火電廠高壓電機(jī)絕緣故障原因分析與對(duì)策

李 克

（大唐三門峽發(fā)電有限責(zé)任公司,河南三門峽 472143)

0 引言

隨著電力系統(tǒng)對(duì)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求的不斷提高，電網(wǎng)調(diào)度對(duì)發(fā)電企業(yè)機(jī)組運(yùn)行的可靠性及調(diào)峰能力的管理越來越嚴(yán)格，因機(jī)組缺陷原因造成發(fā)電機(jī)出力不能按調(diào)度曲線運(yùn)行，將帶來動(dòng)輒幾萬千瓦時(shí)的電量考核，成為影響發(fā)電企業(yè)業(yè)績(jī)考核和提高盈利能力的重要因素。高壓電機(jī)作為火電廠的主要輔機(jī)，運(yùn)行中出現(xiàn)異?；虬l(fā)生事故時(shí)，將可能給機(jī)組的出力帶來很大的影響，使機(jī)組被迫降出力運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷率較高時(shí)，還可能造成機(jī)組甩負(fù)荷，甚至停機(jī)。因此做好高壓電機(jī)故障的預(yù)防，是發(fā)電企業(yè)設(shè)備管理人員面對(duì)的一個(gè)重要課題。

1 絕緣因素高壓電機(jī)對(duì)電機(jī)可靠性的影響

高壓電機(jī)在大中型火電廠中一般采用6 kV或10 kV電動(dòng)機(jī)，具有功率大、承受沖擊能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[1]。機(jī)側(cè)的循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵、汽泵前置泵、電動(dòng)給水泵，爐側(cè)的磨煤機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)等大型輔機(jī)，為了降低電機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)電壓的影響，縮小電機(jī)體積，減輕重量，一般都采用高壓電機(jī)。高壓電機(jī)在停備一段時(shí)間后，投運(yùn)前需要對(duì)2 500 V的搖表進(jìn)行絕緣測(cè)試，絕緣強(qiáng)度在冷態(tài)下按1 MΩ/kV來控制，當(dāng)電機(jī)的絕緣低壓為1 MΩ/kV時(shí)，為避免電機(jī)損壞或?qū)S用電系統(tǒng)造成沖擊，不允許投入運(yùn)行，必須將電動(dòng)機(jī)的絕緣升至1 MΩ/kV以上可以啟動(dòng)[2]。

根據(jù)多年來高壓電機(jī)故障處理的案例統(tǒng)計(jì)分析，高壓電機(jī)出現(xiàn)最多的故障是絕緣問題，主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：電機(jī)啟動(dòng)前測(cè)量電機(jī)絕緣低；電機(jī)啟動(dòng)時(shí)絕緣擊穿，保護(hù)動(dòng)作跳閘；電機(jī)運(yùn)行中絕緣損壞接地或短路；電機(jī)解體檢修時(shí)，預(yù)試過程中絕緣擊穿。在電機(jī)啟動(dòng)階段或運(yùn)行中出現(xiàn)絕緣故障，處理周期都比較長(zhǎng)，輕則造成機(jī)組運(yùn)行過程中單輔機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行方式薄弱，增加了運(yùn)維工作量，重則造成機(jī)組降出力運(yùn)行或啟動(dòng)延遲，被上級(jí)主管部門考核。

2 高壓電機(jī)常見絕緣故障及原因分析

2.1 絕緣老化

火電廠高壓輔機(jī)在煤粉、灰塵、潮濕、高溫、腐蝕的惡劣環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，電機(jī)絕緣老化速度加快，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)啟動(dòng)過程中或運(yùn)行過程中發(fā)生絕緣損壞，電機(jī)燒毀的現(xiàn)象。

引起高壓電機(jī)老化的因素有以下幾點(diǎn)。

a)機(jī)械因素。振動(dòng)沖擊、離心力、電磁力和熱應(yīng)力使絕緣產(chǎn)生機(jī)械變形，進(jìn)而導(dǎo)致裂紋或磨損，出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。在啟動(dòng)大電流的作用下，絕緣的薄弱處會(huì)產(chǎn)生擊穿、燒損。

b)熱因素。夏季環(huán)境溫度較高，加上高壓電機(jī)冷卻器因積污等情況出現(xiàn)冷卻性能下降時(shí)，電機(jī)絕緣的溫度都會(huì)升高，進(jìn)而產(chǎn)生熱老化。同時(shí)，焦耳熱、渦流及介質(zhì)損耗等產(chǎn)生的熱量，一方面使絕緣軟化，在各種力的綜合作用下，會(huì)產(chǎn)生變形，出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié);另一方面產(chǎn)生過熱，加速絕緣老化[3]。

