電動給水泵電機端部線圈故障分析與處理

唐旭

（大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南　湘潭　411102）

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電動給水泵電機端部線圈故障分析與處理

唐旭

（大唐湘潭發(fā)電有限責(zé)任公司，湖南湘潭411102）

〔摘 要〕介紹了某發(fā)電公司1，3號電動給水泵電機啟動時發(fā)生的絕緣故障，以及2，4號電動給水泵電機端部線圈缺陷的情況，分析了電機絕緣故障及缺陷產(chǎn)生的原因為真空開關(guān)操作過電壓、啟動電流沖擊、繞組綁扎工藝不良，并對1，3號電動給水泵電機繞組短路故障的具體原因進(jìn)行了分析，最后提出了針對性的解決措施。

〔關(guān)鍵詞〕電動給水泵；電機；端部線圈；絕緣故障

0　引言

某發(fā)電公司1，2號機組容量為300MW，3，4號機組容量為600MW，總裝機容量為1 800MW。其鍋爐給水方式為每臺機組配備2臺小汽輪機給水泵加1臺電動給水泵。電動給水泵一般作為小汽輪機給水泵的備用泵，或在機組啟停機、事故備用時運行。

電動給水泵電機作為機組容量最大的6kV電動機，其可靠性相當(dāng)重要。根據(jù)調(diào)研，各發(fā)電公司同類型機組的電動給水泵電機一般都存在或多或少的缺陷，特別是電機端部線圈缺陷。所以分析電動給水泵電機端部線圈故障的特點、原因及改進(jìn)方案，十分必要。

1　電動給水泵電機簡介

1，2號機組電動給水泵電機由東方電機廠生產(chǎn)，型號為YKS5400-4，額定功率5 400 kW，額定電流598A，額定電壓6kV，額定轉(zhuǎn)速1 492 r/min，接線方式Y(jié)；于2007年2月生產(chǎn)，2007年和2008年相繼投入運行，編號分別為1，2號電動給水泵電機。3，4號機組電動給水泵電機由湘潭電機股份有限公司生產(chǎn)，型號為YKS900-4，額定功率8 000 kW，額定電流894A，額定電壓6kV，額定轉(zhuǎn)速1 492 r/min，接線方式Y(jié)；于2005年4月生產(chǎn)，2006年3月投入運行，編號分別為3，4號電動給水泵電機。各個電動給水泵開關(guān)與電機之間均裝設(shè)有ZnO過電壓保護(hù)器。

2　故障情況

2013年，1，3號電動給水泵電機啟動時先后發(fā)生絕緣損壞故障。該故障發(fā)生后，檢查2，4號電動給水泵電機，發(fā)現(xiàn)電機端部線圈也存在不同程度的缺陷。具體情況如下。

2.11號電動給水泵電機故障

2013-04-05T07：07左右，在1號發(fā)電機組開機過程中，汽輪機以500 r/min的轉(zhuǎn)速做打閘試驗時，11號小汽輪機給水泵跳閘，1號電動給水泵聯(lián)啟，瞬間集控室正常照明全滅。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)1號電動給水泵開關(guān)差動保護(hù)、綜合保護(hù)動作跳閘，6kVⅠB段母線失壓?，F(xiàn)場打開電動給水泵電機接線盒后，將電機與開關(guān)連接電纜拆開，分別進(jìn)行絕緣檢測，結(jié)果顯示電纜絕緣良好，電機絕緣為0。解除電機中性點接線后分相進(jìn)行絕緣檢查，發(fā)現(xiàn)B，C相對地絕緣電阻為0，A相絕緣合格。打開電機兩側(cè)端蓋的手孔進(jìn)行仔細(xì)檢查，電機軸伸端有很強的焦糊味，軸伸端端部線圈在6點鐘方向R角處發(fā)現(xiàn)故障點。

2.23號電動給水泵電機故障

2013-09-28，在3號發(fā)電機組開機前，搖測3號電動給水泵電機絕緣為310 MΩ，約23：00啟動電動給水泵，運行14 min，無異常。9月29日04：31，因除氧器水位波動聯(lián)啟3號電動給水泵運行，電動給水泵電機在啟動過程中故障跳閘。經(jīng)檢查，3號電動給水泵電機6kV開關(guān)屏上顯示A，B相差動保護(hù)動作，就地檢查電機有焦糊味。進(jìn)一步檢查，解開電機接線盒未發(fā)現(xiàn)異常，解開中性點連接銅排測量電機絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)A，B相間絕緣為0。打開電機前后端上端蓋，退出擋風(fēng)圈后，發(fā)現(xiàn)電機非負(fù)荷端5點鐘方向定子線圈R角處有1處線圈銅線有明顯燒融的現(xiàn)象。

