大容量高壓電動機高低速改造后的故障分析及對策

前 言

銅山華潤電力有限公司(以下簡稱銅山華潤)總裝機容量為2×1000 MW，每臺機組共用3臺循環(huán)水泵，每臺循環(huán)水泵電機功率為3600 kW。由于水溫和蒸發(fā)量隨季節(jié)變化大，循環(huán)水用量也大不相同，夏季高溫時需要2臺泵同時運行。春、秋季節(jié)2臺泵運行又有盈余，冬季只需一臺運行就能夠滿足補水要求。因此，電廠從節(jié)能的角度出發(fā)，對全廠每臺機組中的一臺循環(huán)水泵實施了雙速改造，采用變極調速，即利用電機本身條件，將電機從單速改為雙速，泵負載高時用高速，泵負載低時用低速，改造后運行經(jīng)濟性較好。但改造后電機需采用高低速改接線箱，引起了一些新問題的出現(xiàn)。本文就一起循環(huán)水泵電機雙速改造后的故障進行分析探討。

1 工作內(nèi)容

1.1 故障概況

2016年8月4日15:35，#52循泵電機在正常啟動時跳閘，電氣專業(yè)人員立即到6KV開關室，發(fā)現(xiàn)綜合保護顯示保護速斷動作、差動保護動作?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)電機高低速切換箱有密封處有煙熏的痕跡，詢問運行人員，得知電機啟動時聽到現(xiàn)現(xiàn)場高低速切換箱發(fā)出異音。

1.2 現(xiàn)場檢查情況

檢修人員辦好工作票后，發(fā)現(xiàn)電機接線盒外觀如下圖1所示：從接線盒外觀打開接線盒后發(fā)現(xiàn)如圖2所示，轉接箱A相對接線盒蓋板放電，B相對接盒外蓋板放電。B相聯(lián)接板稍許融化， 發(fā)現(xiàn)支柱復合絕緣子大面積開裂。

檢查沒有發(fā)現(xiàn)轉接箱聯(lián)接板有松動現(xiàn)象, 接線盒內(nèi)的接線圖燒損。

圖1

圖2

B 相放電點

通過以上對電機轉接箱進行的常規(guī)檢查，分析應是由于持續(xù)放電箱體內(nèi)溫度驟然升高，導致箱體內(nèi)結點轉換圖紙起火燃燒，同時造成環(huán)氧套管開裂，連接電纜終端部分熔化。但未發(fā)現(xiàn)電機受已發(fā)事故影響引發(fā)內(nèi)部故障。

1.3 故障錄波情況

調取電機故障時的故障波形圖，可以判斷：發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時，接線相內(nèi)A相環(huán)氧套管金屬端部，與蓋板背部豎直“筋”上最近點首先發(fā)生單相接地故障。擊穿導致密閉箱體內(nèi)的絕緣環(huán)境進一步惡化，B、C相在A相發(fā)生接地故障后，導致其承受的電壓超過原相電壓，B相在A相故障發(fā)生后半個周波后，套管頂端也與蓋板發(fā)生單相接地故障。故障發(fā)生約2.5個周波后，C相在接線箱內(nèi)發(fā)生對地擊穿，B相絕緣恢復。故障發(fā)生至3.5個周波，保護正確動作，故障切除，三相故障錄波圖如圖電動機三相故障錄波圖所示：

