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1、1火力发电厂给水泵电机烧损处理及原因探讨王云峰，辛福春，刘体新(河南理工大学，河南焦作 454001)摘要摘要本文介绍了一起大型三相异步电动机运行中定子绕组烧损的事故经过，根据现场情况和历史数据，对事发过程进行了并全面分析，解释了故障发生的原因，并提出了预防措施。关键词关键词定子 绕组 绝缘Discussions on Burning of a Boiler Feedwater Pump Motor in Thermal Power PlantWANG Yun-feng，Xin Fu-chun，Liu Ti-xin（Henan Polytechnic University, Jiaozuo 4
2、54001,China）Abstract: This paper describes the burning process of a boiler feedwater pump motor. On the basies of the scene conditions and the history datas, the author discusses the process of the accident and provides a comprehensive analysis of the cause and preventing measures.Keywords： stator ;
3、 winding ; isolation引言：给水泵是火力发电厂的主要辅机。给水泵电机的运行状况直接关乎机组运行的可靠性。某厂#2 机组 B 给水泵电机为上海电机厂生产的 YKS5100-4 型鼠笼式三相异步电动机，额定功率 5100kW，额定电压 6kV，额定电流560.5A，定子绕组绝缘等级：F，接法：Y，工作制：S1，额定转速 1491r/min，出厂日期：1998 年 9 月。该套给水泵系统通过液力耦合器进行调速。分别配用 DGT750-180 型水泵和 YOT51型液力耦合装置。整套设备于 1998 年 12 月投入运行。该电机曾于 2005 年 1012 月期间进行大修。大修后各项
4、电气预试均合格，与历史试验数据相比较无异常。电机内外部检查均未发现任何异常。该给水泵电机电源 CT 变比为 300/5（二相式） ，母线 PT 变比为（6000/）/（100/3）/（100/3） （三相均装有） ，配套保护定3值分别为：过流 I 段（速断）保护 40A/0s，过流 II 段（过流）保护 13A/12s，过负荷保护 4.9A/60s，比率差动保护 2.5A0s，低电压保护 43V/9s（按相间电压整定） ，负序过负荷报警 0.01A/0.01s。6kV 动力保护配置为 RCS-9627B 型电动机保护测控装置，其后台监控配置为 FG-2 型监录装置。发电机组配用DCS 系统。1
5、 1 故障经过2008 年 9 月 14 日上午 09:04:33，#2机 B 给水泵运行中突然掉闸，A 给水泵联动成功。62 甲段“接地”信号灰闪，电气比率差动，差动、速断保护动作。运行人员将 B给水泵开关解备后，测电机绝缘三相对地到零。2检修人员将 B 给水泵就地接线盒拆开后，测电机绝缘三相对地到零，相间通。拆除电机端盖检查发现，该电机尾端机壳下方有绝缘粉末沉积，尾端下方端部绕组内面有电弧烧灼痕迹。2 2 检查处理情况故障电机解体、抽出转子后发现，该电机定子尾端（非传动端）5 点钟方向铁芯槽口处 2 根线棒绝缘击穿，其中一根线棒导体基本烧断(烧出 1 个 20mm 见方，15mm 深的坑洞
6、)，另一根线棒主绝缘击穿（主绝缘上烧蚀痕迹约 20mm 见方， 3mm 深，已露铜)，两线棒对定子铁芯均有放电痕迹，检查其余部位未发现明显异常（如图 1、图 2） 。电机送检修单位更换定子线圈时发现，电机机壳内部有较多锈迹，部分槽内线棒与铁芯槽壁间间隙较大，下层的端部与端箍间也不服帖，绑扎松弛。铁芯出槽口处及与端箍绑扎部位普遍有长期磨擦痕迹。上述部位的绝缘磨损导致了机壳内绝缘粉末的产生。此次检修中，主要进行了以下工作：定子机壳除锈，拆除电动机定子绕组，定子铁芯清理，硅钢片整形、清槽、去毛刺，重新制作线圈并下线。新绕组绝缘带采用 5442-1 和 5442-1D 少胶云母带包缠绝缘。对线棒端部使
7、用涤玻绳两道绑扎，线棒与线棒之间以及线棒与端箍之间空隙用适形材料填充，同时对线棒小引线采用涤玻绳正反绕扎。定子绕组烘焙后采用真空压力浸渍，使线棒能最大限度吸收绝缘漆，再经过烘焙使线棒和定子铁芯成为一个密实整体。对线棒端部使用涤玻绳两道绑扎通过采取这些措施，使定子线圈不会因电机振动而松动磨损绝缘。3 3 故障原因分析3.1 故障经过分析故障经过分析据当班运行人员反映：故障发生前，该电机运行平稳，无任何故障先兆。调阅监控系统历史曲线，故障发生前该电机各电气参数均未见异常，故障发生前，电机 A、B、C三相电压稳定，分别为3.51kV、3.52kV、3.59kV。当天 9 时 01 分 11秒13 秒