電動機解體后對定、轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查，除在非負(fù)荷端5點鐘處燒損外，負(fù)荷端與非負(fù)荷端線棒R角處與固定線棒端箍之間還存在磨損，且已出現(xiàn)黃粉現(xiàn)象。

2.32，4號電動給水泵電機缺陷

針對1，3號電動給水泵電機啟動時分別發(fā)生的絕緣損壞故障，檢查2，4號電動給水泵電機，發(fā)現(xiàn)2個電機端部線圈之間、端部線圈與固定線棒端箍之間均存在多處磨損，并有黃粉出現(xiàn)。

2.4故障與缺陷特點

綜合分析該發(fā)電公司1-4號電動給水泵電機故障和發(fā)現(xiàn)的缺陷，發(fā)現(xiàn)存在以下特點：

（1）電機短路故障全部發(fā)生在電機啟動時，此時沖擊電流較大；

（2）電機短路故障部位全部都在線圈端部，具體部位為線圈的彎角（定子線圈機械加工成型的彎角）部位；

（3）電機端部綁扎線有松動，綁線與綁線、綁線與線棒間產(chǎn)生黃粉。

3　電機絕緣故障原因分析

3.1可能原因

3.1.1真空開關(guān)操作過電壓

1，2號電動給水泵電機分別由6kV工作Ⅰ，Ⅱ段天水長城開關(guān)廠生產(chǎn)的ZN28型真空開關(guān)供電，3，4號電動給水泵電機分別由6kV工作Ⅲ，Ⅳ段上海GE開關(guān)廠生產(chǎn)的VB1型真空開關(guān)供電。

DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》4.2.7條指出：在開斷高壓感應(yīng)電機時，會因斷路器的截流、三相同時開斷和高頻重復(fù)重?fù)舸┑犬a(chǎn)生過電壓。由于真空開關(guān)觸頭距離非常短，在分合閘時，總會存在不同程度的彈跳現(xiàn)象，所以在啟動和斷開真空開關(guān)時，可能會造成危險的過電壓。

電機繞組本身是一個較大的電感，它與繞組匝間電容、對地電容以及雜散電容構(gòu)成一個LC振蕩回路。根據(jù)真空開關(guān)操作過電壓產(chǎn)生的機理，當(dāng)切斷小電流時，真空開關(guān)容易產(chǎn)生過電壓，危害電機絕緣和回路設(shè)備絕緣。而電機匝間電壓與過電壓入侵波陡度成正比，當(dāng)入侵波陡度很大時，如果電機線圈制作工藝不良，其絕緣將隨著現(xiàn)場環(huán)境的變化（如吸潮、磨損、電機多次啟動等）進(jìn)一步降低，積累到一定程度時，絕緣損傷，匝間電壓將超過線圈匝間耐受電壓水平。所以，真空開關(guān)操作過電壓主要損傷電機線圈相間絕緣和匝間絕緣，特別是端部線圈絕緣部分（由過電壓頻譜中高頻部分造成）。但是并非每次啟動和斷開真空開關(guān)都會出現(xiàn)過電壓，它與開關(guān)的制造水平、電流切斷時的相位角和開關(guān)每次的開斷速度有關(guān)，即使每次都發(fā)生了過電壓，過電壓幅值也不是固定值。

3.1.2啟動電流沖擊

根據(jù)相關(guān)資料介紹，當(dāng)電機受到大電流沖擊時，電機端部，特別是繞組引入/出線是電機應(yīng)力最集中的地方。如果電機定子線圈在機械成型時，由于工藝原因彎角處產(chǎn)生細(xì)微裂紋，或當(dāng)電機下線完成后，對端部極相繞組引線進(jìn)行彎曲時，因工藝把握不好，造成細(xì)微裂紋，則設(shè)備投入運行后，在足夠大的電流沖擊下，裂紋缺陷將逐步發(fā)展，直至將線圈燒斷。

3.1.3繞組綁扎工藝不良

由于電動給水泵電機容量大，電機廠制造設(shè)計存在一定缺陷，電機端部線圈綁扎工藝不良，在電機啟動和運行時，電機繞組線棒不斷振動，并與線棒墊塊、線圈端箍之間發(fā)生碰撞摩擦，電機絕緣材料磨損，導(dǎo)致黃粉產(chǎn)生，從而造成電機絕緣材料層變薄，絕緣耐受電壓降低。

3.2具體原因

3.2.11號電動給水泵電機絕緣故障原因

該電機在2s啟動時間內(nèi)尚沒有完成啟動過程，此時電機電流遠(yuǎn)大于額定電流，電機繞組端部振動較大。而一般電機繞組端部若固定不好會造成端部磨損或變形，留下摩擦破壞絕緣的運行隱患。綜合保護(hù)動作情況，該電機故障過程應(yīng)該為：由于電機端部磨損或者其他原因，C相繞組端部有絕緣薄弱點，電機在啟動過程中由于過電壓或磨損等原因造成C相首先接地，產(chǎn)生電?。煌瑫rA，B相對地電壓升高至線電壓，在電弧和電壓升高的作用下，接地故障持續(xù)6.4s后發(fā)展為A，B相間短路。

