炉水泵电机的运行维护及故障分析.doc

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炉水泵电机的运行、维护及故障分析
何自力
国电谏壁发电厂电气专业
摘要:控制循环锅炉采用炉水循环泵,不仅能够保证锅炉蒸发受热面内水循环的安全可靠,缩短了机组的启动时间,减少了启动热损失,同时提高了锅炉对低负荷工况的适应性,满足调峰的要求,其重要性尤如锅炉的心脏。因此运行、日常维护、检修都必须保证其安全性和可靠性。本文将针对炉水泵电机的运行与维护及对我厂发生的几例炉水泵故障加以分析，共同学习，从而提高其运行的可靠性。
关键词：炉水泵 冷却 维护 故障 分析
前言：我厂#7—#10炉（炉水泵电机210KW）、#11—#12炉（炉水泵电机200KW），锅炉都采用无填料浸水式的泰勒（Tyler）炉水循环泵。两种型号的电机参数略有不同，其运行方式及炉水泵电机结构是相同的，现以210KW炉水循环泵电机为例，其参数如下：
类型：湿定子——鼠笼——感应式
输出功率：210KW
服务系统：1.15
绕组绝缘：XLP
转速：1450转/分钟
电机壳设计温度：369℃
电机效率：86.6%（热负载） 87.5%（冷测试）
全负荷电流：28A
电机启动电流：140A
1、炉水泵启动前的准备
1.1 由于炉水泵电机定子用耐水的绝缘电缆作为绕组，且电机的绝缘材料是一种聚乙烯塑料，不能承受高温，温度超过80℃绝缘性能就明显恶化，电机运行时所产生热量以及从泵侧传到电机的热量是由高压冷却水带走，另外该高压冷却 水通过电机轴承的间隙，既是轴承的润滑剂又是冷却介质，电机腔室的水质好坏将直接影响到电机的可靠运行，由此可见，合格的高压冷却水是电机安全运行的基本保证。
1.2. 将水正确地注入循环泵是确保安全操作的前提，如电机内存在空气的话，将影响轴承的润滑并加速轴承的损坏。如果空气泡存在于定子中，将影响绕组产生的热的散逸。产生热点并造成绝缘材料的衰变，最终损坏绕组。由于电机内通路复杂，而水必须流经所有通路以替换所有的空气，所以将水注入电机时必须非常缓慢，最快注水速度是每分钟2.27升/分（上海锅炉厂推荐的充水速度为4.9升/分，外高桥电厂确定最大充水速度为2.5升/分），并保证充水的温度控制在21℃—49℃。
1.3 绝对不能通过壳将水注入电机，而只能通过位于电机盖上的注入接口注入，并且是处理过的低压锅炉水，或冷凝水来冲洗管道，通过注水过滤器和冷却器，注入电机，直至流出的水干净，无空气为止。而决不能让锅炉的炉水倒灌入电机，因为锅炉的水中可能会有杂质——来自于管道，部件内有氧化物，铁屑等杂物。
1.4 确保接线盒干燥且让机组充满水温低于20℃或与正常环境温度相同的水，用1000伏兆欧表在接线桩头上检测绕组对地电阻值，该电阻值应超过200兆欧。
2、运行中的维护
2.1由于电机绕组绝缘的特殊性， 在工作中需严格控制温度，因而，在电机壳的插孔中装有温度指示计，并直观显示电机温度值，另有一“EE”型热电偶被用来检测泵壳金属温度，当温度达到60℃时，报警线路动作，发出报警声，若温度继续上升到65℃时，第二个跳闸线圈动作，立即切断电机电源，在正常运行状况下，应定期检查电机温度并做好记录。
2.2 泵在运行中是无法检测运行间隙的，但可以用听音杆于泵壳和电机壳，监听摩擦声，或超标的轴承噪音声，使用振动探测器检测电机的上下部位，并做好记录，以便与将来的情况作比较。
以上所述只是电机安全、可靠运行必须严格执行的程序及常规检查项目，通过对电机启动前的绝缘检查，运行中电机的温度、振动、噪声、一次冷却水进出水的温差，电机电流的异常变化等都可以作为部分炉水泵电机早期故障诊断的重要依据。
3、运行中的故障情况
3.1 我厂共有炉水泵18台，投运时间如下表所示：
设备/机组
#7炉
#8炉
#9炉
#10炉
#11炉
#12炉
炉水泵甲
1999.3
2000.6
2001.6
2003.5