1.4 現(xiàn)場試驗情況

① 絕緣電阻

U相： 45/700 MΩ 15S/60S

V相：400/650 MΩ 15S/60S

② 直流耐壓及泄漏

U相：3 k V/3 μ A 3kV/3μA 6kV/6μA 9kV/10μA 12kV/15μA 15kV/19μA

V相：3 k V/7 μ A 3kV/18μA 6kV/26μA 9kV/36μA μA

③ 交流耐壓試驗

U相： 9kV/310mA 1分鐘通過 耐壓后絕緣440/550 MΩ

V相：升壓6kV 保護跳閘。

電機轉大修理。電機解體后進行耐壓試驗，發(fā)現(xiàn)繞組故障點如下圖。

2 故障原因分析

2.1 前端故障分析

接線盒內(nèi)圖紙燒損

電動機三相故障錄波圖

故障是由接線箱體內(nèi)單相接地故障引發(fā)的，屬于繞組前端故障，因此A相繞組受沖擊最小，B、C相繞組均不同程度受到故障影響，但未在故障過程中發(fā)生擊穿。分析前端接地故障原因為，換線箱內(nèi)水汽過飽和，絕緣距離不足導致。故障箱體所處環(huán)境較潮濕，故障發(fā)生前故障電機已待用15天，當?shù)匾恢碧幱诎滋?5度以上高溫的持續(xù)酷暑環(huán)境中，早晚溫差較大，密封箱體內(nèi)受氣候影響夜間凝聚水汽，白天則蒸發(fā)行成水蒸汽，使得箱體內(nèi)空氣中的水蒸汽含量達到飽和，進而造成箱體內(nèi)部絕緣環(huán)境的劣化。

2.2 電機絕緣故障分析。B、C相相關部位在后期進行的交流耐壓試驗過程中發(fā)生擊穿，解體檢查發(fā)現(xiàn)，該電機定子繞組絕緣封包方式存在明顯缺陷，熱壓縮工藝未完成，導體與絕緣層間存在較多氣隙。初步分析，該電機制作工藝存在較明顯缺陷，長期運行后缺陷逐漸暴露，在外部因素誘發(fā)下引起絕緣故障。

3 改進措施

3.1 針對該設備本次故障誘因為高低速轉接箱內(nèi)空氣濕度飽和，造成箱體內(nèi)部絕緣環(huán)境的劣化，致使接線柱對轉接箱外殼放電的情況，專業(yè)人員與設備維修廠家認為當初電機改造時沒有考慮到此種情況，根據(jù)GB14711決定將電機轉接箱導電部分的爬電距離由污染等級Ⅲ調整為污染等級Ⅳ，從而加大導電部分與接地部分的絕緣距離，相應將接箱內(nèi)固定接線柱的固定板向電機內(nèi)側進行位移100mm，從而保證了設備的安全運行。

3.2 針對該設備本次絕緣子大面積表面開裂現(xiàn)象及箱體內(nèi)空氣濕度較大的情況，將其更換為DMC-1型絕緣子，其絕緣等級按10kV進行設置。

3.3 針對電機故障后，電機本體內(nèi)繞組在槽內(nèi)擊穿的情況，要求電機修理廠家，將原來的散嵌線圈改為模壓成形的線棒，熱壓穩(wěn)定在150OC左右，保證繞組與外包絕緣成一體，提高其絕緣性能及等級。

3.4 建議針對改造過或者將要改造的電機要對照GB14711的規(guī)定排查轉接箱的爬電距離，適當時可以加大一個防污等級；對于將來需要對定子繞組進行修理的電機，要加強質量預控，對于不具備整體真空浸漬的的情況，要將電機的線棒進行模壓成型，熱壓穩(wěn)定在180OC左右，壓力5公斤，穩(wěn)定一小時，保證繞組與外包絕緣成一體，提高其絕緣性能及等級。

4 結 語

節(jié)能減排是我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的長期戰(zhàn)略，火電廠的廠綜合廠用電率一直居高不下，是節(jié)能減排的重點對象。泵類負載由于其出力的大小與其轉速的立方成正比，大型泵類負載成為節(jié)能改造的重點區(qū)域，但是如果在改造過程中質量控制沒有把控好，在將來的運行過程中可能帶來很大的安全問題，給機組的安全運行帶來隱患。節(jié)能減排企業(yè)必須重視該類設備的設計合理性及質量的預控性，這樣才能安全、穩(wěn)定地享受電機雙速改造帶來的巨大節(jié)能效益。

電機解體后進行耐壓試驗