一種同步電動機定子繞組相間擊穿的修復方法

陳 武，李 莊，馬 悅

（江蘇省駱運管理處劉老澗閘站管理所，江蘇 宿遷 223800）

在大中型泵站運行中，同步電動機的穩(wěn)定運行起到關鍵作用，通過對泵站同步電動機定子繞組相間擊穿現場焊接修復，發(fā)現此方法省時省力，是一種較好的修復方法，并總結了同步電機預防出現定子繞組相間、匝間擊穿的故障原因及預防措施。

1 泵站同步電動機故障

江蘇省駱運管理處劉老澗閘站管理所泵站6kV同步電動機型號為TL2200-40/3250，容量為2200kW，額定電流為248A，勵磁電壓為139V，勵磁電流為255A，功率因數為0.9，轉速為150r/min，絕緣等級為B級。

2015年6月3#機組運行中定子差動保護動作跳閘，對定子繞組進行絕緣檢查，測量得出A相絕緣35.6M、吸收比1.04、直流電阻156.5mΩ，B相絕緣38.2M、吸收比1.15、直流電阻156.7mΩ，C相絕緣1.21G、吸收比1.69、直流電阻156.9mΩ。此外，AB相間絕緣為31MΩ。由以上測量數據得出定子繞組三相直阻平衡度小于2%，AB兩相絕緣電阻偏小，且與C相絕緣電阻相差較大，AB兩相吸收比均小于規(guī)定值1.3，初步得出AB相間擊穿，匝間可能擊穿。經過對定子繞組檢查，發(fā)現某處AB相間有弧光燒損痕跡，經過剝線發(fā)現該處AB銅排有擊穿痕跡，如圖1所示。

圖1 AB繞組相間擊穿故障點

2 故障分析

該泵站建站已20年，一直承擔對運河補水、調水任務，3#機距上次大修已累計運行8000多臺時。2014年江蘇省駱運管理處劉老澗閘站管理所委托江都引江機械電氣檢測有限公司對泵站機電部分進行檢測鑒定，鑒定得出主電機為三類設備，主要存在機組運行溫度波動較大，使導線、絕緣層和包扎件等有不同程度的膨脹變化，造成膠漆鼓脹、破裂和松動，主電機繞組絕緣失去彈性；矽鋼片變形嚴重，呈波浪形，波谷達2mm，明顯松動；定子通風溝通風不暢，導致溫升偏高；定轉子鐵芯局部變形、銹蝕嚴重；電機滑環(huán)表面有劃痕，碳刷磨損較快；機組運行振動和噪聲偏大等問題。

另外該電機采用B級絕緣，絕緣材料耐溫限值低，定子通風溝通風不暢，導致電機運行時溫升偏高，絕緣材料老化嚴重。電機三相繞阻△tgδ、tgδn值及電容增加率均大于規(guī)定標準值，表明絕緣已呈老化特征。電機線圈采用模壓多膠線圈B級絕緣，工藝與性能落后。

分析故障原因以避免以后再次出現相關故障。三相電機的相間短路，是三相繞組中有兩相繞組之間短路了，可以用遙測絕緣測定；匝間短路是同相繞組線匝之間的短路，無法用遙測絕緣測定。匝間短路包括各極相組線圈間短路、一個極相組中線圈之間短路以及一個線圈中的線匝之間短路。相間短路故障通常有繞組端部層間短路和槽內上下層線圈之間短路。造成相間短路的原因是由于相間絕緣尺寸不符合規(guī)定、絕緣墊本身有缺陷、層間墊條墊偏或嵌線時使其遭受損傷等

該站3#主機為電機老化、絕緣性能顯著下降使AB相間絕緣不合格，導致相間擊穿。

3 定子繞組相間擊穿修復

經過方案研討和論證，采用修復方案：對故障點進行剝線，打磨兩相銅條，以銀銅焊條對銅條補焊修復，并打磨處理，之后對故障點表面纏10層F級云母帶及一層滌綸帶，涂刷絕緣漆，定子繞組加熱至90℃保持8h。

3.1 材料準備

滌綸帶1卷，F級云母帶4卷，石英氈1m2，石棉粉1kg，石棉布2m，銀銅焊條（30%銀、70%銅）4根，1032絕緣漆2kg，部分銅排，什錦銼1套，氧氣乙炔焊等。

3.2 故障檢修

（1）故障點處理：對故障點進行剝線處理，周圍除污除塵，并對故障點銅條打磨，虛連的部分清除，制作銅條捆扎于損壞較大的銅排；對故障點待焊接周圍墊石英氈，漏縫處以石棉粉填充，防止焊接時對周圍線圈造成損傷。