c)電因素。操作過電壓、電壓波形、突然斷電、啟動(dòng)方式不當(dāng)?shù)?，都能在絕緣的薄弱環(huán)節(jié)處發(fā)生放電或擊穿，使絕緣局部燒損。

d)環(huán)境因素。安裝在戶外的高壓電機(jī)，因熱脹冷縮的因素，電機(jī)的密封性能隨時(shí)間的推移會(huì)逐漸受到破壞，濕氣、化學(xué)物質(zhì)、塵埃等侵入絕緣層間，使絕緣性能下降，從而產(chǎn)生老化，發(fā)生放電或擊穿。

e)工作方式。運(yùn)行中缺乏科學(xué)合理的使用、管理，運(yùn)行方式安排不合理，頻繁啟動(dòng)、沖擊負(fù)荷、超載運(yùn)行，都將加速高壓電機(jī)定子線圈絕緣的老化。多年的運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，長(zhǎng)時(shí)間超載引起的高溫運(yùn)行是加速老化的主要原因。

2.2 絕緣受潮

高壓電機(jī)進(jìn)水進(jìn)汽時(shí)，如不能及時(shí)散發(fā)或烘干，將造成絕緣下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)短路接地，造成電機(jī)損壞。

引起高壓電機(jī)絕緣受潮的因素有以下幾點(diǎn)。

a)周圍管道刺水。高壓電機(jī)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，這些管路一般都帶有一定壓力，如焊縫開裂、管接頭脫落等異常出現(xiàn)時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致大量水、汽射向電機(jī)，并沿電機(jī)本體縫隙進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，導(dǎo)致絕緣受潮。

b)防雨設(shè)施損壞。部分室外電機(jī)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(shí)，將導(dǎo)致雨水直接淋到電機(jī)上，進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部后將導(dǎo)致絕緣受潮。

c)電機(jī)自身密封不嚴(yán)。電機(jī)電纜從橋架或電纜溝接入電機(jī)接線盒過程中，一般會(huì)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(diǎn)密封不嚴(yán)，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］。

d)接線盒絕緣子選型存在缺陷。部分高壓電機(jī)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(shí)測(cè)量絕緣，絕緣和吸收比頻繁出現(xiàn)不合格現(xiàn)象。

e)電機(jī)電加熱器存在缺陷或未及時(shí)投入。近年來，隨著對(duì)高壓電機(jī)絕緣防潮問題不斷重視，新投產(chǎn)高壓電機(jī)都配套有電加熱器。長(zhǎng)期停用的電機(jī)會(huì)因吸潮而使絕緣電阻的電阻值降低，如對(duì)電機(jī)繞組適當(dāng)加熱，使其溫度比環(huán)境溫度高5℃以上時(shí)，就可以預(yù)防繞組受潮，從而保證電機(jī)的正常啟動(dòng)。在電機(jī)長(zhǎng)期停備期間、雨后以及啟動(dòng)前，如電加熱器未實(shí)質(zhì)投入運(yùn)行，潮氣侵入電機(jī)本體，都會(huì)出現(xiàn)絕緣電阻或吸收比不合格現(xiàn)象。

2.3 定子引線、接線絕緣子故障

高壓電機(jī)引線緊挨著或碰到電機(jī)外殼內(nèi)表面或鐵芯表面，引出后固定在電機(jī)接線盒支柱上。電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(shí)引線絕緣層長(zhǎng)期受到振動(dòng)摩擦的影響，會(huì)使絕緣層受傷、絕緣強(qiáng)度下降，絕緣過薄時(shí)甚至對(duì)電機(jī)殼體放電[5]。

火電廠的高粉塵環(huán)境，是導(dǎo)致電機(jī)內(nèi)部積灰的主要因素。開啟式高低壓電機(jī)，是粉塵的最大受害者。粉塵通過散熱孔進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，附著在電機(jī)接線絕緣子上，如果未及時(shí)處理，電機(jī)接線盒進(jìn)入潮氣后，極易發(fā)生閃絡(luò)擊穿。

部分老式高壓電機(jī)，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(huì)出現(xiàn)瓷瓶掉釉、破損、裂紋等問題，如發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，潮氣通過絕緣瓷瓶受傷部位進(jìn)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。

