一种同步电动机定子绕组相间击穿的修复方法

陈 武，李 庄，马 悦

（江苏省骆运管理处刘老涧闸站管理所，江苏 宿迁 223800）

在大中型泵站运行中，同步电动机的稳定运行起到关键作用，通过对泵站同步电动机定子绕组相间击穿现场焊接修复，发现此方法省时省力，是一种较好的修复方法，并总结了同步电机预防出现定子绕组相间、匝间击穿的故障原因及预防措施。

1 泵站同步电动机故障

江苏省骆运管理处刘老涧闸站管理所泵站6kV同步电动机型号为TL2200-40/3250，容量为2200kW，额定电流为248A，励磁电压为139V，励磁电流为255A，功率因数为0.9，转速为150r/min，绝缘等级为B级。

2015年6月3#机组运行中定子差动保护动作跳闸，对定子绕组进行绝缘检查，测量得出A相绝缘35.6M、吸收比1.04、直流电阻156.5mΩ，B相绝缘38.2M、吸收比1.15、直流电阻156.7mΩ，C相绝缘1.21G、吸收比1.69、直流电阻156.9mΩ。此外，AB相间绝缘为31MΩ。由以上测量数据得出定子绕组三相直阻平衡度小于2%，AB两相绝缘电阻偏小，且与C相绝缘电阻相差较大，AB两相吸收比均小于规定值1.3，初步得出AB相间击穿，匝间可能击穿。经过对定子绕组检查，发现某处AB相间有弧光烧损痕迹，经过剥线发现该处AB铜排有击穿痕迹，如图1所示。

图1 AB绕组相间击穿故障点

2 故障分析

该泵站建站已20年，一直承担对运河补水、调水任务，3#机距上次大修已累计运行8000多台时。2014年江苏省骆运管理处刘老涧闸站管理所委托江都引江机械电气检测有限公司对泵站机电部分进行检测鉴定，鉴定得出主电机为三类设备，主要存在机组运行温度波动较大，使导线、绝缘层和包扎件等有不同程度的膨胀变化，造成胶漆鼓胀、破裂和松动，主电机绕组绝缘失去弹性；矽钢片变形严重，呈波浪形，波谷达2mm，明显松动；定子通风沟通风不畅，导致温升偏高；定转子铁芯局部变形、锈蚀严重；电机滑环表面有划痕，碳刷磨损较快；机组运行振动和噪声偏大等问题。

另外该电机采用B级绝缘，绝缘材料耐温限值低，定子通风沟通风不畅，导致电机运行时温升偏高，绝缘材料老化严重。电机三相绕阻△tgδ、tgδn值及电容增加率均大于规定标准值，表明绝缘已呈老化特征。电机线圈采用模压多胶线圈B级绝缘，工艺与性能落后。

分析故障原因以避免以后再次出现相关故障。三相电机的相间短路，是三相绕组中有两相绕组之间短路了，可以用遥测绝缘测定；匝间短路是同相绕组线匝之间的短路，无法用遥测绝缘测定。匝间短路包括各极相组线圈间短路、一个极相组中线圈之间短路以及一个线圈中的线匝之间短路。相间短路故障通常有绕组端部层间短路和槽内上下层线圈之间短路。造成相间短路的原因是由于相间绝缘尺寸不符合规定、绝缘垫本身有缺陷、层间垫条垫偏或嵌线时使其遭受损伤等

该站3#主机为电机老化、绝缘性能显著下降使AB相间绝缘不合格，导致相间击穿。

3 定子绕组相间击穿修复

经过方案研讨和论证，采用修复方案：对故障点进行剥线，打磨两相铜条，以银铜焊条对铜条补焊修复，并打磨处理，之后对故障点表面缠10层F级云母带及一层涤纶带，涂刷绝缘漆，定子绕组加热至90℃保持8h。

3.1 材料准备

涤纶带1卷，F级云母带4卷，石英毡1m2，石棉粉1kg，石棉布2m，银铜焊条（30%银、70%铜）4根，1032绝缘漆2kg，部分铜排，什锦锉1套，氧气乙炔焊等。

3.2 故障检修

（1）故障点处理：对故障点进行剥线处理，周围除污除尘，并对故障点铜条打磨，虚连的部分清除，制作铜条捆扎于损坏较大的铜排；对故障点待焊接周围垫石英毡，漏缝处以石棉粉填充，防止焊接时对周围线圈造成损伤。

