600 MW機(jī)組給水泵電機(jī)絕緣故障預(yù)防措施

李思國，盧愛國

(山西興能發(fā)電有限公司，山西 太原 030206)

近幾年，大部分電廠投運(yùn)的600 MW機(jī)組無論是3×50%的3臺電動給水泵配置方式，還是3×35%的3臺電動給水泵配置方式，為了節(jié)約用電經(jīng)常對給水泵電機(jī)進(jìn)行啟停操作，啟停的頻率達(dá)到每天一臺次以上。如此操作造成給水泵電機(jī)絕緣降低，甚至損壞，本文以實際案例對給水泵電機(jī)故障進(jìn)行分析和探討。

給水泵電機(jī)參數(shù)：型號YKS1000-4、額定頻率50 Hz、額定功率11 000 kW、功率因數(shù)0.89、定子10 000 V、電流739 A、接線方式Y(jié)、額定轉(zhuǎn)速1 494 r/min、絕緣等級F級、海拔1 000 m、防護(hù)等級IP44、冷卻方式IC81W、環(huán)境溫度40℃、標(biāo)準(zhǔn)編號：Q/DBEB2006-2005、質(zhì)量36 000 kg。

1 故障情況及現(xiàn)象

對參與調(diào)峰的600 MW機(jī)組，給水泵電機(jī)在機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行初期，一般不會出現(xiàn)異常，但在運(yùn)行3年以后，問題陸續(xù)出現(xiàn)，主要表現(xiàn)為電機(jī)絕緣降低，在運(yùn)行中出現(xiàn)故障跳閘或檢修時通不過預(yù)防性試驗，即絕緣耐壓時擊穿。

下面列舉近來發(fā)生的幾個案例：

1) 案例1。興能公司2013年9月7日19:26，4#機(jī)3#給水泵啟動時跳閘。繼保檢修人員檢查電源開關(guān)保護(hù)裝置，發(fā)現(xiàn)面板顯示接地保護(hù)動作，隨后對該裝置進(jìn)行校驗，無異常。

電氣檢修人員同時檢查4#機(jī)3#給水泵電動機(jī)絕緣和直阻，檢查結(jié)果為：

測電機(jī)絕緣均為200 MΩ以上，測單相直阻數(shù)值：Ra=0.032 78 Ω、Rb=0.032 8 Ω、Rc=0.043 3 Ω,直阻互差32%，大于標(biāo)準(zhǔn)2%。

電氣檢修人員就地解體檢查電動機(jī)，打開接線盒及中性點(diǎn)箱，未見異常。打開電動機(jī)側(cè)面的加熱器擋板，有煙霧冒出并伴有煙味，然后打開電機(jī)兩側(cè)擋板，發(fā)現(xiàn)電機(jī)引出線側(cè)(給水泵前置泵側(cè)部)線圈時鐘6～7點(diǎn)位置線圈端部過橋引線處多根由于煙熏變黑，繼續(xù)檢查，發(fā)現(xiàn)C相線圈大橋根部崩斷(見圖1)。

圖1 線圈大橋故障(崩斷)示意圖

經(jīng)過全面檢查，診斷出引起故障原因為電機(jī)C相線圈大橋連接處焊接不良，經(jīng)過處理后，再做電氣耐壓試驗，A、C相電氣絕緣良好，2.5Un直流耐壓試驗合格，而B相繞組在直流電壓升到1.8Un時突然發(fā)生閃爍擊穿，查找后發(fā)現(xiàn)發(fā)生絕緣擊穿位置位于電機(jī)非引出線側(cè)B相5點(diǎn)位置，線圈出槽口發(fā)生絕緣擊穿現(xiàn)象。

2) 案例2。興能公司2014年2月13日14點(diǎn)40分4#機(jī)2#給水泵電機(jī)接地保護(hù)動作，裝置顯示故障電流為：Ia=0.49 A，Ib=0.50 A，Ic=0.66 A，Iog=9.97 A，繼保人員校核保護(hù)裝置無異常。

電氣檢修人員檢查電機(jī)，測量電機(jī)阻值三相為：Ra=0.072 85，Rb=0.072 68，Rc=0.072 55互差為0.4%，合格。電機(jī)絕緣測試A相、B相均為1 000 MΩ，C相絕緣為20 MΩ。電機(jī)C相絕緣明顯偏低。進(jìn)行直流耐壓試驗時，A、B相DC15 000 V試驗通過(絕緣及泄露電流正常，當(dāng)時考慮到絕緣可能降低，故降低試驗標(biāo)準(zhǔn)做簡單判斷，待1.5Un合格后再做標(biāo)準(zhǔn)電壓試驗)，C相做直流耐壓實驗時，升不起壓。拆開電機(jī)端蓋，打開風(fēng)擋板，直流升壓查找故障，故障點(diǎn)在電機(jī)非引線側(cè)(給水泵主泵側(cè))4點(diǎn)方位，距槽口大約2 cm位置處，線棒對鐵芯放電。

