电动给水泵电机端部线圈故障分析与处理.pdf

第l 8 卷( 2 0 1 6 年 第5 期) 电 力安 全 技 术 J 电动给水泵电机端部线圈故障分析与处理 唐 旭 ( 大唐 湘潭发电有限责任 公司，湖 南 湘潭4 1 1 1 0 2 ) 摘要介绍了某发电公司 l ，3 号电动给水泵电 机启动时发生的绝缘故障，以及 2 ，4 号电 动给水泵电机端部线圈缺陷的情况，分析 了电机绝缘故障及缺陷产生的原因为真空开关操作过 电压、 启动电流冲击、绕组绑扎工艺不良，并对 1 ，3 号电动给水泵电机绕组短路故障的具体原因 进行了分 析，最后提 出了针对性的解决措施。 关键词电动给水泵；电机；端部线圈；绝缘故障 0 引言 某 发 电 公 司 1 ，2号 机 组 容 量 为 3 0 0 MW ， 3 ，4号 机 组 容 量 为 6 0 0 MW ， 总 装 机 容 量 为 1 8 0 0 MW。其锅 炉给水方 式为每 台机组配备 2台 小汽轮机给水泵加 1 台电动给水泵。电动给水泵一 般作为小汽轮机给水泵的备用泵 ， 或在机组启停机 、 事故备用时运行。 电动给水泵 电机作为机组容量最大 的 6 k V 电 动机 ，其可靠性相 当重要。根据调研 ，各发电公司 同类型机组的电动给水泵 电机一般都存在或多或少 的缺陷，特别是 电机端部线圈缺陷。所 以分析 电动 给水泵 电机端部线圈故障的特点、 原因及改进方案， 十分必要 。 1 电动给水泵电机简介 l ，2号机组 电动给水泵 电机 由东方 电机厂生 产 ，型 号 为 YKS 5 4 0 0 - 4 ，额 定 功 率 5 4 0 0 k W ， 额定 电流 5 9 8 A，额定电压 6k V，额定转速 1 4 9 2 r mi n，接 线方 式 Y；于 2 0 0 7年 2月生 产 ，2 0 0 7 年 和 2 0 0 8年相 继投入运 行，编号分 别为 1 ，2号 电动给水泵 电机。3 ，4号机组 电动给水泵 电机 由 湘 潭 电机 股份 有 限公 司生 产，型号 为 YKS 9 0 0 - 4 ，额定功率 8 0 0 0 k W，额定 电流 8 9 4A，额定 电 压 6 k V，额定转速 1 4 9 2 r rai n ，接线方式 Y；于 2 0 0 5年 4月生产 ，2 0 0 6年 3月投入运行 ，编号分 别为 3 ，4号 电动给水泵 电机。各个 电动给水泵开 关与电机之间均装设有 Z n O过电压保护器。 2 故障情况 2 0 1 3年 ，1 ，3号 电动 给水泵 电机启动时先后 发生绝缘损坏 故障。该故 障发生后，检查 2 ，4号 电动给水泵 电机 ，发现电机端部线圈也存在不同程 度的缺陷。具体情况如下。 2 1 1号电动给水泵电机故障 2 0 1 3 - 0 4 - 0 5 T 0 7 ： 0 7左右，在 l 号发电机组开 机过程 中，汽轮机以 5 0 0 r mi n的转速做打闸试验 时，1 1 号小 汽轮机给水泵跳 闸，1号 电动给 水泵 联启 ，瞬间集控室正常照明全灭。经检查 ，发现 1 号电动给水泵开关差动保护、综合保护动作跳闸， 6 k V I B段母线失压。现场打开 电动给水泵 电机接 线盒后 ，将电机与开关连接 电缆拆开 ，分别进行绝 缘检测 ，结果显示 电缆绝缘 良好，电机绝缘为 0 。 