300 MW机组炉水循环泵电动机事故原因分析

赫敏灵

(深圳妈湾电力有限公司，广东 深圳 518052)

1 概述

炉水循环泵是专为火力发电厂大容量、超高参数锅炉设计的，其主要功能是强迫炉水循环，可提高汽包炉的炉水循环动压头3～5倍，从而确保炉水良好的循环，保证锅炉安全运行。

某电厂目前装有容量为300 MW的火力发电机组4台，与其配套的锅炉是哈尔滨锅炉厂生产的HG-1025/18.2-YM6型亚临界压力锅炉。该炉最大连续蒸发量为1 025 t/h，汽包工作压力为19.67 MPa，对应的饱和水温为360 ℃。每台锅炉配有3台性能相同的炉水泵，1台炉水泵运行可以满足60 %额定负荷的需要，2台炉水泵运行可以满足100 %最大连续负荷的需要。该泵为浸没式带有湿式电动机型，由沈阳水泵厂引进德国KSB公司技术设计生产。泵体采用全封闭结构(泵与电动机连为－体)，电动机的定子、转子和轴承等都浸在高压水中，其定子腔内的水压与炉水压力相同，即与锅炉汽包压力相等，电动机壳要承受锅炉系统的全压，工作条件极为苛刻，稍有不慎就有可能发生电动机损坏事故。

2 电动机参数

型 号：LUV55/4FQ20-605；

额定电压：6 000 V；

额定电流：27 A；

额定容量：200 kW；

额定转速：1 475 r/min；

类 型：湿式鼠笼感应电动机；

电动机定子绕组绝缘：氯化乙稀绝缘材料；

允许最低启动温度：4 ℃。

3 事故原因分析

某电厂自2006年4台300 MW机组相继投产以来，共发生炉水泵电动机事故7次(见表1)，除1次是由于电动机高压冷却水系统中阀门盘根松动引起泄漏，导致高压冷却水失去压力，电动机一次冷却水与炉水压力失衡，高压炉水进入电动机定子腔内使冷却水温度急剧上升，导致电动机定子绕组烧损外，其余6台电动机都是由于定子绕组导线外层绝缘破损所致。

表1 某发电厂2009—2011年炉水泵电动机事故统计

仔细检查6台电动机故障的部位，发现有以下共同特点：

(1) 故障均发生在定子绕组端部线层间；

(2) 故障点处的导线绝缘层上发现一些直径约1 mm、不同深度的小坑；

(3) 故障点周围的导线绝缘层有不同程度的剥蚀痕迹；

(4) 电动机定子绕组表面脏污较为严重。

根据以上特点分析，得出如下结论。

(1) 由电磁学理论可知：磁性物质在磁场中所受到的作用力F与电流I的平方成正比，载流导体所产生的电磁力具有使磁性物质与导线的距离缩短的趋势，也就是说，载流导体对磁性物质具有吸引作用。

(2) 炉水泵电动机在制造、安装、修理过程中，如果电动机定子腔内、高压一次冷却水系统中残留有金属异物，它们将在定子绕组磁场的作用下不断靠近并磨损导线的绝缘，使之破损，最终导致事故发生。

(3) 导线绝缘层所形成的不规则小坑，正是电动机定子腔内残存的微小金属颗粒在上述电磁力的作用下产生的结果，可形象地比喻为“电击虫”。

(4) 故障点发生在端部是由于电动机端部绕组导线间容易留存金属颗粒所致。

(5) 故障点周围的导线绝缘层有不同程度的“剥蚀”现象，其原因有三：一是被故障点的高温电弧直接炽伤；二是由于在故障发生的瞬间，导线对地短路所产生的高温电弧汽化了周围的冷却水，形成小汽泡，而后由于汽泡内的压力小于周围冷却水的压力，汽泡将重新凝结而破裂，这一瞬间，周围液体以很快的速度向汽泡运动，产生了强烈的“水击”作用，导线表面的绝缘受到频率很高的反复机械冲击而损坏；三是由于导线绝缘层周围瞬时产生汽泡，使得其分界面的介质发生突变，此时导线表面的场量也发生突变，亦造成了对导线绝缘表面的电损伤。

（6） 电动机定子腔室污垢严重，这与电动机的冷却水管路、轴瓦的磨损以及泵水的渗漏有关。

因此得出：炉水循环泵电动机烧损事故的根本原因是其内冷水中含有铁磁性异物，在绕组电磁力的不断作用下引起导线绝缘破损而烧坏电动机。并且，如果冷却水的水质对电动机的绝缘有较大影响，那么说明电动机定子绕组已经有了薄弱环节。即冷却水导电度的高低是使导线绝缘强度充分表露的－种现象。当然这并不说明对冷却水的水质标准可以放宽。