3) 其他情況(預(yù)防性試驗未能通過現(xiàn)象)。

a) 2014年3月5日，山西興能發(fā)電有限公司4#機(jī)1#給水泵電機(jī)預(yù)防性試驗時電壓升到1.3萬V時發(fā)生C相非引出線側(cè)絕緣擊穿故障，檢查發(fā)現(xiàn)擊穿位置也是在約5點(diǎn)位置，距槽口3～4 cm處。

b) 同煤軒崗電廠2013年3月600 MW機(jī)組1#機(jī)1#給水泵電機(jī)試驗時絕緣擊穿，經(jīng)過修理更換電機(jī)線圈，運(yùn)行一年后于2014年3月預(yù)防性試驗時再次擊穿。

c) 山西漳山電廠600 MW機(jī)組給水泵電機(jī)在2#機(jī)組檢修期間，在2013年7月31日和2013年8月3日2臺給水泵電機(jī)做預(yù)防性試驗時發(fā)生電機(jī)絕緣擊穿的現(xiàn)象。而后檢查第3臺電機(jī)時發(fā)現(xiàn)端部線圈磨損程度比前2臺嚴(yán)重，電氣試驗也不合格。

2 原因分析

1) 電機(jī)設(shè)計制造的缺陷是造成上述事故的主要原因。發(fā)生上述故障現(xiàn)象的電機(jī)分別由不同電機(jī)制造廠家生產(chǎn)，說明電機(jī)廠大型給水泵電機(jī)制造經(jīng)驗不足，主要表現(xiàn)在制造電機(jī)時，對電機(jī)線圈的絕緣在槽口及端部線圈的綁扎沒有做強(qiáng)化處理，使這些部位絕緣的耐熱及抗震能力低。

2) 由于電機(jī)頻繁啟動，啟動時的沖擊電磁力是造成電機(jī)損傷的重要原因。根據(jù)案例分析，發(fā)生故障的給水泵電機(jī)大都是參與調(diào)峰的機(jī)組，由于參與調(diào)峰給水泵電機(jī)每天有1臺次的啟停操作，如此頻繁的操作是造成電機(jī)損壞的直接原因。大容量電機(jī)啟動時產(chǎn)生5～7倍額定電流，對于給水泵電機(jī)，啟動電流將達(dá)到5 000 A，根據(jù)電磁力公式F=BIL，將產(chǎn)生很大的電磁力，對電機(jī)定子線圈、轉(zhuǎn)子鼠籠條產(chǎn)生很大的沖擊破壞作用。另外，電機(jī)啟停操作還承受著除電磁力外的熱應(yīng)力和機(jī)械力的作用。頻繁啟動會使線圈、鐵芯等承受彎曲、沖擊、冷熱的變化，銅、絕緣、鐵熱膨脹系數(shù)不同也會引起絕緣的損傷。

3) 頻繁啟停操作過電壓會造成電機(jī)定子線圈絕緣的損傷。定子線圈類似電感線圈，頻繁啟停中高壓開關(guān)通斷時會在電機(jī)定子繞組上產(chǎn)生操作過電壓，這種電壓有時會達(dá)到外加電壓的5倍以上，這樣高的過電壓會對電機(jī)絕緣造成極大傷害。

4) 大容量電機(jī)運(yùn)行時，由電磁感應(yīng)產(chǎn)生較大的電磁力會對定子線圈絕緣產(chǎn)生不利影響。電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電磁力在定轉(zhuǎn)子之間相互作用，電磁力作用下將產(chǎn)生相應(yīng)的振動，由于制造工藝及實際運(yùn)行等多種因素的影響，這種電磁振動會造成電機(jī)端部繞組絕緣磨損和疲勞斷裂破壞。這些破壞表現(xiàn)為線圈相互摩擦，線圈與鐵芯之間相互摩擦，線棒出槽口振動損傷，線圈大、小橋引線振動磨損，嚴(yán)重影響電機(jī)正常運(yùn)行，造成電動機(jī)故障。

5) 電機(jī)運(yùn)行時各部件的損耗導(dǎo)致該部件發(fā)熱，銅耗鐵耗會使線圈鐵芯發(fā)熱，高溫下會使導(dǎo)線外絕緣損傷，使絕緣加速老化、壽命降低。案例中電機(jī)的故障點(diǎn)大都發(fā)生在線圈直線段與端部彎曲部分的過渡位置及線圈連接線的根部(線圈端部)，電機(jī)啟動及正常運(yùn)行時這些部位受到的各種應(yīng)力損害最厲害，頻繁的啟動加上長期的電磁力疲勞損傷，這些位置處絕緣最薄弱，損傷最嚴(yán)重，絕緣降低的最厲害，發(fā)生接地故障的幾率也增加。

3 故障部位的處理措施

對于發(fā)生上述槽口絕緣擊穿或線圈及線圈組連接線(大小橋)故障的情況，如果故障損壞程度較輕，同時檢修時間不寬裕，為了滿足盡快發(fā)電帶負(fù)荷等要求時，該公司做出如下處理：

