火电厂高压电机绝缘故障原因分析与对策

李 克

（大唐三门峡发电有限责任公司,河南三门峡 472143)

0 引言

随着电力系统对安全稳定运行要求的不断提高，电网调度对发电企业机组运行的可靠性及调峰能力的管理越来越严格，因机组缺陷原因造成发电机出力不能按调度曲线运行，将带来动辄几万千瓦时的电量考核，成为影响发电企业业绩考核和提高盈利能力的重要因素。高压电机作为火电厂的主要辅机，运行中出现异常或发生事故时，将可能给机组的出力带来很大的影响，使机组被迫降出力运行，机组负荷率较高时，还可能造成机组甩负荷，甚至停机。因此做好高压电机故障的预防，是发电企业设备管理人员面对的一个重要课题。

1 绝缘因素高压电机对电机可靠性的影响

高压电机在大中型火电厂中一般采用6 kV或10 kV电动机，具有功率大、承受冲击能力强的优点[1]。机侧的循环水泵、凝结水泵、汽泵前置泵、电动给水泵，炉侧的磨煤机、送风机、引风机、一次风机等大型辅机，为了降低电机启动时对系统电压的影响，缩小电机体积，减轻重量，一般都采用高压电机。高压电机在停备一段时间后，投运前需要对2 500 V的摇表进行绝缘测试，绝缘强度在冷态下按1 MΩ/kV来控制，当电机的绝缘低压为1 MΩ/kV时，为避免电机损坏或对厂用电系统造成冲击，不允许投入运行，必须将电动机的绝缘升至1 MΩ/kV以上可以启动[2]。

根据多年来高压电机故障处理的案例统计分析，高压电机出现最多的故障是绝缘问题，主要体现在以下四个方面：电机启动前测量电机绝缘低；电机启动时绝缘击穿，保护动作跳闸；电机运行中绝缘损坏接地或短路；电机解体检修时，预试过程中绝缘击穿。在电机启动阶段或运行中出现绝缘故障，处理周期都比较长，轻则造成机组运行过程中单辅机运行，运行方式薄弱，增加了运维工作量，重则造成机组降出力运行或启动延迟，被上级主管部门考核。

2 高压电机常见绝缘故障及原因分析

2.1 绝缘老化

火电厂高压辅机在煤粉、灰尘、潮湿、高温、腐蚀的恶劣环境中长时间运行，电机绝缘老化速度加快，经常会出现启动过程中或运行过程中发生绝缘损坏，电机烧毁的现象。

引起高压电机老化的因素有以下几点。

a)机械因素。振动冲击、离心力、电磁力和热应力使绝缘产生机械变形，进而导致裂纹或磨损，出现薄弱环节。在启动大电流的作用下，绝缘的薄弱处会产生击穿、烧损。

b)热因素。夏季环境温度较高，加上高压电机冷却器因积污等情况出现冷却性能下降时，电机绝缘的温度都会升高，进而产生热老化。同时，焦耳热、涡流及介质损耗等产生的热量，一方面使绝缘软化，在各种力的综合作用下，会产生变形，出现薄弱环节;另一方面产生过热，加速绝缘老化[3]。

c)电因素。操作过电压、电压波形、突然断电、启动方式不当等，都能在绝缘的薄弱环节处发生放电或击穿，使绝缘局部烧损。

d)环境因素。安装在户外的高压电机，因热胀冷缩的因素，电机的密封性能随时间的推移会逐渐受到破坏，湿气、化学物质、尘埃等侵入绝缘层间，使绝缘性能下降，从而产生老化，发生放电或击穿。

e)工作方式。运行中缺乏科学合理的使用、管理，运行方式安排不合理，频繁启动、冲击负荷、超载运行，都将加速高压电机定子线圈绝缘的老化。多年的运行实践经验表明，长时间超载引起的高温运行是加速老化的主要原因。

2.2 绝缘受潮

高压电机进水进汽时，如不能及时散发或烘干，将造成绝缘下降，严重时甚至会出现短路接地，造成电机损坏。

引起高压电机绝缘受潮的因素有以下几点。

a)周围管道刺水。高压电机周围经常布置有热力管道、工业水管道、工艺水管道以及取样管路，这些管路一般都带有一定压力，如焊缝开裂、管接头脱落等异常出现时，将会导致大量水、汽射向电机，并沿电机本体缝隙进入电机内部，导致绝缘受潮。

b)防雨设施损坏。部分室外电机一般设置有防雨棚或防雨罩，如果防雨罩损坏，修复不及时，将导致雨水直接淋到电机上，进入电机内部后将导致绝缘受潮。

c)电机自身密封不严。电机电缆从桥架或电缆沟接入电机接线盒过程中，一般会采用穿线管加蛇皮管工艺，穿管两端、蛇皮管两端、接线盒穿线处，任意一点密封不严，都可能导致潮气渗入，遇到气温骤降，将产生凝露，接线盒受潮［4］。