解除电机 中性点接线后分相进行绝缘检查 ， 发现 B， c相对地绝缘电阻为 0 ，A相绝缘合格。打开电机 两侧端盖的手孔进行仔细检查 ，电机轴伸端有很强 的焦糊 味，轴伸 端端部 线圈在 6点钟方 向 R角处 发现故障点。 2 2 3号电动给水泵 电机故障 2 0 1 3 - 0 9 - 2 8 ，在 3号发 电机组开机 前，摇测 3 号电动给水泵电机绝缘为 3 1 0 MQ，约 2 3 ： 0 0 启 动电动给水泵，运行 1 4 min ，无异常。9 月 2 9日 0 4 ： 3 l ，因除氧器水位波动联启 3号 电动给水泵运 行，电动给水泵电机在启动过程中故障跳闸。经检 一 一 J 电 力安 全 技 术 第l 8 卷( 2 0 1 6 年 第 5 期 ) 查 ，3 号 电动给水泵电机 6 k V开关屏上显示 A，B 相差动保护动作 ，就地检查电机有焦糊味。进一步 检查 ，解开电机接线盒未发现异常 ，解开中性点连 接铜排测量 电机绝缘电阻， 发现 A， B相 间绝缘为 0 。 打开 电机前后端上端盖 ，退出挡风圈后 ，发现电机 非负荷端 5点钟方 向定子线 圈 R角处有 1 处线圈 铜线有明显烧融的现象。 电动机解体后对定、转子进行检查，除在非 负荷端 5点钟处烧损外 ，负荷端与非负荷端线棒 R 角处与固定线棒端箍之间还存在磨损 ，且 已出现黄 粉现象。 2 3 2 ，4号电动给水泵电机缺陷 针对 1 ，3 号 电动给水泵 电机启动时分别发生 的绝缘损坏故 障，检查 2 ，4号 电动给水泵 电机 ， 发现 2个 电机端部线圈之 间、端部线圈与固定线棒 端箍之间均存在多处磨损 ，并有黄粉 出现。 2 4 故障与缺陷特点 综合分析该发 电公司 1 -4号 电动给水 泵 电机 故障和发现的缺陷，发现存在以下特点 ： ( 1 )电机短路故障全部发生在 电机启动时，此 时冲击电流较大 ； ( 2 )电机短路故障部位全部都在线圈端部，具 体部位为线圈的弯角 ( 定子线圈机械加工成型 的弯 角 ) 部位 ； ( 3 ) 电机端部绑扎线有松动，绑线与绑线、绑 线与线棒间产生黄粉 。 3 电机绝缘故障原因分析 3 1 可能原 因 3 1 1 真空开关操作过 电压 1 ，2号 电动给水泵 电机分别 由 6 k V工作 I， 段天水 长城开关厂 生产的 Z N2 8型真空开 关供 电，3 ，4号 电动 给水泵 电机分别 由 6 k V工 作 ， 段上海 GE开关厂生产 的 V B1型真空开关供 电。 DL T6 2 0 _ _ 1 9 9 7 交流 电气装置 的过 电压 保 护和绝缘配合 4 2 7 条指出：在开断高压感应电 机时，会 因断路器的截流、三相同时开断和高频重 复重击穿等产生过 电压 。由于真空开关触头距离非 常短 ， 在分合闸时 ， 总会存在不同程度的弹跳现象 ， 所 以在启动和断开真空开关时 ，可能会造成危险的 过 电压。 一 一 电机绕组本 身是一个 较大的 电感 ，它与 绕组 匝间电容 、对地 电容 以及杂散 电容构成一个 L C振 荡回路。根据真空开关操作过 电压产生的机理 ，当 切断小电流时，真空开关容易产生过电压 ，危害 电 机绝缘和 回路设备绝缘。