8、的 3 秒钟内，B 相电压突然降至2.92kV， A、C 相电压分别升高至 4.09 kV、3.71 kV，直至 9 时 04 分 33 秒电机发生相间短路，开关跳闸。故障持续时间约 3 分20 秒。由上述情况基本可以判定电机 B 相定子绕组首先接地，其接地的原因有以下 2 种可能：（1）从电机定子绕组绝缘磨损的情况来看，该电机长期运行后，绕组存在局部固定松动。槽口处的线棒因绝缘磨损破坏，导致 B 相绕组对地绝缘下降。（2）该电机 B 相绕组在槽口处匝间绝缘不良，导致该处绕组内部首先出现匝间短路，并引发其线棒主绝缘击穿，导致 B 相绕组对地绝缘下降。B 相绕组接地或匝间短路时引起的电弧将相邻线
9、棒绝缘破坏后导致 2 相绕组（通过定子铁芯）相间短路，致使差动、速断保护动作，开关跳闸。3.2 原因分析探讨原因分析探讨图图 2 定子绕组故障点情况定子绕组故障点情况图图 1 定子绕组故障部位定子绕组故障部位3（1）直接原因直接原因故障发生的直接原因是：定子绕组相间短路。（2）根本原因根本原因可能的根本原因有以下两方面：a、外因：热老化引起绝缘层径向收缩和蠕变收缩导致绝缘松动，机械振动将导致线圈主绝缘磨损。另外，电机起动时的电磁力在线圈上产生很大应力，在弯曲和挤压应力反复作用下，线圈绝缘层会出现疲劳断裂。b、内因：电机定子绕组匝间绝缘老化或制造工艺不良，导致运行中出现匝间短路。根据历史数据可以
10、判断：定子绕组单相接地后未能得到及时控制，进而使故障发展成为定子相间短路，导致电机故障跳闸。（3）其它可能原因其它可能原因a、运行方式因素：故障电机所在的 B 给水泵为液耦调速泵，而另一台（A）给水泵为定速泵，其运行经济性不如 B 泵。优先使用的运行方式导致 B给水泵电机长周期连续运行。据统计，仅2008 年上半年，该电机的使用小时数就是 A泵电机的 17.5 倍。由于未能得到及时轮换检查，绕组绝缘的老化、磨损持续积累，故而未及预试周期，即发生故障。b、温升因素：故障电机原始设计为水冷式内部循环空气冷却方式，但定子两端却没有隔离冷、热风区的风罩。同时，因考虑转向因素（允许朝任意方向运转） ，转
11、子两端风扇设计为离心式。这样由离心式风扇鼓出的部分气流又返回定子端部，不能进入电机定、转子中部对其进行冷却。机内的空气流实质上主要依靠转子运转时的离心作用。由此造成的风量不足将造成定、转子局部热量积累（如图 5、图 6）温升超标。实际使用中发现，夏季气温高时该电机定子出风温度达 70以上，绕组、铁芯温度达 100以上。绝缘的热老化存在积累效应，故该电机定子绕组槽部绝缘的寿命必将受到一定影响。c、潮湿因素：故障电机原始设计的 2 个水冷式冷却器下方各有一个接水槽和一个检漏口，冷却器漏水可以流出机外，得以被及时发现。但故障电机自投运以来，其检漏口的橡胶堵头却未被拔出，这样冷却器漏水将无法被巡视人员
12、及时发现，而是流经电机铁芯、绕组后，积存于电机定子底部。特别是在运行期间，电机绝缘在线监测装置不起作用，漏水形成的潮气将使电机绕组绝缘降低、介损增加，直至形成闪络和相间短路。此次故障中，解体电机时，虽然未发现电机冷却器渗漏和底部积水，但机壳内壁存在较多锈迹应能说明一定问题。4 4 建议及预防措施建议及预防措施（1）建议加装电机零序保护 CT。本次故障中，电机定子从出现三相电流明显不平衡到形成相间短路耗时 200 秒，6kV 段故障录波装置已捕获到该段零序电流的突增，但因给水泵电机保护配置不全（无零序保护） ，出现零序电流时既无报警，也不能动作于电源开关，故而导致故障扩大。建议加装电机零序保护，
13、故障时发报警信号或及时跳开电源开关，就能有效减少此类故障造成的损失。（2）电机再次投运前应及时打开电机图图 4 电机外部红外热成像图电机外部红外热成像图图图 3 电机内部空气流动方向示意图电机内部空气流动方向示意图冷风热风冷却器冷 却 风 受阻部位转子离心式扇叶4冷却器检漏口橡胶堵头，加强电机冷风器漏水状况的监控。同时注意运转期间，绝缘监测不起作用时电机内部的湿度监控，减少因绝缘受潮击穿造成的事故。（3）建议大修中加装电机端部冷热风区挡板，并根据电机运转方向，将转子端部风扇由离心式改为轴流式，防止电机内部因风短路造成局部散热不良，进而威胁绝缘寿命。同时加强运行中电机内部温度监控，防止长期超温运
14、行导致绝缘加速老化；（4）加强设备检修质量监督，尤其是加强对长运行周期电机定子绕组固定情况的检查，发现绝缘粉末沉积必须查找根源并及时处理。必要时填充适形材料重新绑扎或进行定子绕组整体真空压力浸漆，消除设备隐患。（5）加强电气试验监督，特别是试验中对电机绕组直流电阻的监督，发现相别直阻超标或与以往历史数据差别超标时进行深入分析及处理，消除绕组匝间绝缘隐患。（6）尽快对定速给水泵进行节能（调速）改造，落实设备定期轮换制度，以使两台设备可以均衡承担负载，提高机组运行的经济性和可靠性。（7）鉴于目前对电动机匝间短路引起的电流微小变化尚无有效保护手段，而常规绕组耐压试验仅能确保主绝缘质量，对匝间绝缘没有检验效果，因此匝间短路造成的故障仍是今后需要继续研究的课题。
