火電廠高壓電機絕緣故障原因分析與對策

李志超

大唐三門峽發電有限責任公司

1 絕緣因素對高壓電機可靠性的影響

高壓電機在大中型火電廠中一般采用6kV或10kV電動機，這類電機具有功率大、承受沖擊能力強的優點。機側循環水泵、凝結水泵、電動給水泵，爐側六大風機等大型輔機，為了降低電機啟動時對系統電壓的影響，一般都采用高壓電機。高壓電機在停備一段時間后，投運前需要進行絕緣測試，絕緣強度在冷態下按1MΩ/kV來控制，當電機的絕緣低于1MΩ/kV時，為避免電機損壞或對廠用電系統造成沖擊，不允許其投入運行。通過對高壓電機故障案例進行統計分析，高壓電機出現最多的問題是絕緣故障，主要體現在四個方面：啟動前絕緣、吸收比測試不合格；啟動時絕緣擊穿；運行中接地或短路；檢修時耐壓試驗絕緣擊穿。在啟動瞬間或運行中出現絕緣故障，處理周期比較長，輕則造成機組單輔機運行，運行方式薄弱，增加了運維工作量；重則導致機組降出力運行或啟動延遲，被調度單位考核。

2 高壓電機常見絕緣故障及原因分析

2.1 定子引線、接線絕緣子故障

高壓電機引線緊挨著或碰到電機外殼內表面或鐵心表面，引出后固定在電機接線盒支柱上。電動機運行過程中，引線處于熱風區部位，散熱條件差，絕緣老化快，同時引線絕緣層長期受到振動摩擦的影響，會使絕緣層受傷，絕緣強度下降，絕緣層過薄時甚至對電機殼體放電。火電廠的高粉塵環境是導致電機內部積灰的主要因素。開啟式高低壓電機是粉塵的最大受害者。粉塵通過散熱孔進入電機內部，附著在電機接線絕緣子上，如果未及時處理，電機接線盒進入潮氣后，極易發生閃絡擊穿。部分老式高壓電機，接線盒接線端子選用普通陶瓷絕緣子，檢修作業過程中，如工器具不慎與瓷瓶發生撞擊，或者接線過程中緊固方法不當，可能會出現瓷瓶掉釉、破損、裂紋等問題，如發現不及時，潮氣通過絕緣瓷瓶受傷部位進入絕緣子內部，使絕緣子絕緣性能大幅下降，甚至發生絕緣擊穿。

2.2 絕緣受潮

高壓電機進水進汽時，如不能及時散發或烘干，將造成絕緣下降，嚴重時甚至會出現短路接地，造成電機損壞。引起高壓電機絕緣受潮的因素有：(1)周圍管道開裂噴水。高壓電機周圍經常布置有熱力管道、工業水管道、工藝水管道以及取樣管路，這些管路一般都是帶有一定壓力，如焊縫開裂、管接頭脫落等異常出現時，將會導致大量水、汽射向電機，并沿電機本體縫隙進入電機內部，導致絕緣受潮。(2)防雨設施損壞。部分室外電機一般設置有防雨棚或防雨罩，如果防雨罩損壞，修復不及時，將導致雨水直接淋到電機上，進入電機內部后將導致絕緣受潮。(3)電機自身密封不嚴。電機電纜從橋架或電纜溝接入電機接線盒過程中，一般會采用穿線管加蛇皮管工藝，穿管兩端、蛇皮管兩端、接線盒穿線處，任意一點密封不嚴，都可能導致潮氣滲入，遇到氣溫驟降，將產生凝露，接線盒受潮。(4)接線盒絕緣子選型存在缺陷。部分高壓電機接線盒選用環氧樹脂或純瓷材質的支柱絕緣子，自潔性能差，雨水或超期后絕緣下降快，雨后或空氣濕度較大時測量絕緣，絕緣電阻和吸收比頻繁出現不合格現象。(5)電機電加熱器存在缺陷或未及時投入。近年來，隨著對高壓電機絕緣防潮問題不斷重視，新投產高壓電機都配套有電加熱器。長期停用的電機會因吸潮而使絕緣電阻的電阻值降低，如對電機繞組適當加熱，使其溫度比環境溫度高5℃以上時，就可以預防繞組受潮，從而保證電機的正常啟動。在電機長期停備期間、雨后以及啟動前，如電加熱器未實質投入運行，潮氣侵入電機本體，都會出現絕緣電阻或吸收比不合格現象。

2.3 積灰和積粉嚴重

磨煤機、除灰空壓機、碎煤機、皮帶電機等除灰、輸煤區域的高壓電機，因設備、管路跑冒的影響，環境中粉塵濃度較高，如電機密封不嚴或采用開啟式電機，粉塵通過縫隙進入定轉子內部，附著在電機定轉子繞組及鐵芯上，給電機正常散熱帶來很大影響。如未及時對電機內積灰進行清掃，將使電機運行中本體溫度不斷攀升，甚至超過電機的絕緣材料耐熱等級，加速了電機的絕緣老化。如果大量粉塵與電機周圍環境中空氣濕度大幅增大兩個因素疊加，將使電機絕緣迅速下降，發生絕緣擊穿事故。