2005.8
2004.9
炉水泵乙
1999.3
2000.6
2001.6
2003.5
2005.8
2004.9
炉水泵丙
1999.3
2000.6
2001.6
2003.5
2005.8
2004.9
3.2 从2005年至2006年炉水泵电机部分故障介绍如下：
3.2.1 2005.4 #8炉6KV—12段炉水泵甲电机另序保护动作，信号继电器掉牌，查保护正确动作，对炉水泵甲电机检查绝缘为零。经解体后发现故障点在压板附近，此处为电机引出线接头之处。（原电机接头绝缘采用模压结构，2004年发生故障修理后采用手包）。
下图为#8炉炉水泵丙电机故障时的图片：

3.2.2 2005.10 #12炉炉水泵甲电机启动时，过流保护动作，查保护动作正常，再次启动正常，11日，电机振动大且有异声，停用作联动备用。12日点动时长时限保护动作，查启动电流二次：1.73A，5S后，1.65A跳闸，查电机绝缘为零。该电机解体后，检查发现定子铁芯上部约三分之二长度，齿形顶部顺旋转方向倒片，定子绕组损坏，上部轴颈轴承材料全部粉碎性脱落，下部轴颈轴承材料开裂并有粉碎性脱落，止推轴承所有扇形块表面呈密集环形沟深0.8mm，下导瓦轴套磨损严重，表面有大量的沟痕，上导瓦轴套磨损，更为严重，成密集环状深沟深达2 mm，转子有轻微的偏心。
下图为电机故障后的上部轴颈轴承
3.2.3 2006.9 #11炉炉水甲电机启动后，在运行人员的巡检中发现电机有异声，通过对电机外部的听杆检查，初步判断电机上部轴颈轴承及泵部可能存在故障，电机解体检查发现，上、下导瓦磨损较严重，且线圈上有较多的黑色沉积物，黑色沉积物成分分析报告见附表。
3.2.4 2006.9 #11炉炉水泵丙电机在运行发现电机有异声，通过对电机外部听杆检查，初步判断电机上部轴颈轴承存在故障。2006.9 .30电机停运，经对电机绝缘检查为零。对#11炉炉水泵丙电机解体发现以下问题：
电机内部较脏，定子线圈和铁芯上附着较多的黑色沉积物（经我厂化学化验室检测Fe:1235ug/L Cu:22.8ug/L 黑色沉积物）。电机上、下轴颈瓦块磨损较严
重且上轴颈有两瓦面从瓦衬上脱落，电机上部铁芯有四槽20CM长的齿部发生错位，泵部叶轮耐磨环磨损且有单边磨损严重的情况。
以下是#11炉炉水泵丙电机解体后的图片:
4、炉水泵电机故障情况及故障类型统计
4.1 2005年至2006年我厂共发生炉水泵电机故障8次。其中#7炉—#10炉炉水泵电机（210kW）共12台，发生故障3次; #11—#12炉炉水泵电机(200kW)共6台，发生故障5次且故障情况基本相同。
4.2 故障类型有下列几方面：
4.2.1 电气绝缘故障
4.2.2 导轴承故障
4.2.3上、下止推轴承故障
4.2.4 转子故障
4.2.5密封导电头的渗漏故障
5、故障原因分析及处理方法
5.1 210kW炉水泵电机3次故障的原因分析及处理方法
5.1.1 炉水泵电机有2次引线击穿故障发生的点位置基本相同，均在电机内部的出线压板附近，此处为电机引出线接头之处，上述两处故障点在2004年发生故障修理后采用手包绝缘。经检查分析认为，这主要是当时分接头绝缘材料的选用上及工艺处理上有缺陷，现采用硅橡胶复合绝缘材料作为内层绝缘，外层采用美国3M公司生产自密性较强的自粘胶带。处理后的电机现已运行一年多且绝缘情况较好。
5.1.2 有1次绕组击穿故障的故障点在槽口，分析其主要原因是由于端部绕组的振动以及长时间运行后与槽口产生摩擦损伤绝缘后导致击穿。在重新嵌线的工作上，注意控制好绕组线出槽口后在直线方向上的裕度及加强电机端部的固定帮扎，避免绕组与槽口有过度摩擦的可能。
5.2 200kW炉水泵电机故障的原因分析及处理方法
5.2.1 200kW炉水泵电机故障类型比较统一，原因分析主要表现在以下方面：
一、电气绝缘故障
