爐水循環泵電機絕緣降低的探討

李少波，陳華杰

（浙江國華浙能發電有限公司，浙江寧波 315612）

爐水循環泵是控制循環鍋爐的關鍵輔助設備，猶如鍋爐的“心臟”，其重要性不言而喻。爐水循環泵由濕繞組電機、驅動水泵組兩個部分組成，其具有流量大、揚程低、能承受高溫高壓的特點，主要用于直流鍋爐、強制循環汽包鍋爐的啟動系統。其中提高電機絕緣性能，有利于循環泵的安全穩定運行。以下結合實際案例，針對爐水循環電機絕緣降低的原因進行深入探討。

1 爐水循環泵的電機絕緣結構

爐水循環泵的電機屬于無軸封式濕繞組電動機。結構特點是將泵的葉輪、電機轉子設置在同一個主軸上，促使泵和電機成為一個整體，可以避免泵泄漏問題的發生。隨著工藝技術的進步，電機性能不斷改進，泵容量隨之增大，出現了系列產品，以德國KSB公司、英國HT公司、我國哈爾濱電機廠為代表。具體到電動機的絕緣結構，包括以下兩個部分：一是定子繞組絕緣結構。定子鐵芯為半閉口槽，采用穿線式繞組。二是引出線密封絕緣結構。在電機運行時，不僅能絕緣電源輸入的高電壓，還能密封高壓冷卻水。

以KBS公司生產的設備為例，采用絕緣塔式密封，如圖1所示。實踐表明，絕緣性能的好壞，決定了電機的可靠性和使用壽命，技術關鍵包括濕繞組線的類型和性能、引出線密封絕緣結構、繞組端部固定方式、絕緣制造工藝等。

2 電機絕緣降低的原因分析

2.1 設備概況

某電站的爐水循環泵由德國KSB公司生產，型號為LUVAC2x350-500I；電機屬于鼠籠式三相潛水電機，型號為LUV6/4IV40-1105，參數設置如下：頻率50Hz，轉速1470r/min，額定電流36A，額定電壓11000V，額定功率400kW，功率因數0.71。其中定子使用硅鋼片壓制而成；繞組銅線采用聚乙烯絕緣，并且配置酰胺保護層；端部繞組是無芯型，能減輕機械磨損。電機繞組利用耐高壓電纜實現密封壓蓋供電，利用絕緣套筒絕緣，設計成O型密封圈；導線從壓蓋單獨引出進入接線盒，固定在機殼法蘭上；接線盒使用橡膠墊圈密封，避免潮氣、水分進入。

圖1 絕緣塔式引出線密封絕緣結構

2.2 電機絕緣失效故障

機組內3臺循環泵連續運行2周，然后正常停機、帶壓放水。首次測定絕緣電阻正常，滿足說明書中200MΩ的要求；停機后第3天，A、B、C泵的絕緣電阻相繼降低，分別為56、52、1MΩ。期間，爐水循環泵電機沒有運轉，鍋爐正常放水。

2.3 絕緣降低的原因分析

現場檢查后可見，該機組內的3臺爐水循環泵均是正常運行后出現的絕緣降低故障，拆開設備內部結構，可見繞組的引線絕緣均正常，整體繞組中間沒有接頭。分析認為可能故障原因如下。

（1）絕緣材料問題。交聯高壓聚乙烯絕緣材料的質量決定了滲水性、阻水結構性能，國產材料在高水壓影響下，往往滲水性不滿足要求；而且不同廠家、不同生產工藝，也會導致絕緣材料性能的差異化。

（2）帶壓放水問題。帶壓放水時機有誤，爐水進入電機腔體后，會升高端部溫度，造成絕緣下降。實際情況中，鍋爐放水后，泵殼和入口集箱的溫度降低至70℃以下，才開始對電機卸壓，因此腔體溫度滿足說明書規定的65℃的要求，可以排除這一原因。

（3）爐水循環泵的沖洗問題。爐水水質的檢測結果顯示，pH值在8.0以上，懸浮物粒徑在0.25ppm以內，滿足水質要求，可以排除這一原因。水泵在啟動時，高壓冷卻水會在泵體內循環，其中升溫升壓階段要投入沖洗水，壓力達到0.5MPa以上，即可停止投入沖洗水，否則會導致電機繞組溫度過高。

（4）氣體沖擊問題。循環泵啟動時，如果泵體內部氣體沒有排除干凈，會造成氣流沖擊振動。現場檢查發現，爐水循環泵啟動前打開空氣門，待水流出現后關閉；而且啟動時點動排氣3次，現場人員沒有發現振動現象，可以排除這一原因。

