电动给水泵电机端部线圈故障分析与处理

唐旭

（大唐湘潭发电有限责任公司，湖南　湘潭　411102）



电动给水泵电机端部线圈故障分析与处理

唐旭

（大唐湘潭发电有限责任公司，湖南湘潭411102）

〔摘 要〕介绍了某发电公司1，3号电动给水泵电机启动时发生的绝缘故障，以及2，4号电动给水泵电机端部线圈缺陷的情况，分析了电机绝缘故障及缺陷产生的原因为真空开关操作过电压、启动电流冲击、绕组绑扎工艺不良，并对1，3号电动给水泵电机绕组短路故障的具体原因进行了分析，最后提出了针对性的解决措施。

〔关键词〕电动给水泵；电机；端部线圈；绝缘故障

0　引言

某发电公司1，2号机组容量为300MW，3，4号机组容量为600MW，总装机容量为1 800MW。其锅炉给水方式为每台机组配备2台小汽轮机给水泵加1台电动给水泵。电动给水泵一般作为小汽轮机给水泵的备用泵，或在机组启停机、事故备用时运行。

电动给水泵电机作为机组容量最大的6kV电动机，其可靠性相当重要。根据调研，各发电公司同类型机组的电动给水泵电机一般都存在或多或少的缺陷，特别是电机端部线圈缺陷。所以分析电动给水泵电机端部线圈故障的特点、原因及改进方案，十分必要。

1　电动给水泵电机简介

1，2号机组电动给水泵电机由东方电机厂生产，型号为YKS5400-4，额定功率5 400 kW，额定电流598A，额定电压6kV，额定转速1 492 r/min，接线方式Y；于2007年2月生产，2007年和2008年相继投入运行，编号分别为1，2号电动给水泵电机。3，4号机组电动给水泵电机由湘潭电机股份有限公司生产，型号为YKS900-4，额定功率8 000 kW，额定电流894A，额定电压6kV，额定转速1 492 r/min，接线方式Y；于2005年4月生产，2006年3月投入运行，编号分别为3，4号电动给水泵电机。各个电动给水泵开关与电机之间均装设有ZnO过电压保护器。

2　故障情况

2013年，1，3号电动给水泵电机启动时先后发生绝缘损坏故障。该故障发生后，检查2，4号电动给水泵电机，发现电机端部线圈也存在不同程度的缺陷。具体情况如下。

2.11号电动给水泵电机故障

2013-04-05T07：07左右，在1号发电机组开机过程中，汽轮机以500 r/min的转速做打闸试验时，11号小汽轮机给水泵跳闸，1号电动给水泵联启，瞬间集控室正常照明全灭。经检查，发现1号电动给水泵开关差动保护、综合保护动作跳闸，6kVⅠB段母线失压。现场打开电动给水泵电机接线盒后，将电机与开关连接电缆拆开，分别进行绝缘检测，结果显示电缆绝缘良好，电机绝缘为0。解除电机中性点接线后分相进行绝缘检查，发现B，C相对地绝缘电阻为0，A相绝缘合格。打开电机两侧端盖的手孔进行仔细检查，电机轴伸端有很强的焦糊味，轴伸端端部线圈在6点钟方向R角处发现故障点。

2.23号电动给水泵电机故障

2013-09-28，在3号发电机组开机前，摇测3号电动给水泵电机绝缘为310 MΩ，约23：00启动电动给水泵，运行14 min，无异常。9月29日04：31，因除氧器水位波动联启3号电动给水泵运行，电动给水泵电机在启动过程中故障跳闸。经检查，3号电动给水泵电机6kV开关屏上显示A，B相差动保护动作，就地检查电机有焦糊味。进一步检查，解开电机接线盒未发现异常，解开中性点连接铜排测量电机绝缘电阻，发现A，B相间绝缘为0。打开电机前后端上端盖，退出挡风圈后，发现电机非负荷端5点钟方向定子线圈R角处有1处线圈铜线有明显烧融的现象。