d)接线盒绝缘子选型存在缺陷。部分高压电机接线盒选用环氧树脂或纯瓷材质的支柱绝缘子，自洁性能差，雨水或超期后绝缘下降快，雨后或空气湿度较大时测量绝缘，绝缘和吸收比频繁出现不合格现象。

e)电机电加热器存在缺陷或未及时投入。近年来，随着对高压电机绝缘防潮问题不断重视，新投产高压电机都配套有电加热器。长期停用的电机会因吸潮而使绝缘电阻的电阻值降低，如对电机绕组适当加热，使其温度比环境温度高5℃以上时，就可以预防绕组受潮，从而保证电机的正常启动。在电机长期停备期间、雨后以及启动前，如电加热器未实质投入运行，潮气侵入电机本体，都会出现绝缘电阻或吸收比不合格现象。

2.3 定子引线、接线绝缘子故障

高压电机引线紧挨着或碰到电机外壳内表面或铁芯表面，引出后固定在电机接线盒支柱上。电动机运行过程中，引线处于热风区部位，散热条件差，绝缘老化快，同时引线绝缘层长期受到振动摩擦的影响，会使绝缘层受伤、绝缘强度下降，绝缘过薄时甚至对电机壳体放电[5]。

火电厂的高粉尘环境，是导致电机内部积灰的主要因素。开启式高低压电机，是粉尘的最大受害者。粉尘通过散热孔进入电机内部，附着在电机接线绝缘子上，如果未及时处理，电机接线盒进入潮气后，极易发生闪络击穿。

部分老式高压电机，接线盒接线端子选用普通陶瓷绝缘子，检修作业过程中，如工器具不慎与瓷瓶发生撞击，或者接线过程中紧固方法不当，可能会出现瓷瓶掉釉、破损、裂纹等问题，如发现不及时，潮气通过绝缘瓷瓶受伤部位进入绝缘子内部，使绝缘子绝缘性能大幅下降，甚至发生绝缘击穿。

2.4 积灰、积粉严重

磨煤机、除灰空压机、碎煤机、皮带电机等除灰、输煤区域的高压电机，因设备、管路跑冒的影响，环境中粉尘浓度较高，如果电机密封不严或采用开启式电机，粉尘通过缝隙进入定转子内部，附着在电机定转子绕组及铁芯上，给电机的正常散热带来很大影响[6]。如果未及时对电机内积灰进行清扫，将使电机运行中本体温度不断攀升，甚至超过电机的绝缘材料耐热等级，加速了电机的绝缘老化。如果大量粉尘与电机周围环境中空气湿度大幅增大两个因素叠加，将使电机绝缘迅速下降，发生绝缘击穿事故。

3 高压电机绝缘故障处理与防范

3.1 绝缘老化处理与防范

a)改进电机制造工艺，提升电机绝缘抗电能力。绝缘处理环节，采用真空压力浸渍和固化等先进工艺，减少绝缘材料中的水分、气泡等杂质的含量。绝缘部件均匀合理分布电场，高效合理地承载电压。更换磁性槽楔降低铁芯温度，尽可能降低电动机运行温度。

b)缩短检修、预试周期，评估劣化趋势。运行超过10 a的高压电机，应强化对电机绝缘老化情况的判断，通过外观检查、电气预防性试验等手段，评估绝缘老化情况，发现有明显绝缘老化、劣化情况，应缩短解体检查和预防性试验周期，做到绝缘老化早发现、早处理。

c)定期疏通冷却器，降低电机运行温度。对采用开式水或工业水作为冷却介质的水冷电机，应关注冷却水水质情况，如发现冷却水质恶化已经影响到冷却器冷却效果，及时对冷却器进行清洗，消除附着物。对空冷器应采用毛刷疏通等手段，及时清楚冷却器管路上附着的灰尘。

d)调整运行方式，控制启停、出力。采用变频调节等节能运行方式，减少频繁启停对电机的冲击。增加过负荷报警，防止电机超载运行。做到合理使用，科学管理。

3.2 绝缘受潮处理与防范

a)内置电加热器干燥法。对配置有电加热器的高压电机，可直接将电加热器投运，观察电机绝缘电阻变化情况，直至绝缘恢复。

b)外置加热烘烤法。对未配置有电加热器的高压电机以及投运电加热后绝缘恢复效果不明显的电动机，可采用热风机对接线盒等易聚集潮气受潮部位进行吹扫，将加热板、红外烤灯等加热工具放入电机通风口处进行烘烤驱潮[7]。