（5）熱態啟動問題。實踐證實，頻繁熱態啟動，爐水循環泵會產生熱應力，從而損害電機絕緣系統。現場檢查發現，爐水循環泵運行期間，并沒有頻繁進行熱態啟動，爐水循環泵持續運行，一直到停爐放水，可以排除這一原因。

6）汽包水位問題。爐水循環泵啟動時，補水不及時會降低汽包水位，繼而引起管道、泵體振動、損害電機絕緣系統。依據規定，爐水循環泵啟動時，汽包水位控制在-200～100mm之間。現場檢查爐水循環泵啟動后，汽包補水及時，沒有出現水位超限的情況，可以排除這一原因。

3 爐水循環泵電機絕緣降低的預防和改進

3.1 預防措施

（1）爐水循環泵在出廠前，必須進行嚴格的性能檢驗，確保三相對地絕緣在2GΩ以上，而且三相定子繞組的直阻要保持平衡。

（2）爐水循環泵電機在運輸過程中，做好預防措施，包括防潮、防水、防震，避免塵土和鹽蝕，確保處于安全干燥的環境中。爐水循環泵運輸至現場后，應該在一周內進行安裝，并嚴格按照說明書和操作規范作業，形成完善的記錄。安裝完成后，30天內對電機試運轉；如果不能及時試運轉，應該做好保養防護工作。

（3）酸洗會對電機絕緣造成不利影響，因此清洗電機時，不能采用酸洗法。日常運行期間，以《電站爐水循環泵電機檢修導則》為依據，開展調試、保養工作，并且監測電機絕緣的狀態。

（4）保證熱工定值、繼電保護定值，一般將電機腔室的溫度控制在60℃跳閘；同時，對電機進行過熱保護、速斷保護。

（5）電機運行期間，應該監測各項參數的變化，以腔室溫度、電流、差壓為例，針對重要數據進行匯總分析，評估爐水循環泵的運行穩定性。

（6）加強監督爐水循環泵水質，并定期更換冷卻水。爐水泵電機的冷卻水在電機不拆除的情況，長期水質不更換，會導致電機膛內的冷卻水呈電的良導體狀態。結合機組檢修，利用爐水更換的時機，對電機定子膛內的冷卻水進行更換，還能起到沖洗目的。

（7）庫房中備用的爐水循環泵電機，應充注保養液，或者充入惰性氣體進行保管，能保證電機絕緣、防止電機腐蝕。保養液的配置方法在導則中有明確規定，如充入惰性氣體時應外接壓力表。但無論何種方法，均應定期檢查有無泄漏的情況。

3.2 工藝改進

（1）使用磁性過濾器。循環泵的高壓冷卻水進口處，本來設置了過濾器，但是過濾面積小，一旦濾網堵塞會影響冷卻水的正常循環，繼而水溫升高，就會損壞推力軸承和電機繞組。對此，可以使用外置式的磁性過濾器，由兩層過濾網組成，一方面能加強吸附能力，避免對推力軸承、電機繞組產生影響。另一方面，在過濾器前后的位置，分別設置隔離閥，可以實現在線清理，避免過濾器堵塞。

（2）增設冷卻循環泵。循環泵的設計一般為兩用一備，為了控制備用泵的水溫升高，備用泵也會投入使用，從而增加了磨損和能耗。對此，可以在高壓冷卻水管路上，增設輔助性的循環冷卻泵，能為冷卻水的循環提供動力，促使泵腔的溫度降低，提高軸承、電機繞組的安全性。

（3）合理選擇定子繞組的線徑、規格，對絕緣層的結構進行改進。能提高繞組的散熱性，既保護絕緣功能，又延長電機壽命。

（4）考慮到電機在正常運行時，電機整體浸泡于導電能力較好的冷卻水中，其對地電容異于常規電機，將配置于6kV開關室內的過壓保護移至電機附近，能有效防范電機過電壓的損傷。

4 結語

爐水循環泵是電站運行的重要設備，長期在高溫高壓環境中運行，電機容易發生故障。以絕緣降低為例，文中結合實際案例，分析了絕緣降低的可能原因，最終確定是電機自身的設計和制造問題。對此，設計人員需制定完善的預防措施，并且對絕緣結構進行工藝改造，例如使用磁性過濾、增設冷卻循環泵、將過壓保護移至電機附近，從而提高循環泵的工作性能。

[1] 魏汝偉.淺析爐水循環泵電機絕緣降低的原因[J].城市建設理論研究（電子版）,2015,(9):2958-2959.

[2] 王文剛,肖偉杰.印度項目KSB爐水循環泵電機絕緣故障分析及預防對策[J].科技傳播,2013,(8):203-204.