300 MW機組爐水循環泵電動機事故原因分析

赫敏靈

(深圳媽灣電力有限公司，廣東 深圳 518052)

1 概述

爐水循環泵是專為火力發電廠大容量、超高參數鍋爐設計的，其主要功能是強迫爐水循環，可提高汽包爐的爐水循環動壓頭3～5倍，從而確保爐水良好的循環，保證鍋爐安全運行。

某電廠目前裝有容量為300 MW的火力發電機組4臺，與其配套的鍋爐是哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1025/18.2-YM6型亞臨界壓力鍋爐。該爐最大連續蒸發量為1 025 t/h，汽包工作壓力為19.67 MPa，對應的飽和水溫為360 ℃。每臺鍋爐配有3臺性能相同的爐水泵，1臺爐水泵運行可以滿足60 %額定負荷的需要，2臺爐水泵運行可以滿足100 %最大連續負荷的需要。該泵為浸沒式帶有濕式電動機型，由沈陽水泵廠引進德國KSB公司技術設計生產。泵體采用全封閉結構(泵與電動機連為－體)，電動機的定子、轉子和軸承等都浸在高壓水中，其定子腔內的水壓與爐水壓力相同，即與鍋爐汽包壓力相等，電動機殼要承受鍋爐系統的全壓，工作條件極為苛刻，稍有不慎就有可能發生電動機損壞事故。

2 電動機參數

型 號：LUV55/4FQ20-605；

額定電壓：6 000 V；

額定電流：27 A；

額定容量：200 kW；

額定轉速：1 475 r/min；

類 型：濕式鼠籠感應電動機；

電動機定子繞組絕緣：氯化乙稀絕緣材料；

允許最低啟動溫度：4 ℃。

3 事故原因分析

某電廠自2006年4臺300 MW機組相繼投產以來，共發生爐水泵電動機事故7次(見表1)，除1次是由于電動機高壓冷卻水系統中閥門盤根松動引起泄漏，導致高壓冷卻水失去壓力，電動機一次冷卻水與爐水壓力失衡，高壓爐水進入電動機定子腔內使冷卻水溫度急劇上升，導致電動機定子繞組燒損外，其余6臺電動機都是由于定子繞組導線外層絕緣破損所致。

表1 某發電廠2009—2011年爐水泵電動機事故統計

仔細檢查6臺電動機故障的部位，發現有以下共同特點：

(1) 故障均發生在定子繞組端部線層間；

(2) 故障點處的導線絕緣層上發現一些直徑約1 mm、不同深度的小坑；

(3) 故障點周圍的導線絕緣層有不同程度的剝蝕痕跡；

(4) 電動機定子繞組表面臟污較為嚴重。

根據以上特點分析，得出如下結論。

(1) 由電磁學理論可知：磁性物質在磁場中所受到的作用力F與電流I的平方成正比，載流導體所產生的電磁力具有使磁性物質與導線的距離縮短的趨勢，也就是說，載流導體對磁性物質具有吸引作用。

(2) 爐水泵電動機在制造、安裝、修理過程中，如果電動機定子腔內、高壓一次冷卻水系統中殘留有金屬異物，它們將在定子繞組磁場的作用下不斷靠近并磨損導線的絕緣，使之破損，最終導致事故發生。

(3) 導線絕緣層所形成的不規則小坑，正是電動機定子腔內殘存的微小金屬顆粒在上述電磁力的作用下產生的結果，可形象地比喻為“電擊蟲”。

(4) 故障點發生在端部是由于電動機端部繞組導線間容易留存金屬顆粒所致。

(5) 故障點周圍的導線絕緣層有不同程度的“剝蝕”現象，其原因有三：一是被故障點的高溫電弧直接熾傷；二是由于在故障發生的瞬間，導線對地短路所產生的高溫電弧汽化了周圍的冷卻水，形成小汽泡，而后由于汽泡內的壓力小于周圍冷卻水的壓力，汽泡將重新凝結而破裂，這一瞬間，周圍液體以很快的速度向汽泡運動，產生了強烈的“水擊”作用，導線表面的絕緣受到頻率很高的反復機械沖擊而損壞；三是由于導線絕緣層周圍瞬時產生汽泡，使得其分界面的介質發生突變，此時導線表面的場量也發生突變，亦造成了對導線絕緣表面的電損傷。

（6） 電動機定子腔室污垢嚴重，這與電動機的冷卻水管路、軸瓦的磨損以及泵水的滲漏有關。

因此得出：爐水循環泵電動機燒損事故的根本原因是其內冷水中含有鐵磁性異物，在繞組電磁力的不斷作用下引起導線絕緣破損而燒壞電動機。并且，如果冷卻水的水質對電動機的絕緣有較大影響，那么說明電動機定子繞組已經有了薄弱環節。即冷卻水導電度的高低是使導線絕緣強度充分表露的－種現象。當然這并不說明對冷卻水的水質標準可以放寬。

4 事故的經驗教訓及防范措施

(1) 精心拆裝電動機高壓一次冷卻水管路，確保電動機腔內、管道內無異物遺留。

① 爐水泵電動機目前每次檢修都需將電動機高壓一次冷卻水出入口管、熱屏疏水管用氣割割開，這樣勢必在斷口內壁產生一定的氧化鐵顆粒，一些微小的氧化鐵顆粒附著在管道內壁深處，不易清除，在一定的條件下又脫離到管道內，這就對電動機的安全運行帶來了隱患。

