600 MW机组给水泵电机绝缘故障预防措施

2014-07-30李思国卢爱国

山西焦煤科技 2014年6期

李思国，卢爱国

(山西兴能发电有限公司，山西太原 030206)

近几年，大部分电厂投运的600 MW机组无论是3×50%的3台电动给水泵配置方式，还是3×35%的3台电动给水泵配置方式，为了节约用电经常对给水泵电机进行启停操作，启停的频率达到每天一台次以上。如此操作造成给水泵电机绝缘降低，甚至损坏，本文以实际案例对给水泵电机故障进行分析和探讨。

给水泵电机参数：型号YKS1000-4、额定频率50 Hz、额定功率11 000 kW、功率因数0.89、定子10 000 V、电流739 A、接线方式Y、额定转速1 494 r/min、绝缘等级F级、海拔1 000 m、防护等级IP44、冷却方式IC81W、环境温度40℃、标准编号：Q/DBEB2006-2005、质量36 000 kg。

1 故障情况及现象

对参与调峰的600 MW机组，给水泵电机在机组投产运行初期，一般不会出现异常，但在运行3年以后，问题陆续出现，主要表现为电机绝缘降低，在运行中出现故障跳闸或检修时通不过预防性试验，即绝缘耐压时击穿。

下面列举近来发生的几个案例：

1) 案例1。兴能公司2013年9月7日19:26，4#机3#给水泵启动时跳闸。继保检修人员检查电源开关保护装置，发现面板显示接地保护动作，随后对该装置进行校验，无异常。

电气检修人员同时检查4#机3#给水泵电动机绝缘和直阻，检查结果为：

测电机绝缘均为200 MΩ以上，测单相直阻数值：Ra=0.032 78 Ω、Rb=0.032 8 Ω、Rc=0.043 3 Ω,直阻互差32%，大于标准2%。

电气检修人员就地解体检查电动机，打开接线盒及中性点箱，未见异常。打开电动机侧面的加热器挡板，有烟雾冒出并伴有烟味，然后打开电机两侧挡板，发现电机引出线侧(给水泵前置泵侧部)线圈时钟6～7点位置线圈端部过桥引线处多根由于烟熏变黑，继续检查，发现C相线圈大桥根部崩断(见图1)。

图1 线圈大桥故障(崩断)示意图

经过全面检查，诊断出引起故障原因为电机C相线圈大桥连接处焊接不良，经过处理后，再做电气耐压试验，A、C相电气绝缘良好，2.5Un直流耐压试验合格，而B相绕组在直流电压升到1.8Un时突然发生闪烁击穿，查找后发现发生绝缘击穿位置位于电机非引出线侧B相5点位置，线圈出槽口发生绝缘击穿现象。

2) 案例2。兴能公司2014年2月13日14点40分4#机2#给水泵电机接地保护动作，装置显示故障电流为：Ia=0.49 A，Ib=0.50 A，Ic=0.66 A，Iog=9.97 A，继保人员校核保护装置无异常。

电气检修人员检查电机，测量电机阻值三相为：Ra=0.072 85，Rb=0.072 68，Rc=0.072 55互差为0.4%，合格。电机绝缘测试A相、B相均为1 000 MΩ，C相绝缘为20 MΩ。电机C相绝缘明显偏低。进行直流耐压试验时，A、B相DC15 000 V试验通过(绝缘及泄露电流正常，当时考虑到绝缘可能降低，故降低试验标准做简单判断，待1.5Un合格后再做标准电压试验)，C相做直流耐压实验时，升不起压。拆开电机端盖，打开风挡板，直流升压查找故障，故障点在电机非引线侧(给水泵主泵侧)4点方位，距槽口大约2 cm位置处，线棒对铁芯放电。

3) 其他情况(预防性试验未能通过现象)。

a) 2014年3月5日，山西兴能发电有限公司4#机1#给水泵电机预防性试验时电压升到1.3万V时发生C相非引出线侧绝缘击穿故障，检查发现击穿位置也是在约5点位置，距槽口3～4 cm处。

b) 同煤轩岗电厂2013年3月600 MW机组1#机1#给水泵电机试验时绝缘击穿，经过修理更换电机线圈，运行一年后于2014年3月预防性试验时再次击穿。

c) 山西漳山电厂600 MW机组给水泵电机在2#机组检修期间，在2013年7月31日和2013年8月3日2台给水泵电机做预防性试验时发生电机绝缘击穿的现象。而后检查第3台电机时发现端部线圈磨损程度比前2台严重，电气试验也不合格。

2 原因分析

1) 电机设计制造的缺陷是造成上述事故的主要原因。发生上述故障现象的电机分别由不同电机制造厂家生产，说明电机厂大型给水泵电机制造经验不足，主要表现在制造电机时，对电机线圈的绝缘在槽口及端部线圈的绑扎没有做强化处理，使这些部位绝缘的耐热及抗震能力低。

2) 由于电机频繁启动，启动时的冲击电磁力是造成电机损伤的重要原因。根据案例分析，发生故障的给水泵电机大都是参与调峰的机组，由于参与调峰给水泵电机每天有1台次的启停操作，如此频繁的操作是造成电机损坏的直接原因。大容量电机启动时产生5～7倍额定电流，对于给水泵电机，启动电流将达到5 000 A，根据电磁力公式F=BIL，将产生很大的电磁力，对电机定子线圈、转子鼠笼条产生很大的冲击破坏作用。另外，电机启停操作还承受着除电磁力外的热应力和机械力的作用。频繁启动会使线圈、铁芯等承受弯曲、冲击、冷热的变化，铜、绝缘、铁热膨胀系数不同也会引起绝缘的损伤。

