大容量高壓電動機高低速改造后的故障分析及對策

前 言

銅山華潤電力有限公司(以下簡稱銅山華潤)總裝機容量為2×1000 MW，每臺機組共用3臺循環水泵，每臺循環水泵電機功率為3600 kW。由于水溫和蒸發量隨季節變化大，循環水用量也大不相同，夏季高溫時需要2臺泵同時運行。春、秋季節2臺泵運行又有盈余，冬季只需一臺運行就能夠滿足補水要求。因此，電廠從節能的角度出發，對全廠每臺機組中的一臺循環水泵實施了雙速改造，采用變極調速，即利用電機本身條件，將電機從單速改為雙速，泵負載高時用高速，泵負載低時用低速，改造后運行經濟性較好。但改造后電機需采用高低速改接線箱，引起了一些新問題的出現。本文就一起循環水泵電機雙速改造后的故障進行分析探討。

1 工作內容

1.1 故障概況

2016年8月4日15:35，#52循泵電機在正常啟動時跳閘，電氣專業人員立即到6KV開關室，發現綜合保護顯示保護速斷動作、差動保護動作。現場發現電機高低速切換箱有密封處有煙熏的痕跡，詢問運行人員，得知電機啟動時聽到現現場高低速切換箱發出異音。

1.2 現場檢查情況

檢修人員辦好工作票后，發現電機接線盒外觀如下圖1所示：從接線盒外觀打開接線盒后發現如圖2所示，轉接箱A相對接線盒蓋板放電，B相對接盒外蓋板放電。B相聯接板稍許融化， 發現支柱復合絕緣子大面積開裂。

檢查沒有發現轉接箱聯接板有松動現象, 接線盒內的接線圖燒損。

圖1

圖2

B 相放電點

通過以上對電機轉接箱進行的常規檢查，分析應是由于持續放電箱體內溫度驟然升高，導致箱體內結點轉換圖紙起火燃燒，同時造成環氧套管開裂，連接電纜終端部分熔化。但未發現電機受已發事故影響引發內部故障。

1.3 故障錄波情況

調取電機故障時的故障波形圖，可以判斷：發現故障發生時，接線相內A相環氧套管金屬端部，與蓋板背部豎直“筋”上最近點首先發生單相接地故障。擊穿導致密閉箱體內的絕緣環境進一步惡化，B、C相在A相發生接地故障后，導致其承受的電壓超過原相電壓，B相在A相故障發生后半個周波后，套管頂端也與蓋板發生單相接地故障。故障發生約2.5個周波后，C相在接線箱內發生對地擊穿，B相絕緣恢復。故障發生至3.5個周波，保護正確動作，故障切除，三相故障錄波圖如圖電動機三相故障錄波圖所示：

1.4 現場試驗情況

① 絕緣電阻

U相： 45/700 MΩ 15S/60S

V相：400/650 MΩ 15S/60S

② 直流耐壓及泄漏

U相：3 k V/3 μ A 3kV/3μA 6kV/6μA 9kV/10μA 12kV/15μA 15kV/19μA

V相：3 k V/7 μ A 3kV/18μA 6kV/26μA 9kV/36μA μA

③ 交流耐壓試驗

U相： 9kV/310mA 1分鐘通過 耐壓后絕緣440/550 MΩ

V相：升壓6kV 保護跳閘。

電機轉大修理。電機解體后進行耐壓試驗，發現繞組故障點如下圖。

2 故障原因分析

2.1 前端故障分析

接線盒內圖紙燒損

電動機三相故障錄波圖

故障是由接線箱體內單相接地故障引發的，屬于繞組前端故障，因此A相繞組受沖擊最小，B、C相繞組均不同程度受到故障影響，但未在故障過程中發生擊穿。分析前端接地故障原因為，換線箱內水汽過飽和，絕緣距離不足導致。故障箱體所處環境較潮濕，故障發生前故障電機已待用15天，當地一直處于白天35度以上高溫的持續酷暑環境中，早晚溫差較大，密封箱體內受氣候影響夜間凝聚水汽，白天則蒸發行成水蒸汽，使得箱體內空氣中的水蒸汽含量達到飽和，進而造成箱體內部絕緣環境的劣化。

2.2 電機絕緣故障分析。B、C相相關部位在后期進行的交流耐壓試驗過程中發生擊穿，解體檢查發現，該電機定子繞組絕緣封包方式存在明顯缺陷，熱壓縮工藝未完成，導體與絕緣層間存在較多氣隙。初步分析，該電機制作工藝存在較明顯缺陷，長期運行后缺陷逐漸暴露，在外部因素誘發下引起絕緣故障。

3 改進措施

3.1 針對該設備本次故障誘因為高低速轉接箱內空氣濕度飽和，造成箱體內部絕緣環境的劣化，致使接線柱對轉接箱外殼放電的情況，專業人員與設備維修廠家認為當初電機改造時沒有考慮到此種情況，根據GB14711決定將電機轉接箱導電部分的爬電距離由污染等級Ⅲ調整為污染等級Ⅳ，從而加大導電部分與接地部分的絕緣距離，相應將接箱內固定接線柱的固定板向電機內側進行位移100mm，從而保證了設備的安全運行。

3.2 針對該設備本次絕緣子大面積表面開裂現象及箱體內空氣濕度較大的情況，將其更換為DMC-1型絕緣子，其絕緣等級按10kV進行設置。

3.3 針對電機故障后，電機本體內繞組在槽內擊穿的情況，要求電機修理廠家，將原來的散嵌線圈改為模壓成形的線棒，熱壓穩定在150OC左右，保證繞組與外包絕緣成一體，提高其絕緣性能及等級。

3.4 建議針對改造過或者將要改造的電機要對照GB14711的規定排查轉接箱的爬電距離，適當時可以加大一個防污等級；對于將來需要對定子繞組進行修理的電機，要加強質量預控，對于不具備整體真空浸漬的的情況，要將電機的線棒進行模壓成型，熱壓穩定在180OC左右，壓力5公斤，穩定一小時，保證繞組與外包絕緣成一體，提高其絕緣性能及等級。

4 結 語

節能減排是我國國民經濟和社會發展的長期戰略，火電廠的廠綜合廠用電率一直居高不下，是節能減排的重點對象。泵類負載由于其出力的大小與其轉速的立方成正比，大型泵類負載成為節能改造的重點區域，但是如果在改造過程中質量控制沒有把控好，在將來的運行過程中可能帶來很大的安全問題，給機組的安全運行帶來隱患。節能減排企業必須重視該類設備的設計合理性及質量的預控性，這樣才能安全、穩定地享受電機雙速改造帶來的巨大節能效益。

電機解體后進行耐壓試驗