4 事故的经验教训及防范措施

(1) 精心拆装电动机高压一次冷却水管路，确保电动机腔内、管道内无异物遗留。

① 炉水泵电动机目前每次检修都需将电动机高压一次冷却水出入口管、热屏疏水管用气割割开，这样势必在断口内壁产生一定的氧化铁颗粒，一些微小的氧化铁颗粒附着在管道内壁深处，不易清除，在一定的条件下又脱离到管道内，这就对电动机的安全运行带来了隐患。

建议改用锯割的方法切开冷却水管，不仅能防止氧化铁颗粒的产生，而且便于管口回装，割后的管口要及时进行清扫，并用塑料布扎好管口，防止进入异物。

② 在炉水泵电动机高压一次冷却水出入口管处各增加一对法兰盘，通过法兰盘拆装电动机一次冷却水管，这将从根本上解决由于切割冷却水管所造成的残留铁磁颗粒进入电动机定子腔内的问题。法兰密封垫采用金属缠绕垫片以保证良好的高压密封性能。

③ 炉水泵电动机回装前，要仔细检查高压一次冷却水、热屏疏水管口壁是否清洁，确认无异物后再进行氩弧焊接。

(2) 加装一次冷却水管，消除电动机定子、高压一次冷却水系统中的杂质，改造后的回路如图2所示。

利用新增加的反冲洗回路，在锅炉排水后和电动机注水前可对电动机腔室及高压一次冷却水循环系统进行反冲洗。即打开高压一次冷却水注水阀13号、15号、23号、6号，过滤器7，7A隔离阀，16号、22号排污阀，以及21号热屏疏水阀，并取出6号滤网芯。使水自上而下进行反冲洗，从而有效清除冷却水系统中的杂质。

(3) 严格测量电动机定子绝缘，保证绝缘电阻大于6 MΩ。

(4) 检查炉水泵电源电压在正常范围内，启动电压不得低于额定电压的80 %。

(5) 检查所有系统无泄漏，锅炉已上满水，汽包水位在+200 mm左右。

(6) 检查电动机定子腔内冷却水温度在4～49 ℃之间。

图2 改造后的回路

(7) 精心操作，认真调整，确保启动万无一失。

① 炉水泵和锅炉每次重新注水后都必须进行电动机点动，每隔15 min点动一次，每次运行5 s，共计3次，以消除水中的汽泡。

② 在启动炉水泵时，就地要有专人监视整个过程，遇有紧急情况，必须立即就地手动打闸。

③ 在允许的情况下，最好先启动B泵以避免汽包左右侧水位偏差过大。第1台炉水泵启动后，汽包水位将急剧下降，此时要尽快补水至正常水位，防止打空泵。

④ 启动过程中，大约1 s内电动机即可达到额定转速，此时应仔细检查电动机电流、一次冷却水滤网压差、泵出口压差并倾听声音，以判断电动机运转是否正常。

⑤ 控制好启动时间，每两次启动至少要间隔15 min，以防止电动机过热损坏。

⑥ 热态启动时，必须投入暖泵系统，保证炉水与泵体温差小于56 ℃。

(8) 加强巡回检查，防止突发性事故的发生。

① 由于炉水泵在高温、高压的环境下工作，且该系统极易发生泄露，因此必须加强检查，尤其要密切监视一次冷却水系统。运行人员要增强工作责任心，做到及时发现问题、及时汇报、及时处理，把事故消灭在荫芽状态；

② 为防止电动机一次冷却水6号滤网发生泄漏，在进行锅炉水冷壁水压试验时，应一同试验，但在校验锅炉安全门时(实校)，必须解列一次冷却水6号滤网，关闭7，7A阀门，打开旁路门9号阀门。运行中要加强对6号滤网进出口压差的监视，发现6号滤网出入口压差超标时，应及时切除检修。

③ 在正常运行中，一旦发现电动机一次冷却水泄露，应采取如下措施：

a. 立即开启电动机一次冷却水注水23号阀门（第1道23号阀门可常开），向高压冷却水系统注水，以防止炉水倒入电动机定子腔内；

b. 若电动机一次冷却水6号滤网泄漏，应立即先打开旁路9号阀门，并尽快关闭6号滤网出入口7，7A阀门，进行隔离；

c. 认真监盘，当发现电动机定子腔内冷却水温度异常升高时，应立即查明原因，若温度升高至60 ℃仍未跳闸，需立即停止运行；

d. 若运行中因锅炉突然灭火或其他原因造成汽包水位低于可见水位时，应立即停止其运行，以防止炉水泵内的炉水汽化后振动大，威胁电动机的安全；

e. 为防止人为误开电动机一次高压冷却水22号排水门引起高压冷却水泄露，运行中必须将该门关闭并上锁。

(9) 把好辅助元件质量关，避免因小失大。

从2010年1A炉水泵电动机烧损的事故中可以看出，炉水泵所配辅助元件的质量好坏直接关系到泵和电动机的安全。所以，运行中除应加强检查高压冷却水的管道阀门外，还应加强校验和检查压差开关，测温元件，压力表等元件，并确保安装前所有元件的质量可靠，设备完好，以保证炉水泵系统设备安全正常运行。