3 高壓電機絕緣故障處理與防范

3.1 引線故障措施

(1)加強電纜引線絕緣。由于高壓絕緣引線工作于機械振動狀態，較宜采用具有較高柔韌性的硅橡膠電纜，且電纜截面可較計算截面大一級選取以降低導體表面的場強。南方沿海區域，夏季室外氣溫高達近40℃，且接線箱處于相對密閉的環境中，高溫是導致絕緣材料熱老化的主要原因。因此，可使用H級絕緣的引線電纜，加裝相同絕緣等級的引線護套，以補強引線處絕緣。為了避免銅排之間的相間短路，可在相間加裝具有一定厚度的環氧樹脂隔板并固定于接線箱箱體。接線箱采用下進線方式，避免雨水的侵入影響絕緣性能。(2)加強支柱絕緣子絕緣。支柱絕緣子通常采用陶瓷、環氧樹脂、硅橡膠以及新型DMC等材料。無機陶瓷和環氧樹脂具有較高的抗拉、抗壓性能，但無法承受較大的振動和剪切力。硅橡膠絕緣子不僅具有優良的沿面性能，而且不會因為正常運行時的機械振動發生斷裂。由于沿海區域高鹽密、高污穢，可在硅橡膠表面涂刷PRTV以增強抗濕閃和污閃能力。(3)局部放電監測。絕緣材料的老化過程通常都伴隨著局部放電量的增加。在定期巡檢過程中，利用局放定位設備對高壓電機的高壓側接線箱等部位進行局部放電量監測，當某臺電機放電量出現明顯增高時，需加強監視，在必要的情況下對此設備進行停機檢修。

3.2 積灰、積粉嚴重處理與防范

(1)積灰、積粉環境中高壓電機的處理。建立受灰塵、粉塵影響較大高壓電機臺賬，縮短檢修周期，利用退役檢修、小修、輪修機會，對電機進行解體檢修，清理積灰，評估絕緣老化情況。(2)防范灰塵、粉塵環境對電機影響的措施。及時更換老化的密封條、密封墊，防止灰塵、粉塵進入；做好電纜接線盒穿管處封堵，防止粉塵、潮氣浸入；開展制粉系統無泄漏治理，消除制粉系統周圍的漏點，降低鍋爐房區域粉塵濃度；開展輸煤皮帶區域水沖洗及水噴霧，抑制粉塵，優化輸煤區域環境。

3.3 絕緣受潮處理與防范

(1)電加熱器干燥法。配有電加熱器的高壓電機，直接將電加熱器投運，觀察電機絕緣電阻變化情況，直至絕緣恢復。(2)加熱烘烤法。未配電加熱器或投運電加熱后絕緣恢復效果不明顯的電機，可采用熱風機對接線盒等易聚集潮氣部位進行吹掃，將加熱板或紅外烤燈放入通風口處進行烘烤驅潮。(3)電流加熱干燥法。對采用外置加熱工藝絕緣仍然沒有明顯改觀的電機，可采用電流加熱干燥法，質量好，效率高。在電動機定子中通入一定數值的低壓電流，在定子繞組中產生旋轉磁場，借助外力或自身系統阻力使轉子保持靜止，切割定子旋轉磁場，在轉子鐵心中產生渦流發熱，使電動機升溫，達到驅潮、提升定子絕緣的效果。用電流加熱干燥法，應注意控制好通入電流和電機溫度，防止燒壞電機繞組。(4)防止絕緣受潮的措施。采用憎水性強的DMC等材料的支柱絕緣子，能有效降低因接線盒絕緣問題產生的絕緣缺陷。增加電加熱器，在停備期間及時投運，使電機溫度高于環境溫度5℃以上，能有效控制電機內空氣濕度，防止絕緣受潮。優化保潔方式，避免采用直接水沖方式，采用吸塵器吸灰、鋸末推掃等方法進行鍋爐、汽機車間保潔，可降低人為因素對電機絕緣的影響。

綜上可知，本文對引起高壓電機絕緣故障的問題進行了認真梳理、深入分析，及時開展預防性檢修和維護工作，有效延緩了高壓電機絕緣老化速度，降低了高壓電機絕緣故障發生率。采用新技術、新材料、新工藝，可以使高壓電機高效安全長周期運行。高壓電機作為火電廠的關鍵設備，其可靠運行對提高火電機組設備可靠性、降低非計劃檢修和停運次數，具有重要意義。只有做到對高壓電機劣化狀態始終可控在控，才能為發電企業創造更多的安全效益和經濟效益。

[1]李克.火電廠高壓電機絕緣故障原因分析與對策[J].電工電氣，2017(09)：69-71.

[2]李克.火電廠高壓電機絕緣故障原因分析與對策[J].機電信息，2017(24)：69-70.