核電站主給水泵電機(jī)絕緣擊穿原因分析及改進(jìn)

林紹斌，吳文軒，羅鎮(zhèn)城，王一凡，張水龍

（中核國電漳州能源有限公司，福建漳州 363000）

0 引言

對(duì)于高壓電機(jī)設(shè)備而言，由于工作電壓等級(jí)高，對(duì)設(shè)備的各個(gè)部件絕緣要求很高，若某部件出現(xiàn)絕緣薄弱點(diǎn)，可能導(dǎo)致絕緣擊穿，電機(jī)燒毀不可用[1]。核電站高壓電機(jī)由于長期運(yùn)行，絕緣性能可能隨著運(yùn)行時(shí)間的增長而降低，且不同地理位置和區(qū)域電機(jī)對(duì)絕緣的要求存在差異，在考慮高壓電機(jī)的的絕緣水平時(shí)，必須要考慮其工作環(huán)境，對(duì)于工作環(huán)境較潮濕，電機(jī)啟動(dòng)較頻繁的，對(duì)絕緣要求將更高。某核電站高壓電機(jī)在工作過程中已經(jīng)發(fā)生絕緣擊穿問題。為了保護(hù)設(shè)備和用電安全，有必要采取有效措施來避免高壓電機(jī)發(fā)生絕緣擊穿故障。

1 某核電站高壓電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)

某核電站的6.6 kV 電機(jī)自運(yùn)行以來，電機(jī)運(yùn)行正常，無頻繁啟動(dòng)記錄。

2 高壓電機(jī)燒毀分析

2.1 事件簡(jiǎn)述

2020 年，電機(jī)上游母線報(bào)零序電壓高高報(bào)警，差動(dòng)保護(hù)、過流速斷保護(hù)動(dòng)作，電機(jī)電源開關(guān)跳閘。

時(shí)間順序：

（1）報(bào)系統(tǒng)零序電壓高、高高報(bào)警，C 相相電壓下降，A、B 相相電壓升高，判斷C 相發(fā)生單相接地。

（2）C 相單相接地引發(fā)BC 相間短路接地。

（3）B、C 相間短路接地持續(xù)71.8 ms，B 相一次電流達(dá)13 317.3 A，電機(jī)過流速斷保護(hù)動(dòng)作，差動(dòng)保護(hù)同步動(dòng)作，電機(jī)電源開關(guān)跳閘。

電機(jī)故障前后參數(shù)見表1，故障部位見圖1。

表1 電機(jī)故障前后參數(shù)

圖1 故障部位

定子故障點(diǎn)位置上有二槽線圈已燒融，二槽的面線為C相，二槽的底線分別為B 相和另一C 相；定子鐵芯從引出線端起軸向方向8 檔鐵芯完好，中間7 檔有不同程度燒損，軸向方向共有21 檔（以通風(fēng)槽間隔鐵芯為一檔），燒毀槽部位長250 mm、寬120 mm、深110 mm。

如圖2 所示，燒毀部位主要是兩個(gè)槽，槽分為上下兩層，上層為C 相極相組（每相由4 個(gè)極相組組成），其中一個(gè)槽的下層為B 相極相組，另一個(gè)槽下層為C 相極相組。

圖2 故障部位簡(jiǎn)圖

2.2 電氣試驗(yàn)

脫開故障極相組，剩余正常極相組：U（A）-4；V（B）-3；W（C）-2，對(duì)剩余正常極相組進(jìn)行電氣相關(guān)試驗(yàn)（表2）。

表2 電氣試驗(yàn)結(jié)果

B 相匝間有2 個(gè)極相組匝間試驗(yàn)波形重合，試驗(yàn)合格，有一組極相組波形不重合，判斷該組有線圈存在匝間短路故障（圖3）。

圖3 B 相一極組波形異常

2.3 原因分析

這次電機(jī)的故障分析認(rèn)為是由于B 相定子線圈先發(fā)生匝間短路，發(fā)熱量增大，隨著電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，故障進(jìn)一步擴(kuò)大，引起相間短路，最終導(dǎo)致相間短路接地故障，電機(jī)燒毀。

電機(jī)制造完成后，電機(jī)繞組的絕緣水平主要依靠電機(jī)的制造質(zhì)量以及日常的維護(hù)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。對(duì)于高壓電機(jī)而言，及時(shí)掌握電機(jī)的絕緣老化程度極為重要，而某些核電站高壓電機(jī)分為解體維護(hù)和日常維護(hù)，日常維護(hù)主要是通過絕緣電阻和直流電阻來衡量電機(jī)絕緣情況，但無法發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣缺陷；解體大修有耐壓試驗(yàn)等內(nèi)容，但是高壓電機(jī)解體周期一般都長達(dá)數(shù)年，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)絕緣缺陷。

