火電廠高壓電機絕緣故障原因分析與對策

李志超

大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司

1 絕緣因素對高壓電機可靠性的影響

高壓電機在大中型火電廠中一般采用6kV或10kV電動機，這類電機具有功率大、承受沖擊能力強的優(yōu)點。機側(cè)循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、電動給水泵，爐側(cè)六大風(fēng)機等大型輔機，為了降低電機啟動時對系統(tǒng)電壓的影響，一般都采用高壓電機。高壓電機在停備一段時間后，投運前需要進行絕緣測試，絕緣強度在冷態(tài)下按1MΩ/kV來控制，當(dāng)電機的絕緣低于1MΩ/kV時，為避免電機損壞或?qū)S用電系統(tǒng)造成沖擊，不允許其投入運行。通過對高壓電機故障案例進行統(tǒng)計分析，高壓電機出現(xiàn)最多的問題是絕緣故障，主要體現(xiàn)在四個方面：啟動前絕緣、吸收比測試不合格；啟動時絕緣擊穿；運行中接地或短路；檢修時耐壓試驗絕緣擊穿。在啟動瞬間或運行中出現(xiàn)絕緣故障，處理周期比較長，輕則造成機組單輔機運行，運行方式薄弱，增加了運維工作量；重則導(dǎo)致機組降出力運行或啟動延遲，被調(diào)度單位考核。

2 高壓電機常見絕緣故障及原因分析

2.1 定子引線、接線絕緣子故障

高壓電機引線緊挨著或碰到電機外殼內(nèi)表面或鐵心表面，引出后固定在電機接線盒支柱上。電動機運行過程中，引線處于熱風(fēng)區(qū)部位，散熱條件差，絕緣老化快，同時引線絕緣層長期受到振動摩擦的影響，會使絕緣層受傷，絕緣強度下降，絕緣層過薄時甚至對電機殼體放電?；痣姀S的高粉塵環(huán)境是導(dǎo)致電機內(nèi)部積灰的主要因素。開啟式高低壓電機是粉塵的最大受害者。粉塵通過散熱孔進入電機內(nèi)部，附著在電機接線絕緣子上，如果未及時處理，電機接線盒進入潮氣后，極易發(fā)生閃絡(luò)擊穿。部分老式高壓電機，接線盒接線端子選用普通陶瓷絕緣子，檢修作業(yè)過程中，如工器具不慎與瓷瓶發(fā)生撞擊，或者接線過程中緊固方法不當(dāng)，可能會出現(xiàn)瓷瓶掉釉、破損、裂紋等問題，如發(fā)現(xiàn)不及時，潮氣通過絕緣瓷瓶受傷部位進入絕緣子內(nèi)部，使絕緣子絕緣性能大幅下降，甚至發(fā)生絕緣擊穿。

2.2 絕緣受潮

高壓電機進水進汽時，如不能及時散發(fā)或烘干，將造成絕緣下降，嚴重時甚至?xí)霈F(xiàn)短路接地，造成電機損壞。引起高壓電機絕緣受潮的因素有：(1)周圍管道開裂噴水。高壓電機周圍經(jīng)常布置有熱力管道、工業(yè)水管道、工藝水管道以及取樣管路，這些管路一般都是帶有一定壓力，如焊縫開裂、管接頭脫落等異常出現(xiàn)時，將會導(dǎo)致大量水、汽射向電機，并沿電機本體縫隙進入電機內(nèi)部，導(dǎo)致絕緣受潮。(2)防雨設(shè)施損壞。部分室外電機一般設(shè)置有防雨棚或防雨罩，如果防雨罩損壞，修復(fù)不及時，將導(dǎo)致雨水直接淋到電機上，進入電機內(nèi)部后將導(dǎo)致絕緣受潮。(3)電機自身密封不嚴。電機電纜從橋架或電纜溝接入電機接線盒過程中，一般會采用穿線管加蛇皮管工藝，穿管兩端、蛇皮管兩端、接線盒穿線處，任意一點密封不嚴，都可能導(dǎo)致潮氣滲入，遇到氣溫驟降，將產(chǎn)生凝露，接線盒受潮。(4)接線盒絕緣子選型存在缺陷。部分高壓電機接線盒選用環(huán)氧樹脂或純瓷材質(zhì)的支柱絕緣子，自潔性能差，雨水或超期后絕緣下降快，雨后或空氣濕度較大時測量絕緣，絕緣電阻和吸收比頻繁出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。(5)電機電加熱器存在缺陷或未及時投入。近年來，隨著對高壓電機絕緣防潮問題不斷重視，新投產(chǎn)高壓電機都配套有電加熱器。長期停用的電機會因吸潮而使絕緣電阻的電阻值降低，如對電機繞組適當(dāng)加熱，使其溫度比環(huán)境溫度高5℃以上時，就可以預(yù)防繞組受潮，從而保證電機的正常啟動。在電機長期停備期間、雨后以及啟動前，如電加熱器未實質(zhì)投入運行，潮氣侵入電機本體，都會出現(xiàn)絕緣電阻或吸收比不合格現(xiàn)象。

2.3 積灰和積粉嚴重

磨煤機、除灰空壓機、碎煤機、皮帶電機等除灰、輸煤區(qū)域的高壓電機，因設(shè)備、管路跑冒的影響，環(huán)境中粉塵濃度較高，如電機密封不嚴或采用開啟式電機，粉塵通過縫隙進入定轉(zhuǎn)子內(nèi)部，附著在電機定轉(zhuǎn)子繞組及鐵芯上，給電機正常散熱帶來很大影響。如未及時對電機內(nèi)積灰進行清掃，將使電機運行中本體溫度不斷攀升，甚至超過電機的絕緣材料耐熱等級，加速了電機的絕緣老化。如果大量粉塵與電機周圍環(huán)境中空氣濕度大幅增大兩個因素疊加，將使電機絕緣迅速下降，發(fā)生絕緣擊穿事故。