(1) 由于电机绕组选用的导线过细（Ф2mm），仅为泰勒公司生产的210kW 6kV炉水泵电机导线（Ф3.6mm）截面积的三分之一。电流密度为210 KW炉水泵电机的3倍多,高达8.92 A/mm2，引起绕组过热，绝缘加速老化，绝缘电阻下降过快。
(2) 原电机的绕组线采用厚、薄两种绝缘厚度，占80﹪的薄绝缘绕组线的绝缘厚度仅1.6㎜，绝缘薄弱，而且绕组线细软刚度差，刚度仅为210KW炉水泵电机的十分之一，因此在高速水流冲击下,易发生抖动，引起绝缘层与铁芯槽口处磨擦，绝缘层受到机械损伤，绝缘电阻快速下降。
(3) 绕组线外绝缘局部有庇点或绕组在穿线工作中造成绕组绝缘损伤。
二、导轴承故障
（1）在炉水泵电机上长期使用的酚醛胶化树脂面石棉瓦,在欧洲2003年及以后由于环保的要求已停止生产，尚没有研制出完全适用于分块式导轴承的替代材料。现200kW炉水泵电机采用BL系列的脆性材料，经相关专家介绍，此材质较适合用于筒形瓦，不宜分块使用，且该瓦面材料与瓦衬粘接不牢易分离并脱落，并引发造成电气故障。我厂2003年以前引进的炉水泵电机（210kW）因采用酚醛胶化树脂面石棉瓦，运行至今未发生瓦块故障。

三、 上、下止推轴承故障
（1） 上、下止推轴承运行是否良好，主要与其工作中的水质有密切关系，水既是冷却介质又是润滑剂。而我厂200kW炉水泵电机服务的机组为新上机组，若炉管道内有氧化物，铁屑等杂物，一旦渗透到电机内就会加剧上、下止推轴承及导瓦的磨损造成故障。#11炉甲炉水泵电机故障解体后，在其线圈上有较多的黑色沉积物，黑色沉积物成分分析报告见附表。
四、 转子故障
（1） 主要是由于导瓦的损坏引起负荷端扩散叶轮的摆动，造成负荷端有挠度。（2） 导瓦的脱落还会引起定、转子相擦，造成定、转子铁芯损坏和电气故障。
五、 密封导电头的渗漏故障
（1） 我厂仅有一台#11炉炉水泵乙电机出现此情况，主要是电机接线盒内有一相引出线的“0”型密封阻流圈，在装配是位置偏移，有微渗漏现象发生。
5.2.2故障处理方法
（1） 绕组线的铜芯线加粗，由原来的Ф2mm增加到Ф2.6mm,使截面积增加69﹪, 降低电流密度由8.92A/mm2降到 5.0 A/mm2,以解决热负荷过高、发热因子过大引起的绕组过热、绝缘加速老化的问题。绕组线的刚度达原来的2.8倍。可避免原绕组线刚度差，绝缘层易受机械损伤，绝缘电阻快速下降的问题。
（2）绕组线采用相等的绝缘厚度，将原电机的厚、薄两种绝缘厚度统一为一种绝缘厚度，使绝缘层厚度达2mm,可解决原电机80﹪的薄绝缘绕组线绝缘过于薄弱而引起绝缘电阻下降过快问题。
（3）在重新嵌线前需对绕组线外绝缘进行检查，对外绝缘局部有庇点的坚决不使用，严格控制绕组线的穿线工艺，防止在穿线工作中造成绕组线外绝缘损伤。
（4）将原BL系列的脆性瓦块全部更换成酚醛胶化树脂面石棉瓦，解决原瓦块易碎裂和易脱落的问题。
（5）加强锅炉水系统的运行监察和化学检测，必要时更换电机内的高压冷却水，改善上、下止推轴承及导瓦的运行环境。
(6) 对有挠度的转子进行校正，并连同扩散叶轮一起进行整体动平衡试验。
（7）对电机接线盒内引出线的“0”型密封阻流圈，进行更换，并正确装配。
通过对炉水泵电机所发生的故障情况进行分析和有针对性的处理后，相同故障未在处理后的电机上发生，特别是我厂200 kW炉水泵故障电机，通过上述方案修理后，到目前为止运行情况稳定。
6、 结束语
通过对上述炉水泵电机的运行、维护及故障处理，可以看出，由于炉水泵系统运行的综合性和复杂性，以及我们对其缺乏足够的认识，给早期的故障诊断带来一定的难度，为了能把炉水泵的故障率有效的降低。我们必须建立健全一整套炉水泵运行记录，严格执行炉水泵系统运行前的各项操作规程、运行中的监察工作、停运后的维护工作，特别是故障后的检查分析工作，查找故障源。以便完善炉水泵的运行规程，消除隐患，直至最终掌握炉水泵电机的运行特性及技术要求。

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