而电机匝间电压与过电压 入侵波陡度成正比，当入侵波陡度很大时，如果 电 机线圈制作工艺不 良，其绝缘将随着现场环境的变 化 ( 如吸潮、磨损、电机多次启动等 ) 进一步降低， 积累到一定程度时，绝缘损伤 ，匝间电压将超过线 圈匝间耐受电压水平。所以，真空开关操作过电压 主要损伤 电机线圈相 间绝缘和 匝间绝缘 ，特别是端 部线圈绝缘部分 ( 由过 电压频谱 中高频部分造成 ) 。 但是并非每次启动和断开真 空开关都会 出现过 电 压 ，它与开关的制造水平、电流切断时的相位角和 开关每次的开断速度有关，即使每次都发生了过 电 压 ，过电压 幅值也不是固定值。 3 1 2 启动 电流冲击 根据相关资料介绍 ， 当电机受到大 电流冲击时， 电机端部 ，特别 是绕 组 引入 出线是 电机应 力最 集中的地方。如果 电机定子线圈在机械成型时，由 于工艺原 因弯角处产生细微裂纹 ，或当电机下线完 成后，对端部极相绕组引线进行弯 曲时，因工艺把 握不好 ，造成细微裂纹 ，则设备投入运行后 ，在足 够大的电流冲击下，裂纹缺陷将逐步发展 ，直至将 线圈烧断。 3 1 3 绕组绑扎工艺不 良 由于电动给水泵 电机容量大 ，电机厂制造设计 存在一定缺陷，电机端部线圈绑扎工艺不 良，在 电 机启动和运行时 ，电机绕组线棒不断振动 ，并与线 棒垫块、线圈端箍之间发生碰撞摩擦 ，电机绝缘材 料磨损 ，导致黄粉产生 ，从而造成 电机绝缘材料层 变薄，绝缘耐受电压降低。 3 2 具体原 因 3 2 1 1 号 电动给水泵 电机绝缘故障原因 该 电机在 2 S 启动时间内尚没有完成启动过程 ， 此时电机 电流远大于额定电流，电机绕组端部振动 较大。而一般 电机绕组端部若 固定不好会造成端部 磨损或变形，留下摩擦破坏绝缘的运行隐患。综合 保护动作情况 ，该电机故障过程应该为 ：由于 电机 端部磨损或者其他原因 ，C相绕组端部有绝缘薄弱 点，电机在启动过程中由于过电压或磨损等原因造 成 C相首先接地 ，产生电弧；同时 A，B相对地 电 第 l 8 卷 ( 2 0 1 6 年第 5 期) 电力安全技术 压升高至线电压 ，在 电弧和 电压升高的作用下 ，接 地故障持续 6 4 S 后发展为 A，B相 间短路。 由于 电动给水泵电机每次运行时间不长，且需 长时间备用 ，受季节气候影响，电机端部线圈绝缘 材料吸潮 ，导致绝缘水平下降 ；加之这种大容量 电 机启动瞬间的巨大 电动力 ，会加剧对绝缘产生的影 响，最后在薄弱处击穿绝缘而放炮短路。 3 2 2 3 号 电动给水泵 电机绝缘故障原因 此次 电动给水泵跳闸为差动保护动作出 口，分 析故障录波图可知，为 A， B相间接地短路故障， 结合烧坏线圈的外观情况，分析此次 电机烧坏的原 因为 ：该股线圈存在 匝 ( 层 ) 间绝缘 隐患，受 电机 启动时的巨大电动冲击力影响 ， 该股线圈匝间短路 ， 加上 电机本身仍处在启动过程 中，短路处电流在短 时间内上升到一个很高的峰值 ， 导致线圈急剧发热 ， 引起铜线融化 ；同时高温引起邻相线圈绝缘破坏 ， 继而发展为相间接地短路故障， 差动保护动作跳闸。 