（2）故障點焊接：用銀銅焊條對故障點進行焊接處理，銀銅焊條焊接后流動性好，可對焊點周圍實現盡可能包裹，以故障點的銅條截面積滿足最大載流量為準；焊接中需對焊點周圍塞石棉粉及石棉布，防止焊接時火焰對線圈造成損傷；焊接完成冷卻后，用什錦銼對焊接點部位進行打磨處理，以焊點無毛刺圓潤為止；清除故障點雜物，對焊接點纏繞10層F級云母帶（1kV纏繞1層，選用電機高一絕緣等級），最后纏繞一層滌綸帶，并用絕緣漆涂刷均勻，如圖2所示。

圖2 故障點焊接

（3）加熱絕緣處理：將定子三相繞組串聯，首尾兩端與勵磁裝置出現端出現連接，并用石英氈對故障點覆蓋保溫；勵磁裝置手動投勵逐步從100A至180A，隨時監(jiān)視定子繞組溫度至90℃，烘烤8h。

對修復后的定子繞組測量絕緣，A相為810M、吸收比為1.51、直阻為156.5mΩ，B相為860M、吸收比為1.52、直阻為156.7mΩ，C相為1.2G、吸收比為1.68、直阻為156.9mΩ。該電機定子繞組三相絕緣電阻、吸收比及直流電阻等試驗數據均達到規(guī)定值。本次故障檢修是成功的，隨后對該電機進行試啟動，3#電機各項電氣參數正常。

4 修復方法評價

可以看出此次定子繞組相間擊穿修復方法有以下優(yōu)點。

（1）成本較低，經統計材料成本費用不足1千元，材料較少且網上均可正常購置。

（2）維修周期較短：檢查、研討、檢修、試運行周期共為5d左右，大大縮短了搶修和停機時間。電機及時消除故障為提高單位工程效益的發(fā)揮起到重要作用。

（3）施工工藝簡易：查出故障點，現場施工，省去回廠絕緣處理。回廠周期較長且回廠絕緣抽芯處理費用較高約為10萬元左右。

對于運行中高壓同步電機出現定子差動保護動作情況，筆者認為技術人員應該進行高度重視，首先檢查定子繞組三相相間及對地絕緣（排除定子繞組內部故障），其次應檢查電機二次電流回路中有無端子線頭松動、脫落（排除誤動作）。本次3#同步電機定子繞組相間擊穿修復適用于故障點在端部位置，而相間擊穿大多發(fā)生于端部絕緣點薄弱位置。

5 修復后運行情況

3#主機經過近3年運行，未出現絕緣性能下降現象，三相電流平衡。期間對3#機進行解體性大修，逐步檢查定子繞組，未發(fā)現其他線圈、電樞損傷情況。3#主機組至今運行穩(wěn)定，各項電氣參數正常。

6 避免同步電機繞組擊穿的措施

6.1 保持電動機的清潔

電動機在運行中，必須保持進風口的清潔。在進風口周圍至少3m以內不允許有塵土、水漬、油污和其他雜物，以防止吸入電動機內部。若這些塵土、油、水吸入電動機內部，便形成短路介質，損壞導線絕緣層，造成匝間短路，電流增大，溫度升高而燒毀電動機。所以要保證電動機有足夠的絕緣電阻，良好的通風冷卻環(huán)境，并定期對電機定子風道除塵，機組大修時可用絕緣清洗劑對定轉子線圈進行仔細絕緣清洗，禁止噴涂絕緣漆。因為現場無無塵操作間，無法對定轉子線圈徹底除塵，噴絕緣漆會對線圈表面灰塵進行覆蓋，影響散熱使運行中電機線圈溫度升高。只有這樣才能使電動機在較長時間運行中保持在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下工作。

6.2 觀察有無振動、噪音和異常氣味

電動機若出現振動，會引起與之相連的泵軸部分不同心度增高，擺度增大，使電動機負載增大，出現定子電流升高，溫度隨之升高降低電機絕緣性能。因此，電動機在運行中，要經常檢測振動情況，發(fā)現問題要及時解決。噪聲和異味是電動機運轉異常、出現嚴重故障的前兆，必須及時發(fā)現并查明原因予以排除，否則就會延誤時機，擴大故障，釀成燒毀電動機的重大事故。

6.3 提高電機安裝和檢修精度

電機安裝和檢修時應嚴格遵循相關安裝檢修規(guī)程。對于大中型泵站來講，要提高電機安裝檢修時的垂直同心度、擺度、泵軸中心度、磁場中心、空氣間隙、瓦間隙等精度，此外電機各配件安裝檢修時應牢固可靠無松動，保證電機平穩(wěn)運行。

7 結束語

此次3#同步電動機定子繞組相間擊穿修復方法，施工工藝簡易，現場施工，所用材料較少，修復周期短。此方法大大縮短了搶修和停機時間，電機定子繞組相間擊穿故障及時消除，是一種省時、省力、省材的方法，保障了泵站設備安全運行，延長了同步電動機使用壽命，大大提高了單位的工程效益。筆者藉此一種同步電動機的定子繞組相間擊穿故障現場修復方法供大家提供參考。