2.4 積灰、積粉嚴(yán)重

磨煤機(jī)、除灰空壓機(jī)、碎煤機(jī)、皮帶電機(jī)等除灰、輸煤區(qū)域的高壓電機(jī)，因設(shè)備、管路跑冒的影響，環(huán)境中粉塵濃度較高，如果電機(jī)密封不嚴(yán)或采用開啟式電機(jī)，粉塵通過縫隙進(jìn)入定轉(zhuǎn)子內(nèi)部，附著在電機(jī)定轉(zhuǎn)子繞組及鐵芯上，給電機(jī)的正常散熱帶來很大影響[6]。如果未及時(shí)對(duì)電機(jī)內(nèi)積灰進(jìn)行清掃，將使電機(jī)運(yùn)行中本體溫度不斷攀升，甚至超過電機(jī)的絕緣材料耐熱等級(jí)，加速了電機(jī)的絕緣老化。如果大量粉塵與電機(jī)周圍環(huán)境中空氣濕度大幅增大兩個(gè)因素疊加，將使電機(jī)絕緣迅速下降，發(fā)生絕緣擊穿事故。

3 高壓電機(jī)絕緣故障處理與防范

3.1 絕緣老化處理與防范

a)改進(jìn)電機(jī)制造工藝，提升電機(jī)絕緣抗電能力。絕緣處理環(huán)節(jié)，采用真空壓力浸漬和固化等先進(jìn)工藝，減少絕緣材料中的水分、氣泡等雜質(zhì)的含量。絕緣部件均勻合理分布電場(chǎng)，高效合理地承載電壓。更換磁性槽楔降低鐵芯溫度，盡可能降低電動(dòng)機(jī)運(yùn)行溫度。

b)縮短檢修、預(yù)試周期，評(píng)估劣化趨勢(shì)。運(yùn)行超過10 a的高壓電機(jī)，應(yīng)強(qiáng)化對(duì)電機(jī)絕緣老化情況的判斷，通過外觀檢查、電氣預(yù)防性試驗(yàn)等手段，評(píng)估絕緣老化情況，發(fā)現(xiàn)有明顯絕緣老化、劣化情況，應(yīng)縮短解體檢查和預(yù)防性試驗(yàn)周期，做到絕緣老化早發(fā)現(xiàn)、早處理。

c)定期疏通冷卻器，降低電機(jī)運(yùn)行溫度。對(duì)采用開式水或工業(yè)水作為冷卻介質(zhì)的水冷電機(jī)，應(yīng)關(guān)注冷卻水水質(zhì)情況，如發(fā)現(xiàn)冷卻水質(zhì)惡化已經(jīng)影響到冷卻器冷卻效果，及時(shí)對(duì)冷卻器進(jìn)行清洗，消除附著物。對(duì)空冷器應(yīng)采用毛刷疏通等手段，及時(shí)清楚冷卻器管路上附著的灰塵。

d)調(diào)整運(yùn)行方式，控制啟停、出力。采用變頻調(diào)節(jié)等節(jié)能運(yùn)行方式，減少頻繁啟停對(duì)電機(jī)的沖擊。增加過負(fù)荷報(bào)警，防止電機(jī)超載運(yùn)行。做到合理使用，科學(xué)管理。

3.2 絕緣受潮處理與防范

a)內(nèi)置電加熱器干燥法。對(duì)配置有電加熱器的高壓電機(jī)，可直接將電加熱器投運(yùn)，觀察電機(jī)絕緣電阻變化情況，直至絕緣恢復(fù)。

b)外置加熱烘烤法。對(duì)未配置有電加熱器的高壓電機(jī)以及投運(yùn)電加熱后絕緣恢復(fù)效果不明顯的電動(dòng)機(jī)，可采用熱風(fēng)機(jī)對(duì)接線盒等易聚集潮氣受潮部位進(jìn)行吹掃，將加熱板、紅外烤燈等加熱工具放入電機(jī)通風(fēng)口處進(jìn)行烘烤驅(qū)潮[7]。