建議改用鋸割的方法切開冷卻水管，不僅能防止氧化鐵顆粒的產生，而且便于管口回裝，割后的管口要及時進行清掃，并用塑料布扎好管口，防止進入異物。

② 在爐水泵電動機高壓一次冷卻水出入口管處各增加一對法蘭盤，通過法蘭盤拆裝電動機一次冷卻水管，這將從根本上解決由于切割冷卻水管所造成的殘留鐵磁顆粒進入電動機定子腔內的問題。法蘭密封墊采用金屬纏繞墊片以保證良好的高壓密封性能。

③ 爐水泵電動機回裝前，要仔細檢查高壓一次冷卻水、熱屏疏水管口壁是否清潔，確認無異物后再進行氬弧焊接。

(2) 加裝一次冷卻水管，消除電動機定子、高壓一次冷卻水系統中的雜質，改造后的回路如圖2所示。

利用新增加的反沖洗回路，在鍋爐排水后和電動機注水前可對電動機腔室及高壓一次冷卻水循環系統進行反沖洗。即打開高壓一次冷卻水注水閥13號、15號、23號、6號，過濾器7，7A隔離閥，16號、22號排污閥，以及21號熱屏疏水閥，并取出6號濾網芯。使水自上而下進行反沖洗，從而有效清除冷卻水系統中的雜質。

(3) 嚴格測量電動機定子絕緣，保證絕緣電阻大于6 MΩ。

(4) 檢查爐水泵電源電壓在正常范圍內，啟動電壓不得低于額定電壓的80 %。

(5) 檢查所有系統無泄漏，鍋爐已上滿水，汽包水位在+200 mm左右。

(6) 檢查電動機定子腔內冷卻水溫度在4～49 ℃之間。

圖2 改造后的回路

(7) 精心操作，認真調整，確保啟動萬無一失。

① 爐水泵和鍋爐每次重新注水后都必須進行電動機點動，每隔15 min點動一次，每次運行5 s，共計3次，以消除水中的汽泡。

② 在啟動爐水泵時，就地要有專人監視整個過程，遇有緊急情況，必須立即就地手動打閘。

③ 在允許的情況下，最好先啟動B泵以避免汽包左右側水位偏差過大。第1臺爐水泵啟動后，汽包水位將急劇下降，此時要盡快補水至正常水位，防止打空泵。

④ 啟動過程中，大約1 s內電動機即可達到額定轉速，此時應仔細檢查電動機電流、一次冷卻水濾網壓差、泵出口壓差并傾聽聲音，以判斷電動機運轉是否正常。

⑤ 控制好啟動時間，每兩次啟動至少要間隔15 min，以防止電動機過熱損壞。

⑥ 熱態啟動時，必須投入暖泵系統，保證爐水與泵體溫差小于56 ℃。

(8) 加強巡回檢查，防止突發性事故的發生。

① 由于爐水泵在高溫、高壓的環境下工作，且該系統極易發生泄露，因此必須加強檢查，尤其要密切監視一次冷卻水系統。運行人員要增強工作責任心，做到及時發現問題、及時匯報、及時處理，把事故消滅在蔭芽狀態；

② 為防止電動機一次冷卻水6號濾網發生泄漏，在進行鍋爐水冷壁水壓試驗時，應一同試驗，但在校驗鍋爐安全門時(實校)，必須解列一次冷卻水6號濾網，關閉7，7A閥門，打開旁路門9號閥門。運行中要加強對6號濾網進出口壓差的監視，發現6號濾網出入口壓差超標時，應及時切除檢修。

③ 在正常運行中，一旦發現電動機一次冷卻水泄露，應采取如下措施：

a. 立即開啟電動機一次冷卻水注水23號閥門（第1道23號閥門可常開），向高壓冷卻水系統注水，以防止爐水倒入電動機定子腔內；

b. 若電動機一次冷卻水6號濾網泄漏，應立即先打開旁路9號閥門，并盡快關閉6號濾網出入口7，7A閥門，進行隔離；

c. 認真監盤，當發現電動機定子腔內冷卻水溫度異常升高時，應立即查明原因，若溫度升高至60 ℃仍未跳閘，需立即停止運行；

d. 若運行中因鍋爐突然滅火或其他原因造成汽包水位低于可見水位時，應立即停止其運行，以防止爐水泵內的爐水汽化后振動大，威脅電動機的安全；

e. 為防止人為誤開電動機一次高壓冷卻水22號排水門引起高壓冷卻水泄露，運行中必須將該門關閉并上鎖。

(9) 把好輔助元件質量關，避免因小失大。

從2010年1A爐水泵電動機燒損的事故中可以看出，爐水泵所配輔助元件的質量好壞直接關系到泵和電動機的安全。所以，運行中除應加強檢查高壓冷卻水的管道閥門外，還應加強校驗和檢查壓差開關，測溫元件，壓力表等元件，并確保安裝前所有元件的質量可靠，設備完好，以保證爐水泵系統設備安全正常運行。