线 圈产 生 匝 ( 层 ) 间绝缘 隐患的可能 原 因为 ： 电机线圈绕包工艺控制不到位，单股线圈耐压、嵌 线后并头前的匝间耐压以及出厂试验缺陷均未能暴 露 出来 ，但随着现场环境的变化 ， 如吸潮、 磨损等， 电机线圈绝缘性能进一步降低，在遇到一个较高的 启动操作过 电压时发生击穿，形成匝间短路。 4 电机绕组短路故障与缺陷处理 4 1 整体更换 电机绕组 整体更换 1 ，3 号 电动给水泵 电机绕组，其工 艺措施如下。 ( 1 )定子绕组采用 F级绝缘，外包双层聚酰亚 胺薄膜 绕双 玻璃丝包扃铜 线 ，绝缘为半叠包 F级 ( 0 1 l X 2 5 5 4 4 9 -1 ) 环氧粉 云母带 ，对端部 出槽位 置进行加强，直线部分包 8 -1 0层 ， 端部包 7 - 9层。 ( 2 ) 端箍和支架绝缘采用半叠包F级( 0 1 4 X 2 5 5 4 4 0 -1 ) 环氧粉 云母带，共 9层 ，外半叠包 0 1 玻 璃丝带 1 层 ；与线圈接合部位垫适形材料 ，并用绦 玻绳绑扎牢固。 ( 3 )对每个绕组端部线圈端部增加支撑 ，并填 充热膨胀材料提高稳定性。此措施均在槽口位置进 行 ，并在加热浸漆后 固化 ，以防止 电磁振动时绕组 线圈与最薄弱的槽 口摩擦造成的绝缘破损短路。 ( 4 )增加 2路隐形端箍。2路绦玻绳编织在绕 J 组线圈之间再经浸漆后固化形成整体 ，起到和刚性 端箍一样的固定效果 ，形成 4道端部端箍作用。受 电机空间影响，出引线部只增加 1 路。 ( 5 )按 中国大唐集 团公 司 电力设备交接和预 防性试验规程 规定 ， 对 电机进行了绕组泄漏 电流 、 交直流耐压、直流 电阻和吸收比等试验。 4 2 电机黄粉现象处理 2 ，4号 电动给水泵 电机 黄粉 均可采用 以下工 艺处理 ： ( 1 )用酒精对电机线圈端部进行清洗，除去黄 粉等非绝缘附着物 ； ( 2 )用碘钨灯烘烤线圈端部，使线棒干燥； ( 3 )用无纬带对端部线圈进行加强绑扎 ，特别 是在端箍附近部位 ，并使用环氧树脂胶进行固化 ； ( 4 )在端部线圈之间填充适型材料 ( 如环氧树 脂板等 ) ； ( 5 )在端部线圈刷涂绝缘 清漆 ( F级 、能在空 气 中快速干燥 ，俗称气干漆 ) ，再用碘钨灯烘烤线 圈端部。 通过以上处理方案 ，可在不更换 电机线圈的情 况下加大线圈端部绑扎牢固程度 ，增加端部线圈绝 缘厚度 ，提高绝缘耐受 电压水平。 5 结束语 目前，该发电公司电动给水泵电动机经过处理 后 ，已投运 1 年多 ，效果较好。电动给水泵电机作 为机组容量最大的 6 k V 电动机 ，必须确保其可靠 性。以上虽然对操作过 电压 、启动电流冲击、制造 工艺缺陷等造成短路故 障的原因进行 了分析 ，但是 今后还有必要对 电机过 电压保护装置的有效性进行 进一步分析。 参考文献： l国家技术监督局G B 3 1 1 1 2 0 1 2高压输变电设备的绝 缘配合 S 】 北京 ：中国标 准出版社 ，2 0 1 2 收稿 日 期：2 0 1 5 1 卜2 7 。 作者简介： 唐 旭 ( 1 9 7 9 一 ) ，男 ，工程 师，主要从事 电气一次专业工 作 ， e ma fl：x u r i _ 2 0 0 0 s i n a c o rn。 一 一