由于電動給水泵電機每次運行時間不長，且需長時間備用，受季節(jié)氣候影響，電機端部線圈絕緣材料吸潮，導(dǎo)致絕緣水平下降；加之這種大容量電機啟動瞬間的巨大電動力，會加劇對絕緣產(chǎn)生的影響，最后在薄弱處擊穿絕緣而放炮短路。

3.2.23號電動給水泵電機絕緣故障原因

此次電動給水泵跳閘為差動保護(hù)動作出口，分析故障錄波圖可知，為A，B相間接地短路故障，結(jié)合燒壞線圈的外觀情況，分析此次電機燒壞的原因為：該股線圈存在匝（層）間絕緣隱患，受電機啟動時的巨大電動沖擊力影響，該股線圈匝間短路，加上電機本身仍處在啟動過程中，短路處電流在短時間內(nèi)上升到一個很高的峰值，導(dǎo)致線圈急劇發(fā)熱，引起銅線融化；同時高溫引起鄰相線圈絕緣破壞，繼而發(fā)展為相間接地短路故障，差動保護(hù)動作跳閘。

線圈產(chǎn)生匝（層）間絕緣隱患的可能原因為：電機線圈繞包工藝控制不到位，單股線圈耐壓、嵌線后并頭前的匝間耐壓以及出廠試驗缺陷均未能暴露出來，但隨著現(xiàn)場環(huán)境的變化，如吸潮、磨損等，電機線圈絕緣性能進(jìn)一步降低，在遇到一個較高的啟動操作過電壓時發(fā)生擊穿，形成匝間短路。

4　電機繞組短路故障與缺陷處理

4.1整體更換電機繞組

整體更換1，3號電動給水泵電機繞組，其工藝措施如下。

（1）定子繞組采用F級絕緣，外包雙層聚酰亞胺薄膜繞雙玻璃絲包扁銅線，絕緣為半疊包F級（0.11×25 5449-1）環(huán)氧粉云母帶，對端部出槽位置進(jìn)行加強，直線部分包8-10層，端部包7-9層。

（2）端箍和支架絕緣采用半疊包F級（0.14×25 5440-1）環(huán)氧粉云母帶，共9層，外半疊包0.1玻璃絲帶1層；與線圈接合部位墊適形材料，并用絳玻繩綁扎牢固。

（3）對每個繞組端部線圈端部增加支撐，并填充熱膨脹材料提高穩(wěn)定性。此措施均在槽口位置進(jìn)行，并在加熱浸漆后固化，以防止電磁振動時繞組線圈與最薄弱的槽口摩擦造成的絕緣破損短路。

（4）增加2路隱形端箍。2路絳玻繩編織在繞組線圈之間再經(jīng)浸漆后固化形成整體，起到和剛性端箍一樣的固定效果，形成4道端部端箍作用。受電機空間影響，出引線部只增加1路。

（5）按中國大唐集團(tuán)公司《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定，對電機進(jìn)行了繞組泄漏電流、交直流耐壓、直流電阻和吸收比等試驗。

4.2電機黃粉現(xiàn)象處理

2，4號電動給水泵電機黃粉均可采用以下工藝處理：

（1）用酒精對電機線圈端部進(jìn)行清洗，除去黃粉等非絕緣附著物；

（2）用碘鎢燈烘烤線圈端部，使線棒干燥；

（3）用無緯帶對端部線圈進(jìn)行加強綁扎，特別是在端箍附近部位，并使用環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行固化；

（4）在端部線圈之間填充適型材料（如環(huán)氧樹脂板等）；

（5）在端部線圈刷涂絕緣清漆（F級、能在空氣中快速干燥，俗稱氣干漆），再用碘鎢燈烘烤線圈端部。

通過以上處理方案，可在不更換電機線圈的情況下加大線圈端部綁扎牢固程度，增加端部線圈絕緣厚度，提高絕緣耐受電壓水平。

5　結(jié)束語

目前，該發(fā)電公司電動給水泵電動機經(jīng)過處理后，已投運1年多，效果較好。電動給水泵電機作為機組容量最大的6kV電動機，必須確保其可靠性。以上雖然對操作過電壓、啟動電流沖擊、制造工藝缺陷等造成短路故障的原因進(jìn)行了分析，但是今后還有必要對電機過電壓保護(hù)裝置的有效性進(jìn)行進(jìn)一步分析。

參考文獻(xiàn)：

1 國家技術(shù)監(jiān)督局.GB311.1—2012高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

收稿日期：2015-11-27。

作者簡介：

唐旭（1979-），男，工程師，主要從事電氣一次專業(yè)工作，email：xuri_2000@sina.com。