采用本方案很不经济，因此在火电厂900 kW电机配套采用软启动器，其意义有待探讨。
当时也准备采用限矩型液力偶合器，但当时市场配套困难。经了解，现在德国该厂500 t/h细碎机，推荐采用1 500 r/min电动机+限矩型液力偶合器+减速箱，降转后同细碎机连接方案。
当时河北热电按细碎机制造厂意见选用德国FLEENDE公司的 RUPEX RW 630型揉性连接器，运行中1台揉性连接器损坏后拆掉，改为直接用螺丝连接。
3电动机故障情况
2台细碎机投运后，采用倒换运行，A细碎机运行6月后故障，B细碎机运行了7月后故障。
A细碎机投运1月后，电机内部就出现异响，运行检修人员认为是转子铜条断发出的响声，继续运行5月后，A细碎机在启动运行1 h 20 min后（带70%煤负荷），运行中A细碎机电动机速断保护动作，一相高压保险熔断，电动机高压电源开关跳闸。该电动机从投运到故障共运行了6月，电动机启动高压断路器选用FC开关。
B细碎机运行5月后，电动机内部出现异响，运行检修人员认为是转子铜条断发出的响声，电机厂来人说该音响不影响电动机运行，又继续运行2月，在细碎机启动运行1 h 10 min（带60%煤负荷）后，速断保护动作。该电动机从投运到故障共运行了7月。
电动机停运后，经解体检查，2台电动机转子和外鼠笼（启动笼）均严重断裂，转子铜条有裂纹，50多根脱落，多处笼条与端环焊接开裂，笼条伸出铁心端弯曲变形，断口为脆性断裂特征，最长处转子铜条脱落30 cm，脱落多块30 mm×20 mm×6 mm铜板。因电动机转子脱落铜条摩擦，致使电动机定子绕组9处铁芯槽口绝缘损坏，定子绕组对铁心放电短路，引起电动机保护动作电源开关跳闸。
电动机制造厂来人检查，结论为：电动机转子、定子报废。修理费用每台22万元，而电动机价格仅为24万元。
4电动机损坏原因分析
a. 电动机启动频繁,每天启动多次。电动机因10级转速低, 启动时电机转子散热慢,启动间隔时间按规程要求大于15 min可再启动1次,电动机还未冷下来,建议改为启动间隔2 h以上。启动时间长,电动机启动时间有时长达20 s，细碎机厂承诺电动机启动时间为15 s，启动时电动机堵转保护经常动作,从断条部位看损坏原因是转子铜条过热。
b. 启动时电动机转子铜条上、下温差悬殊，热膨胀不均匀，双鼠笼转子的上笼条电流密度大，导致启动中瞬时温升过高，超过200～300 ℃，使电动机转子铜条软化，导致断条。启动时铜条中的挤流效应，使铜条受到吸向铁槽口的电磁力, 导致在电动机转子铁心槽口断条。电动机在启动中，定子电流为额定电流的2～3倍，因为加了软启动器，限制了启动电流，在大电流作用下，将会产生较强的电磁力作用于电动机定子和转子导体上，转子导体温度急剧上升产生很大的热应力，而此时转子产生的热量大大高于定子产生的热量，加之转子自身的离心力和加速冲击所产生的切向力，这些力相互作用，循环交变，时间稍长造成笼条疲劳断裂。
c. 电动机的启动和制动在端环或笼条末端引起作用的加速力，可导致笼条末端弯曲。
d. 鼠笼绕组各部分发热不均，所引起的应力可使笼条产生裂纹甚至断裂。
e. 电动机启动过程中，导体自身的离心力和电磁力的方向相反，当离心力增加到一定程度后，在电磁力出现零值时，就将导条向槽口方向推去，当电磁力恢复到2倍幅值并大于离心力时又把导条吸向槽底，如此往复，相当于使两端钢性、固定的梁受迫震动，也容易产生疲劳断裂。
f. 电动机转子铜条为矩型,易松动，使鼠笼承受不住离心力、磁场力和热应力的作用，导体在槽内产生位移，破坏平衡，产生震动，使导体断裂。
g. 笼条与端环焊接开裂问题电动机转子鼠笼上的初始应力是在焊接工序以后,转子冷却时产生的。由于端环在焊接时因受热而直径增加,然后冷却而逐渐收缩,但此时端环已连接到转子导条的端伸而变得相当坚硬,故出现一个拉伸应力,存在于端环体和新形成的接点之中。初始应力的大小取决于焊接温度的高低，低的初始应力相对于低的焊接温度，往往制造过程中温度控制不严格，造成初始应力加大。另外，也由于焊接熔化所需要的热量在转子圆周上分布不均匀，所产生的机械应力最终导致笼条与端环焊接开裂。制造厂承认此种用途电动机应重新设计。
h. 电动机连接采用直接机械连接,启停时对电动机震动冲击大。据了解，某电厂采用限矩型液力偶合器连接，运行中未发现电动机损坏问题。据介绍美国细碎机公司电机同细碎机连接，全部采用蛇型弹簧锥型连接方式，以克服启停时对电机的震动和冲击。
i. 飞锤式细碎机电动机频繁启动。机械轴功率810 kW，配套电动机选900 kW，过载系数为1.1倍,偏小,日本某公司配套电动机过载系数为1.5倍以上。河北热电原准备将900 kW电动机更换为1 000 kW电动机，但考虑减震平台的承受力未经计算,未更换。
据资料介绍，鼠笼式大型异步电动机在重载、频繁启动情况下经常出现开焊断条问题，尤其在火力发电厂，磨煤机、细碎机、风机配套的电动机转子出现的开焊、断条问题占电动机事故的60%。这种电动机的鼠笼式转子设计,仍是目前重载启动电动机设计中的主要问题。
5结束语
受当前国内缺电情况的影响，新开工电厂较多。国内几个大型高压电动机生产厂家，新电动机定货交货期在6月以上，河北热电有限责任公司无备用同型号电动机，2台细碎机的损坏，对运行造成一定影响。当时考虑到山西阳泉煤颗粒较细，经一级破碎后进CFB锅炉燃烧，但因煤到货颗粒不稳定，易造成CFB锅炉闷炉，引起停炉。
对上述2台损坏的细碎机电动机已经返厂处理，厂家答应电动机转子铜条由矩型改为T型，即下宽上窄铜条，用支撑楔子固定，以防止转子铜条安装松动脱落飞出造成故障。为解决鼠笼式转子铜条开焊断裂问题，重新购置1台转子铸铝式细碎机电动机作为备用。
关于电动机损坏原因的初步意见为电动机制造厂电动机转子设计不合理。电动机制造厂已经答应改进，但对细碎机电动机损坏的其它原因，细碎机同电动机的连接方式，细碎机同电动机的配套容量选择，选用启动特性好的电动机等问题，还有待于进一步观察分析，总结经验。