电动机解体后对定、转子进行检查，除在非负荷端5点钟处烧损外，负荷端与非负荷端线棒R角处与固定线棒端箍之间还存在磨损，且已出现黄粉现象。

2.32，4号电动给水泵电机缺陷

针对1，3号电动给水泵电机启动时分别发生的绝缘损坏故障，检查2，4号电动给水泵电机，发现2个电机端部线圈之间、端部线圈与固定线棒端箍之间均存在多处磨损，并有黄粉出现。

2.4故障与缺陷特点

综合分析该发电公司1-4号电动给水泵电机故障和发现的缺陷，发现存在以下特点：

（1）电机短路故障全部发生在电机启动时，此时冲击电流较大；

（2）电机短路故障部位全部都在线圈端部，具体部位为线圈的弯角（定子线圈机械加工成型的弯角）部位；

（3）电机端部绑扎线有松动，绑线与绑线、绑线与线棒间产生黄粉。

3　电机绝缘故障原因分析

3.1可能原因

3.1.1真空开关操作过电压

1，2号电动给水泵电机分别由6kV工作Ⅰ，Ⅱ段天水长城开关厂生产的ZN28型真空开关供电，3，4号电动给水泵电机分别由6kV工作Ⅲ，Ⅳ段上海GE开关厂生产的VB1型真空开关供电。

DL/T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》4.2.7条指出：在开断高压感应电机时，会因断路器的截流、三相同时开断和高频重复重击穿等产生过电压。由于真空开关触头距离非常短，在分合闸时，总会存在不同程度的弹跳现象，所以在启动和断开真空开关时，可能会造成危险的过电压。

电机绕组本身是一个较大的电感，它与绕组匝间电容、对地电容以及杂散电容构成一个LC振荡回路。根据真空开关操作过电压产生的机理，当切断小电流时，真空开关容易产生过电压，危害电机绝缘和回路设备绝缘。而电机匝间电压与过电压入侵波陡度成正比，当入侵波陡度很大时，如果电机线圈制作工艺不良，其绝缘将随着现场环境的变化（如吸潮、磨损、电机多次启动等）进一步降低，积累到一定程度时，绝缘损伤，匝间电压将超过线圈匝间耐受电压水平。所以，真空开关操作过电压主要损伤电机线圈相间绝缘和匝间绝缘，特别是端部线圈绝缘部分（由过电压频谱中高频部分造成）。但是并非每次启动和断开真空开关都会出现过电压，它与开关的制造水平、电流切断时的相位角和开关每次的开断速度有关，即使每次都发生了过电压，过电压幅值也不是固定值。

3.1.2启动电流冲击

根据相关资料介绍，当电机受到大电流冲击时，电机端部，特别是绕组引入/出线是电机应力最集中的地方。如果电机定子线圈在机械成型时，由于工艺原因弯角处产生细微裂纹，或当电机下线完成后，对端部极相绕组引线进行弯曲时，因工艺把握不好，造成细微裂纹，则设备投入运行后，在足够大的电流冲击下，裂纹缺陷将逐步发展，直至将线圈烧断。

3.1.3绕组绑扎工艺不良

由于电动给水泵电机容量大，电机厂制造设计存在一定缺陷，电机端部线圈绑扎工艺不良，在电机启动和运行时，电机绕组线棒不断振动，并与线棒垫块、线圈端箍之间发生碰撞摩擦，电机绝缘材料磨损，导致黄粉产生，从而造成电机绝缘材料层变薄，绝缘耐受电压降低。

3.2具体原因

3.2.11号电动给水泵电机绝缘故障原因

该电机在2s启动时间内尚没有完成启动过程，此时电机电流远大于额定电流，电机绕组端部振动较大。而一般电机绕组端部若固定不好会造成端部磨损或变形，留下摩擦破坏绝缘的运行隐患。综合保护动作情况，该电机故障过程应该为：由于电机端部磨损或者其他原因，C相绕组端部有绝缘薄弱点，电机在启动过程中由于过电压或磨损等原因造成C相首先接地，产生电弧；同时A，B相对地电压升高至线电压，在电弧和电压升高的作用下，接地故障持续6.4s后发展为A，B相间短路。