（2）故障点焊接：用银铜焊条对故障点进行焊接处理，银铜焊条焊接后流动性好，可对焊点周围实现尽可能包裹，以故障点的铜条截面积满足最大载流量为准；焊接中需对焊点周围塞石棉粉及石棉布，防止焊接时火焰对线圈造成损伤；焊接完成冷却后，用什锦锉对焊接点部位进行打磨处理，以焊点无毛刺圆润为止；清除故障点杂物，对焊接点缠绕10层F级云母带（1kV缠绕1层，选用电机高一绝缘等级），最后缠绕一层涤纶带，并用绝缘漆涂刷均匀，如图2所示。

图2 故障点焊接

（3）加热绝缘处理：将定子三相绕组串联，首尾两端与励磁装置出现端出现连接，并用石英毡对故障点覆盖保温；励磁装置手动投励逐步从100A至180A，随时监视定子绕组温度至90℃，烘烤8h。

对修复后的定子绕组测量绝缘，A相为810M、吸收比为1.51、直阻为156.5mΩ，B相为860M、吸收比为1.52、直阻为156.7mΩ，C相为1.2G、吸收比为1.68、直阻为156.9mΩ。该电机定子绕组三相绝缘电阻、吸收比及直流电阻等试验数据均达到规定值。本次故障检修是成功的，随后对该电机进行试启动，3#电机各项电气参数正常。

4 修复方法评价

可以看出此次定子绕组相间击穿修复方法有以下优点。

（1）成本较低，经统计材料成本费用不足1千元，材料较少且网上均可正常购置。

（2）维修周期较短：检查、研讨、检修、试运行周期共为5d左右，大大缩短了抢修和停机时间。电机及时消除故障为提高单位工程效益的发挥起到重要作用。

（3）施工工艺简易：查出故障点，现场施工，省去回厂绝缘处理。回厂周期较长且回厂绝缘抽芯处理费用较高约为10万元左右。

对于运行中高压同步电机出现定子差动保护动作情况，笔者认为技术人员应该进行高度重视，首先检查定子绕组三相相间及对地绝缘（排除定子绕组内部故障），其次应检查电机二次电流回路中有无端子线头松动、脱落（排除误动作）。本次3#同步电机定子绕组相间击穿修复适用于故障点在端部位置，而相间击穿大多发生于端部绝缘点薄弱位置。

5 修复后运行情况

3#主机经过近3年运行，未出现绝缘性能下降现象，三相电流平衡。期间对3#机进行解体性大修，逐步检查定子绕组，未发现其他线圈、电枢损伤情况。3#主机组至今运行稳定，各项电气参数正常。

6 避免同步电机绕组击穿的措施

6.1 保持电动机的清洁

电动机在运行中，必须保持进风口的清洁。在进风口周围至少3m以内不允许有尘土、水渍、油污和其他杂物，以防止吸入电动机内部。若这些尘土、油、水吸入电动机内部，便形成短路介质，损坏导线绝缘层，造成匝间短路，电流增大，温度升高而烧毁电动机。所以要保证电动机有足够的绝缘电阻，良好的通风冷却环境，并定期对电机定子风道除尘，机组大修时可用绝缘清洗剂对定转子线圈进行仔细绝缘清洗，禁止喷涂绝缘漆。因为现场无无尘操作间，无法对定转子线圈彻底除尘，喷绝缘漆会对线圈表面灰尘进行覆盖，影响散热使运行中电机线圈温度升高。只有这样才能使电动机在较长时间运行中保持在安全稳定的状态下工作。

6.2 观察有无振动、噪音和异常气味

电动机若出现振动，会引起与之相连的泵轴部分不同心度增高，摆度增大，使电动机负载增大，出现定子电流升高，温度随之升高降低电机绝缘性能。因此，电动机在运行中，要经常检测振动情况，发现问题要及时解决。噪声和异味是电动机运转异常、出现严重故障的前兆，必须及时发现并查明原因予以排除，否则就会延误时机，扩大故障，酿成烧毁电动机的重大事故。

6.3 提高电机安装和检修精度

电机安装和检修时应严格遵循相关安装检修规程。对于大中型泵站来讲，要提高电机安装检修时的垂直同心度、摆度、泵轴中心度、磁场中心、空气间隙、瓦间隙等精度，此外电机各配件安装检修时应牢固可靠无松动，保证电机平稳运行。

7 结束语

此次3#同步电动机定子绕组相间击穿修复方法，施工工艺简易，现场施工，所用材料较少，修复周期短。此方法大大缩短了抢修和停机时间，电机定子绕组相间击穿故障及时消除，是一种省时、省力、省材的方法，保障了泵站设备安全运行，延长了同步电动机使用寿命，大大提高了单位的工程效益。笔者藉此一种同步电动机的定子绕组相间击穿故障现场修复方法供大家提供参考。