大容量高压电动机高低速改造后的故障分析及对策

前 言

铜山华润电力有限公司(以下简称铜山华润)总装机容量为2×1000 MW，每台机组共用3台循环水泵，每台循环水泵电机功率为3600 kW。由于水温和蒸发量随季节变化大，循环水用量也大不相同，夏季高温时需要2台泵同时运行。春、秋季节2台泵运行又有盈余，冬季只需一台运行就能够满足补水要求。因此，电厂从节能的角度出发，对全厂每台机组中的一台循环水泵实施了双速改造，采用变极调速，即利用电机本身条件，将电机从单速改为双速，泵负载高时用高速，泵负载低时用低速，改造后运行经济性较好。但改造后电机需采用高低速改接线箱，引起了一些新问题的出现。本文就一起循环水泵电机双速改造后的故障进行分析探讨。

1 工作内容

1.1 故障概况

2016年8月4日15:35，#52循泵电机在正常启动时跳闸，电气专业人员立即到6KV开关室，发现综合保护显示保护速断动作、差动保护动作。现场发现电机高低速切换箱有密封处有烟熏的痕迹，询问运行人员，得知电机启动时听到现现场高低速切换箱发出异音。

1.2 现场检查情况

检修人员办好工作票后，发现电机接线盒外观如下图1所示：从接线盒外观打开接线盒后发现如图2所示，转接箱A相对接线盒盖板放电，B相对接盒外盖板放电。B相联接板稍许融化， 发现支柱复合绝缘子大面积开裂。

检查没有发现转接箱联接板有松动现象, 接线盒内的接线图烧损。

图1

图2

B 相放电点

通过以上对电机转接箱进行的常规检查，分析应是由于持续放电箱体内温度骤然升高，导致箱体内结点转换图纸起火燃烧，同时造成环氧套管开裂，连接电缆终端部分熔化。但未发现电机受已发事故影响引发内部故障。

1.3 故障录波情况

调取电机故障时的故障波形图，可以判断：发现故障发生时，接线相内A相环氧套管金属端部，与盖板背部竖直“筋”上最近点首先发生单相接地故障。击穿导致密闭箱体内的绝缘环境进一步恶化，B、C相在A相发生接地故障后，导致其承受的电压超过原相电压，B相在A相故障发生后半个周波后，套管顶端也与盖板发生单相接地故障。故障发生约2.5个周波后，C相在接线箱内发生对地击穿，B相绝缘恢复。故障发生至3.5个周波，保护正确动作，故障切除，三相故障录波图如图电动机三相故障录波图所示：

1.4 现场试验情况

① 绝缘电阻

U相： 45/700 MΩ 15S/60S

V相：400/650 MΩ 15S/60S

② 直流耐压及泄漏

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 交流耐压试验

U相： 9kV/310mA 1分钟通过 耐压后绝缘440/550 MΩ

V相：升压6kV 保护跳闸。

电机转大修理。电机解体后进行耐压试验，发现绕组故障点如下图。

2 故障原因分析

2.1 前端故障分析

接线盒内图纸烧损

电动机三相故障录波图

故障是由接线箱体内单相接地故障引发的，属于绕组前端故障，因此A相绕组受冲击最小，B、C相绕组均不同程度受到故障影响，但未在故障过程中发生击穿。分析前端接地故障原因为，换线箱内水汽过饱和，绝缘距离不足导致。故障箱体所处环境较潮湿，故障发生前故障电机已待用15天，当地一直处于白天35度以上高温的持续酷暑环境中，早晚温差较大，密封箱体内受气候影响夜间凝聚水汽，白天则蒸发行成水蒸汽，使得箱体内空气中的水蒸汽含量达到饱和，进而造成箱体内部绝缘环境的劣化。

2.2 电机绝缘故障分析。B、C相相关部位在后期进行的交流耐压试验过程中发生击穿，解体检查发现，该电机定子绕组绝缘封包方式存在明显缺陷，热压缩工艺未完成，导体与绝缘层间存在较多气隙。初步分析，该电机制作工艺存在较明显缺陷，长期运行后缺陷逐渐暴露，在外部因素诱发下引起绝缘故障。

3 改进措施

3.1 针对该设备本次故障诱因为高低速转接箱内空气湿度饱和，造成箱体内部绝缘环境的劣化，致使接线柱对转接箱外壳放电的情况，专业人员与设备维修厂家认为当初电机改造时没有考虑到此种情况，根据GB14711决定将电机转接箱导电部分的爬电距离由污染等级Ⅲ调整为污染等级Ⅳ，从而加大导电部分与接地部分的绝缘距离，相应将接箱内固定接线柱的固定板向电机内侧进行位移100mm，从而保证了设备的安全运行。

3.2 针对该设备本次绝缘子大面积表面开裂现象及箱体内空气湿度较大的情况，将其更换为DMC-1型绝缘子，其绝缘等级按10kV进行设置。

3.3 针对电机故障后，电机本体内绕组在槽内击穿的情况，要求电机修理厂家，将原来的散嵌线圈改为模压成形的线棒，热压稳定在150OC左右，保证绕组与外包绝缘成一体，提高其绝缘性能及等级。

3.4 建议针对改造过或者将要改造的电机要对照GB14711的规定排查转接箱的爬电距离，适当时可以加大一个防污等级；对于将来需要对定子绕组进行修理的电机，要加强质量预控，对于不具备整体真空浸渍的的情况，要将电机的线棒进行模压成型，热压稳定在180OC左右，压力5公斤，稳定一小时，保证绕组与外包绝缘成一体，提高其绝缘性能及等级。

4 结 语

节能减排是我国国民经济和社会发展的长期战略，火电厂的厂综合厂用电率一直居高不下，是节能减排的重点对象。泵类负载由于其出力的大小与其转速的立方成正比，大型泵类负载成为节能改造的重点区域，但是如果在改造过程中质量控制没有把控好，在将来的运行过程中可能带来很大的安全问题，给机组的安全运行带来隐患。节能减排企业必须重视该类设备的设计合理性及质量的预控性，这样才能安全、稳定地享受电机双速改造带来的巨大节能效益。

电机解体后进行耐压试验