3 高壓電機絕緣故障處理與防范

3.1 引線故障措施

(1)加強電纜引線絕緣。由于高壓絕緣引線工作于機械振動狀態(tài)，較宜采用具有較高柔韌性的硅橡膠電纜，且電纜截面可較計算截面大一級選取以降低導(dǎo)體表面的場強。南方沿海區(qū)域，夏季室外氣溫高達近40℃，且接線箱處于相對密閉的環(huán)境中，高溫是導(dǎo)致絕緣材料熱老化的主要原因。因此，可使用H級絕緣的引線電纜，加裝相同絕緣等級的引線護套，以補強引線處絕緣。為了避免銅排之間的相間短路，可在相間加裝具有一定厚度的環(huán)氧樹脂隔板并固定于接線箱箱體。接線箱采用下進線方式，避免雨水的侵入影響絕緣性能。(2)加強支柱絕緣子絕緣。支柱絕緣子通常采用陶瓷、環(huán)氧樹脂、硅橡膠以及新型DMC等材料。無機陶瓷和環(huán)氧樹脂具有較高的抗拉、抗壓性能，但無法承受較大的振動和剪切力。硅橡膠絕緣子不僅具有優(yōu)良的沿面性能，而且不會因為正常運行時的機械振動發(fā)生斷裂。由于沿海區(qū)域高鹽密、高污穢，可在硅橡膠表面涂刷PRTV以增強抗?jié)耖W和污閃能力。(3)局部放電監(jiān)測。絕緣材料的老化過程通常都伴隨著局部放電量的增加。在定期巡檢過程中，利用局放定位設(shè)備對高壓電機的高壓側(cè)接線箱等部位進行局部放電量監(jiān)測，當(dāng)某臺電機放電量出現(xiàn)明顯增高時，需加強監(jiān)視，在必要的情況下對此設(shè)備進行停機檢修。

3.2 積灰、積粉嚴重處理與防范

(1)積灰、積粉環(huán)境中高壓電機的處理。建立受灰塵、粉塵影響較大高壓電機臺賬，縮短檢修周期，利用退役檢修、小修、輪修機會，對電機進行解體檢修，清理積灰，評估絕緣老化情況。(2)防范灰塵、粉塵環(huán)境對電機影響的措施。及時更換老化的密封條、密封墊，防止灰塵、粉塵進入；做好電纜接線盒穿管處封堵，防止粉塵、潮氣浸入；開展制粉系統(tǒng)無泄漏治理，消除制粉系統(tǒng)周圍的漏點，降低鍋爐房區(qū)域粉塵濃度；開展輸煤皮帶區(qū)域水沖洗及水噴霧，抑制粉塵，優(yōu)化輸煤區(qū)域環(huán)境。

3.3 絕緣受潮處理與防范

(1)電加熱器干燥法。配有電加熱器的高壓電機，直接將電加熱器投運，觀察電機絕緣電阻變化情況，直至絕緣恢復(fù)。(2)加熱烘烤法。未配電加熱器或投運電加熱后絕緣恢復(fù)效果不明顯的電機，可采用熱風(fēng)機對接線盒等易聚集潮氣部位進行吹掃，將加熱板或紅外烤燈放入通風(fēng)口處進行烘烤驅(qū)潮。(3)電流加熱干燥法。對采用外置加熱工藝絕緣仍然沒有明顯改觀的電機，可采用電流加熱干燥法，質(zhì)量好，效率高。在電動機定子中通入一定數(shù)值的低壓電流，在定子繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，借助外力或自身系統(tǒng)阻力使轉(zhuǎn)子保持靜止，切割定子旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子鐵心中產(chǎn)生渦流發(fā)熱，使電動機升溫，達到驅(qū)潮、提升定子絕緣的效果。用電流加熱干燥法，應(yīng)注意控制好通入電流和電機溫度，防止燒壞電機繞組。(4)防止絕緣受潮的措施。采用憎水性強的DMC等材料的支柱絕緣子，能有效降低因接線盒絕緣問題產(chǎn)生的絕緣缺陷。增加電加熱器，在停備期間及時投運，使電機溫度高于環(huán)境溫度5℃以上，能有效控制電機內(nèi)空氣濕度，防止絕緣受潮。優(yōu)化保潔方式，避免采用直接水沖方式，采用吸塵器吸灰、鋸末推掃等方法進行鍋爐、汽機車間保潔，可降低人為因素對電機絕緣的影響。

綜上可知，本文對引起高壓電機絕緣故障的問題進行了認真梳理、深入分析，及時開展預(yù)防性檢修和維護工作，有效延緩了高壓電機絕緣老化速度，降低了高壓電機絕緣故障發(fā)生率。采用新技術(shù)、新材料、新工藝，可以使高壓電機高效安全長周期運行。高壓電機作為火電廠的關(guān)鍵設(shè)備，其可靠運行對提高火電機組設(shè)備可靠性、降低非計劃檢修和停運次數(shù)，具有重要意義。只有做到對高壓電機劣化狀態(tài)始終可控在控，才能為發(fā)電企業(yè)創(chuàng)造更多的安全效益和經(jīng)濟效益。

[1]李克.火電廠高壓電機絕緣故障原因分析與對策[J].電工電氣，2017(09)：69-71.

[2]李克.火電廠高壓電機絕緣故障原因分析與對策[J].機電信息，2017(24)：69-70.