c)電流加熱干燥法。對(duì)采用外置加熱工藝絕緣性能仍然沒有明顯改善的高壓電機(jī)，可采用電流加熱干燥法。其原理是在電動(dòng)機(jī)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(chǎng)，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(chǎng)，在轉(zhuǎn)子鐵芯中產(chǎn)生渦流發(fā)熱，是電動(dòng)機(jī)升溫，從而達(dá)到驅(qū)潮、提升定子絕緣的效果。通入定子的三相低壓電為電機(jī)額定電壓的6～15%，烘燥電流控制在不超過電機(jī)額定電流的50%。用電流干燥法處理電動(dòng)機(jī)絕緣低，質(zhì)量好，效率高，但應(yīng)注意控制好通入電流和電機(jī)溫度，防止燒壞電機(jī)繞組[8]。

d)防止絕緣受潮的措施。采用憎水性強(qiáng)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。對(duì)電機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，增加電加熱棒，在停備期間及早投運(yùn)電加熱，使電機(jī)溫度高于環(huán)境溫度5℃以上，能有效控制電機(jī)內(nèi)空氣濕度，防止絕緣受潮。優(yōu)化車間保潔方式，避免采用直接水沖的方法，采用吸塵器、鋸末等手段進(jìn)行鍋爐、汽機(jī)車間保潔，降低人為因素對(duì)電機(jī)絕緣的干擾。

3.3 引線、瓷瓶故障處理與防范

a)引線故障處理。將綁扎線解開，查看是否有引線的振動(dòng)摩擦、老化所導(dǎo)致的絕緣層損傷，找出絕緣損壞點(diǎn)，然后用絕緣材料將其包扎好，利用高質(zhì)量的絕緣材料包扎好。最后使用環(huán)氧樹脂或絕緣漆涂敷烘干。耐壓試驗(yàn)合格后方可投運(yùn)。

b)瓷瓶故障處理。檢查瓷瓶是否有大量積污，如果太臟，對(duì)積污用抹布進(jìn)行清擦。如果瓷瓶有掉瓷釉、缺損對(duì)外殼爬電弧光閃絡(luò)現(xiàn)象，拆下確認(rèn)是否因這個(gè)問題造成絕緣降低，必要時(shí)更換瓷瓶。

c)防止運(yùn)行中引線、瓷瓶運(yùn)行中故障的措施。在大、小修中加強(qiáng)對(duì)端部連線以及引出線絕緣狀況的檢查，對(duì)有龜裂現(xiàn)象的引出線及時(shí)進(jìn)行更換，或?qū)θ嘁鼍€加裝絕緣套管，對(duì)定子老化的部位要浸環(huán)氧樹脂漆，對(duì)更換后的引出線或端部連線進(jìn)行加固。

3.4 積灰、積粉嚴(yán)重處理與防范

積灰、積粉環(huán)境中高壓電機(jī)的處理。建立受灰塵、粉塵影響較大高壓電機(jī)臺(tái)賬，縮短電機(jī)檢修周期，利用退役檢修、小修、輪修機(jī)會(huì)，對(duì)電機(jī)進(jìn)行解體清掃檢查，清理積灰，評(píng)估絕緣老化情況。

防范灰塵、粉塵環(huán)境對(duì)電機(jī)影響的措施。及時(shí)更換電機(jī)老化的密封條及密封墊，防止灰塵、粉塵進(jìn)入；做好電纜接線盒穿管處封堵工作，防止粉塵、潮氣浸入；開展制粉系統(tǒng)無泄漏治理工作，及時(shí)消除制粉系統(tǒng)周圍的漏點(diǎn)，降低鍋爐房區(qū)域粉塵濃度；開展輸煤皮帶區(qū)域水沖洗及水噴霧工作，抑制粉塵飛揚(yáng)，優(yōu)化輸煤區(qū)域環(huán)境。

4 結(jié)束語

通過對(duì)引起高壓電機(jī)絕緣故障的問題進(jìn)行認(rèn)真梳理、深入分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、摸索規(guī)律，有針對(duì)性地開展預(yù)防性檢修工作和維護(hù)工作，可以有效延緩高壓電機(jī)絕緣老化速度，降低高壓電機(jī)絕緣故障發(fā)生率。采用新技術(shù)、新材料、新工藝，能夠使高壓電機(jī)高效安全的長(zhǎng)周期運(yùn)行。高壓電機(jī)作為火電廠的關(guān)鍵設(shè)備，它的可靠運(yùn)行，對(duì)提高火電機(jī)組設(shè)備可靠性，降低非計(jì)劃?rùn)z修和停運(yùn)次數(shù)，具有重要意義。只有做到對(duì)高壓電機(jī)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(jì)效益。

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