1) 故障部位的清理。

對于類似大小橋燒斷的故障情況，首先清理故障部位碳化絕緣及其他雜物，剝開故障部位兩端的銅線，長度約150 mm左右；其次割斷去除相鄰線圈的綁線，留出足夠的空間，方便下一步工作。

對于槽口部位線圈絕緣擊穿的故障情況，要逐層剝?nèi)ス收喜课坏慕^緣，清理去除絕緣損壞碳化部位，找到故障點(diǎn)，觀察并確定故障時沒有引起匝間的短路，僅是靠近槽口部位線圈對地絕緣的損壞。

2) 故障部位的處理。

對于大小橋燒損的處理，首先需要尺寸合適的扁銅線，根據(jù)大(小)橋與線圈引出線的空間位置彎曲選好扁銅線；再選取焊接用的輔材，如焊絲選用銀焊條B-Ag45CuZn，HYAg45 d4×450 及匹配焊藥(焊粉)，然后進(jìn)行焊接。焊好冷卻，待電氣試驗合格后進(jìn)行絕緣包扎及恢復(fù)，材料采用F級5440-1桐馬酸酐粉云母帶并隔層刷環(huán)氧樹脂漆，直到絕緣厚度稍微高出相鄰部位絕緣時為止，包扎不少于7～8層。

對于出槽口線圈絕緣擊穿的故障相對處理比較簡單，找到故障點(diǎn)后，清理挖去損壞碳化的絕緣層，測試電機(jī)的直阻，確定沒有匝間短路，然后補(bǔ)填故障部位絕緣，對地的絕緣墊好合適尺寸的云母片或云母帶，并涂刷環(huán)氧樹脂漆，進(jìn)而根據(jù)線圈的形狀補(bǔ)填F級5440-1桐馬酸酐粉云母帶1～2層，再涂刷1層環(huán)氧樹脂，如此反復(fù)直到補(bǔ)填的絕緣厚度達(dá)到稍微高出臨近絕緣為止。

上述兩種故障情況的不同處理方法都需要在絕緣干燥(環(huán)氧樹脂一般干燥周期不少于24 h)后做電氣試驗，合格后方可投入使用。

4 絕緣損壞故障的預(yù)防

1) 電機(jī)制造廠把好產(chǎn)品質(zhì)量關(guān)。

2) 對給水泵進(jìn)行技術(shù)改造，避免頻繁啟動。

a) 增容改造。把3×35%的3臺給水泵改造成3×50%給水泵運(yùn)行方式，這樣平常運(yùn)轉(zhuǎn)2臺給水泵，通過調(diào)節(jié)給水泵液力偶合器改變給水泵出力達(dá)到調(diào)峰的目的，給水泵電機(jī)的啟停只是正常的設(shè)備輪換操作，可以設(shè)置為15～30天進(jìn)行備用切換的啟停操作，降低啟停次數(shù)。

b) 變頻改造。變頻改造是最理想的方法，目前也有成功的案例。如同煤軒崗電廠，此前在600 MW機(jī)組參與調(diào)峰時對給水泵電機(jī)啟停操作，雖然能達(dá)到節(jié)電效果，但是頻繁啟停給水泵，電機(jī)絕緣損壞，可靠性下降。2013年，該廠對2#機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，將3×35%的3臺工頻給水泵改造成2×50%變頻運(yùn)行+1×35%工頻運(yùn)行的給水泵運(yùn)行方式。35%工頻運(yùn)行的給水泵只在機(jī)組啟動使用或事故備用，正常時2臺變頻電機(jī)運(yùn)行，這種方式節(jié)能效果明顯，2013年同煤軒崗電廠2#機(jī)給水泵變頻改造后廠用電下降了1%，改造避免了啟動沖擊電磁力的作用和操作過電壓的傷害，能有效保護(hù)電機(jī)的絕緣，延長其使用壽命。

3) 改進(jìn)電機(jī)絕緣，提高承受頻繁啟停的能力。

鑒于給水泵電機(jī)頻繁啟動帶來絕緣降低的可能，對于上述兩種情況的臨時處理方法，條件允許下可以再對電機(jī)定子進(jìn)行整體浸漬、烘焙處理，以進(jìn)一步提高絕緣水平。

為了解決絕緣降低的隱患問題，處理發(fā)生絕緣擊穿的類似故障最好的辦法是對電機(jī)進(jìn)行全部線圈的更換，在線圈的選材及制作工藝上要在原基礎(chǔ)上加強(qiáng)改進(jìn)并把好質(zhì)量關(guān)，從根本上改善電機(jī)的絕緣性能，增強(qiáng)電機(jī)抗頻繁啟動的能力。

5 結(jié) 語

通過對以上電機(jī)絕緣故障案例的分析探討，指出在制造、修理電機(jī)時選用先進(jìn)的絕緣材料或改進(jìn)絕緣工藝，如增加絕緣包裹層數(shù)等，從根本上提高電機(jī)的絕緣水平，增加電機(jī)使用壽命。另外，電廠對給水泵電機(jī)的變頻改造除了能延長電機(jī)使用壽命外，還能達(dá)到節(jié)電目的。