由于电动给水泵电机每次运行时间不长，且需长时间备用，受季节气候影响，电机端部线圈绝缘材料吸潮，导致绝缘水平下降；加之这种大容量电机启动瞬间的巨大电动力，会加剧对绝缘产生的影响，最后在薄弱处击穿绝缘而放炮短路。

3.2.23号电动给水泵电机绝缘故障原因

此次电动给水泵跳闸为差动保护动作出口，分析故障录波图可知，为A，B相间接地短路故障，结合烧坏线圈的外观情况，分析此次电机烧坏的原因为：该股线圈存在匝（层）间绝缘隐患，受电机启动时的巨大电动冲击力影响，该股线圈匝间短路，加上电机本身仍处在启动过程中，短路处电流在短时间内上升到一个很高的峰值，导致线圈急剧发热，引起铜线融化；同时高温引起邻相线圈绝缘破坏，继而发展为相间接地短路故障，差动保护动作跳闸。

线圈产生匝（层）间绝缘隐患的可能原因为：电机线圈绕包工艺控制不到位，单股线圈耐压、嵌线后并头前的匝间耐压以及出厂试验缺陷均未能暴露出来，但随着现场环境的变化，如吸潮、磨损等，电机线圈绝缘性能进一步降低，在遇到一个较高的启动操作过电压时发生击穿，形成匝间短路。

4　电机绕组短路故障与缺陷处理

4.1整体更换电机绕组

整体更换1，3号电动给水泵电机绕组，其工艺措施如下。

（1）定子绕组采用F级绝缘，外包双层聚酰亚胺薄膜绕双玻璃丝包扁铜线，绝缘为半叠包F级（0.11×25 5449-1）环氧粉云母带，对端部出槽位置进行加强，直线部分包8-10层，端部包7-9层。

（2）端箍和支架绝缘采用半叠包F级（0.14×25 5440-1）环氧粉云母带，共9层，外半叠包0.1玻璃丝带1层；与线圈接合部位垫适形材料，并用绦玻绳绑扎牢固。

（3）对每个绕组端部线圈端部增加支撑，并填充热膨胀材料提高稳定性。此措施均在槽口位置进行，并在加热浸漆后固化，以防止电磁振动时绕组线圈与最薄弱的槽口摩擦造成的绝缘破损短路。

（4）增加2路隐形端箍。2路绦玻绳编织在绕组线圈之间再经浸漆后固化形成整体，起到和刚性端箍一样的固定效果，形成4道端部端箍作用。受电机空间影响，出引线部只增加1路。

（5）按中国大唐集团公司《电力设备交接和预防性试验规程》规定，对电机进行了绕组泄漏电流、交直流耐压、直流电阻和吸收比等试验。

4.2电机黄粉现象处理

2，4号电动给水泵电机黄粉均可采用以下工艺处理：

（1）用酒精对电机线圈端部进行清洗，除去黄粉等非绝缘附着物；

（2）用碘钨灯烘烤线圈端部，使线棒干燥；

（3）用无纬带对端部线圈进行加强绑扎，特别是在端箍附近部位，并使用环氧树脂胶进行固化；

（4）在端部线圈之间填充适型材料（如环氧树脂板等）；

（5）在端部线圈刷涂绝缘清漆（F级、能在空气中快速干燥，俗称气干漆），再用碘钨灯烘烤线圈端部。

通过以上处理方案，可在不更换电机线圈的情况下加大线圈端部绑扎牢固程度，增加端部线圈绝缘厚度，提高绝缘耐受电压水平。

5　结束语

目前，该发电公司电动给水泵电动机经过处理后，已投运1年多，效果较好。电动给水泵电机作为机组容量最大的6kV电动机，必须确保其可靠性。以上虽然对操作过电压、启动电流冲击、制造工艺缺陷等造成短路故障的原因进行了分析，但是今后还有必要对电机过电压保护装置的有效性进行进一步分析。

参考文献：

1 国家技术监督局.GB311.1—2012高压输变电设备的绝缘配合［S］.北京：中国标准出版社，2012.

收稿日期：2015-11-27。

作者简介：

唐旭（1979-），男，工程师，主要从事电气一次专业工作，email：xuri_2000@sina.com。