3) 频繁启停操作过电压会造成电机定子线圈绝缘的损伤。定子线圈类似电感线圈，频繁启停中高压开关通断时会在电机定子绕组上产生操作过电压，这种电压有时会达到外加电压的5倍以上，这样高的过电压会对电机绝缘造成极大伤害。

4) 大容量电机运行时，由电磁感应产生较大的电磁力会对定子线圈绝缘产生不利影响。电磁感应产生的电磁力在定转子之间相互作用，电磁力作用下将产生相应的振动，由于制造工艺及实际运行等多种因素的影响，这种电磁振动会造成电机端部绕组绝缘磨损和疲劳断裂破坏。这些破坏表现为线圈相互摩擦，线圈与铁芯之间相互摩擦，线棒出槽口振动损伤，线圈大、小桥引线振动磨损，严重影响电机正常运行，造成电动机故障。

5) 电机运行时各部件的损耗导致该部件发热，铜耗铁耗会使线圈铁芯发热，高温下会使导线外绝缘损伤，使绝缘加速老化、寿命降低。案例中电机的故障点大都发生在线圈直线段与端部弯曲部分的过渡位置及线圈连接线的根部(线圈端部)，电机启动及正常运行时这些部位受到的各种应力损害最厉害，频繁的启动加上长期的电磁力疲劳损伤，这些位置处绝缘最薄弱，损伤最严重，绝缘降低的最厉害，发生接地故障的几率也增加。

3 故障部位的处理措施

对于发生上述槽口绝缘击穿或线圈及线圈组连接线(大小桥)故障的情况，如果故障损坏程度较轻，同时检修时间不宽裕，为了满足尽快发电带负荷等要求时，该公司做出如下处理：

1) 故障部位的清理。

对于类似大小桥烧断的故障情况，首先清理故障部位碳化绝缘及其他杂物，剥开故障部位两端的铜线，长度约150 mm左右；其次割断去除相邻线圈的绑线，留出足够的空间，方便下一步工作。

对于槽口部位线圈绝缘击穿的故障情况，要逐层剥去故障部位的绝缘，清理去除绝缘损坏碳化部位，找到故障点，观察并确定故障时没有引起匝间的短路，仅是靠近槽口部位线圈对地绝缘的损坏。

2) 故障部位的处理。

对于大小桥烧损的处理，首先需要尺寸合适的扁铜线，根据大(小)桥与线圈引出线的空间位置弯曲选好扁铜线；再选取焊接用的辅材，如焊丝选用银焊条B-Ag45CuZn，HYAg45 d4×450 及匹配焊药(焊粉)，然后进行焊接。焊好冷却，待电气试验合格后进行绝缘包扎及恢复，材料采用F级5440-1桐马酸酐粉云母带并隔层刷环氧树脂漆，直到绝缘厚度稍微高出相邻部位绝缘时为止，包扎不少于7～8层。

对于出槽口线圈绝缘击穿的故障相对处理比较简单，找到故障点后，清理挖去损坏碳化的绝缘层，测试电机的直阻，确定没有匝间短路，然后补填故障部位绝缘，对地的绝缘垫好合适尺寸的云母片或云母带，并涂刷环氧树脂漆，进而根据线圈的形状补填F级5440-1桐马酸酐粉云母带1～2层，再涂刷1层环氧树脂，如此反复直到补填的绝缘厚度达到稍微高出临近绝缘为止。

上述两种故障情况的不同处理方法都需要在绝缘干燥(环氧树脂一般干燥周期不少于24 h)后做电气试验，合格后方可投入使用。

4 绝缘损坏故障的预防

1) 电机制造厂把好产品质量关。

2) 对给水泵进行技术改造，避免频繁启动。

a) 增容改造。把3×35%的3台给水泵改造成3×50%给水泵运行方式，这样平常运转2台给水泵，通过调节给水泵液力偶合器改变给水泵出力达到调峰的目的，给水泵电机的启停只是正常的设备轮换操作，可以设置为15～30天进行备用切换的启停操作，降低启停次数。

b) 变频改造。变频改造是最理想的方法，目前也有成功的案例。如同煤轩岗电厂，此前在600 MW机组参与调峰时对给水泵电机启停操作，虽然能达到节电效果，但是频繁启停给水泵，电机绝缘损坏，可靠性下降。2013年，该厂对2#机进行技术改造，将3×35%的3台工频给水泵改造成2×50%变频运行+1×35%工频运行的给水泵运行方式。35%工频运行的给水泵只在机组启动使用或事故备用，正常时2台变频电机运行，这种方式节能效果明显，2013年同煤轩岗电厂2#机给水泵变频改造后厂用电下降了1%，改造避免了启动冲击电磁力的作用和操作过电压的伤害，能有效保护电机的绝缘，延长其使用寿命。

3) 改进电机绝缘，提高承受频繁启停的能力。

鉴于给水泵电机频繁启动带来绝缘降低的可能，对于上述两种情况的临时处理方法，条件允许下可以再对电机定子进行整体浸渍、烘焙处理，以进一步提高绝缘水平。

为了解决绝缘降低的隐患问题，处理发生绝缘击穿的类似故障最好的办法是对电机进行全部线圈的更换，在线圈的选材及制作工艺上要在原基础上加强改进并把好质量关，从根本上改善电机的绝缘性能，增强电机抗频繁启动的能力。