3 電機(jī)改進(jìn)措施及效果驗(yàn)證

3.1 對(duì)廠家制造電機(jī)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行見證

對(duì)電機(jī)設(shè)備絕緣效果產(chǎn)生重要影響的因素主要有兩個(gè)，分別為制造質(zhì)量和維護(hù)質(zhì)量。實(shí)踐表明，通過優(yōu)化試驗(yàn)內(nèi)容、增加試驗(yàn)項(xiàng)目、增加關(guān)鍵點(diǎn)見證等措施能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)設(shè)備潛在的絕緣缺陷，有效保障電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

綜合上述的分析并結(jié)合具體情況，鑒于高壓電機(jī)廠供貨電機(jī)在同行電廠的使用情況、質(zhì)量普遍一般，建議對(duì)高壓電機(jī)廠供貨的高壓電機(jī)、對(duì)制造關(guān)鍵點(diǎn)（下線、浸漆、耐壓試驗(yàn)等）安排人員到廠家進(jìn)行監(jiān)督（通過質(zhì)量計(jì)劃選點(diǎn)的方式），發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)提出、督促糾正，確保電機(jī)制造質(zhì)量。

3.2 對(duì)電機(jī)優(yōu)化試驗(yàn)內(nèi)容

對(duì)高壓電機(jī)進(jìn)行定期的局放試驗(yàn)、介損試驗(yàn)、紫外線放電檢查和匝間沖擊耐壓試驗(yàn)。

介質(zhì)損耗試驗(yàn)：通過測(cè)量介質(zhì)損耗因數(shù)來判斷設(shè)備絕緣性能的試驗(yàn)。

局放試驗(yàn)：緣介質(zhì)在高電場(chǎng)強(qiáng)度作用下，發(fā)生在電極之間未貫穿的絕緣缺陷，發(fā)現(xiàn)設(shè)備結(jié)構(gòu)和制造工藝的缺陷、絕緣材料老化情況。

匝間沖擊耐壓試驗(yàn)：電力設(shè)備在運(yùn)行中，絕緣長期受著電場(chǎng)、溫度和機(jī)械振動(dòng)的作用會(huì)逐漸發(fā)生劣化，通過耐壓試驗(yàn)?zāi)軌蜩b定電機(jī)繞組絕緣強(qiáng)度。

紫外線放電檢查：局部放電都伴隨紫外線，通過紫外線成像可以檢測(cè)到外部放電現(xiàn)象和放電位置。

新增4 項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目旨在通過試驗(yàn)檢查電機(jī)繞組的絕緣性能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)絕緣缺陷[2]。

3.3 新增試驗(yàn)效果驗(yàn)證

解體與故障電機(jī)同型號(hào)同位置的另外2 臺(tái)電機(jī)并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)V 相繞組端部絕緣層表面破損、軸承座絕緣層損傷、電機(jī)引出線電纜損傷、電機(jī)繞組端部有電暈痕跡和電機(jī)定子槽楔松動(dòng)等問題（圖4）。

圖4 電機(jī)V 相繞組端部絕緣損傷

2 臺(tái)電機(jī)存在的這些問題，若按照以前的維修內(nèi)容，根本無法發(fā)現(xiàn)這些潛在的絕緣問題，且這幾臺(tái)電機(jī)離下一次解體檢修還有好幾年，隨著機(jī)組運(yùn)行可能導(dǎo)致絕緣潛在故障進(jìn)一步擴(kuò)大，影響電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，高壓電機(jī)又是核電站的重要設(shè)備，影響核電站穩(wěn)定運(yùn)行。故采用新增的4 個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目，可以有效檢驗(yàn)電機(jī)的絕緣水平，提早發(fā)現(xiàn)潛在的絕緣缺陷，并及時(shí)消除，從而保證電機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

通常而言，核電站均建在比較偏僻的區(qū)域，臨近海邊，受海水影響，空氣濕度鹽度較高，對(duì)電機(jī)絕緣要求更高。惡劣的工作環(huán)境可能導(dǎo)致電機(jī)設(shè)備更容易遭受環(huán)境的影響，繼而引發(fā)絕緣降低等問題，嚴(yán)重威脅電機(jī)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)踐表明，通過優(yōu)化試驗(yàn)內(nèi)容、增加試驗(yàn)項(xiàng)目、增加關(guān)鍵點(diǎn)見證等措施能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)設(shè)備潛在的絕緣缺陷，有效保障電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。