c)电流加热干燥法。对采用外置加热工艺绝缘性能仍然没有明显改善的高压电机，可采用电流加热干燥法。其原理是在电动机定子中通入一定数值的低压电流，在定子绕组中产生旋转磁场，借助外力或自身系统阻力使转子保持静止，切割定子旋转磁场，在转子铁芯中产生涡流发热，是电动机升温，从而达到驱潮、提升定子绝缘的效果。通入定子的三相低压电为电机额定电压的6～15%，烘燥电流控制在不超过电机额定电流的50%。用电流干燥法处理电动机绝缘低，质量好，效率高，但应注意控制好通入电流和电机温度，防止烧坏电机绕组[8]。

d)防止绝缘受潮的措施。采用憎水性强的支柱绝缘子，能有效降低因接线盒绝缘问题产生的绝缘缺陷。对电机进行升级改造，增加电加热棒，在停备期间及早投运电加热，使电机温度高于环境温度5℃以上，能有效控制电机内空气湿度，防止绝缘受潮。优化车间保洁方式，避免采用直接水冲的方法，采用吸尘器、锯末等手段进行锅炉、汽机车间保洁，降低人为因素对电机绝缘的干扰。

3.3 引线、瓷瓶故障处理与防范

a)引线故障处理。将绑扎线解开，查看是否有引线的振动摩擦、老化所导致的绝缘层损伤，找出绝缘损坏点，然后用绝缘材料将其包扎好，利用高质量的绝缘材料包扎好。最后使用环氧树脂或绝缘漆涂敷烘干。耐压试验合格后方可投运。

b)瓷瓶故障处理。检查瓷瓶是否有大量积污，如果太脏，对积污用抹布进行清擦。如果瓷瓶有掉瓷釉、缺损对外壳爬电弧光闪络现象，拆下确认是否因这个问题造成绝缘降低，必要时更换瓷瓶。

c)防止运行中引线、瓷瓶运行中故障的措施。在大、小修中加强对端部连线以及引出线绝缘状况的检查，对有龟裂现象的引出线及时进行更换，或对三相引出线加装绝缘套管，对定子老化的部位要浸环氧树脂漆，对更换后的引出线或端部连线进行加固。

3.4 积灰、积粉严重处理与防范

积灰、积粉环境中高压电机的处理。建立受灰尘、粉尘影响较大高压电机台账，缩短电机检修周期，利用退役检修、小修、轮修机会，对电机进行解体清扫检查，清理积灰，评估绝缘老化情况。

防范灰尘、粉尘环境对电机影响的措施。及时更换电机老化的密封条及密封垫，防止灰尘、粉尘进入；做好电缆接线盒穿管处封堵工作，防止粉尘、潮气浸入；开展制粉系统无泄漏治理工作，及时消除制粉系统周围的漏点，降低锅炉房区域粉尘浓度；开展输煤皮带区域水冲洗及水喷雾工作，抑制粉尘飞扬，优化输煤区域环境。

4 结束语

通过对引起高压电机绝缘故障的问题进行认真梳理、深入分析，总结经验、摸索规律，有针对性地开展预防性检修工作和维护工作，可以有效延缓高压电机绝缘老化速度，降低高压电机绝缘故障发生率。采用新技术、新材料、新工艺，能够使高压电机高效安全的长周期运行。高压电机作为火电厂的关键设备，它的可靠运行，对提高火电机组设备可靠性，降低非计划检修和停运次数，具有重要意义。只有做到对高压电机劣化状态始终可控在控，才能为发电企业创造更多的安全效益和经济效益。

[1]焦如武.高压电机故障原因分析及处理方法 [J].工程技术，2016 （10）：230.

[2]周长征.对高压电机使用中常见问题及防范处理的对策 [J].黑龙江科学，2014（8） :289.

[3]程义岩.6 kV高压电动机定子绝缘过早老化的原因分析及修复改进 [J].上海大中型电机，2008（1） :34-37.

[4]张志猛，张建忠，岳啸鸣，等.高压电动机故障原因分析及预防 [J].大电机技术，2011（8） :47-48.

[5]崔海勋.高压电机使用中的常见问题及防范处理 [J].内蒙古煤炭经济，2011（2） :106-107.

[6]刘秀明.600 MW发电机氢气冷却器在线清洗可行性研究与实施 [J].中国新技术新产品，2016（13） :60-61.

[7]张天宇.高压大容量电动机定子绕阻损坏原因分析及故障点查找 [J].内蒙古石油化工，2015（8） :78-80.

[8]孙攀，李振忠.论高压电机绝缘与干燥问题 [J].科技创新与应用，2013（16） :102.