多起大型异步电动机绕组击穿事故的分析与总结

林闻捷，濮力希

(新余钢铁集团有限公司，江西新余 338001)

引言

新余新钢气体有限责任公司（以下简称气体公司）管辖着6 套空分。分别为1 套18 000 m3/h 空分，1 套24 000 m3/h 空分，3 套25 000 m3/h 空分，1 套3 600 m3/h 空分。近十年来，气体公司发生了多起电机绕组击穿事故。其中18 000 m3/h空分空压机电机分别在2013和2017年2次绕组击穿。24 000 m3/h 空分空压机电机于2013 年绕组击穿。1#25 000 m3/h 空分空压机电机于2021 年绕组击穿。多次发生绕组击穿事故，造成了高额的直接经验损失，同时影响了公司的保供，造成了不小的间接损失。

1 事故回顾

1.1 12 000 kW电机绕组击穿事故

24 000 m3/h 空分于2005 年投产，空压机配套1台12 000 kW的兰州电机。2013年3月18日2:14:36 24 000m3/h空分空压机电机运行电流突然由1 240 A上升到1 334 A，2:16:25进线柜和空压机电机运行柜同时速断跳闸。经检测，电机B相绝缘电阻为零，将电机定子后端盖拆开，发现电机定子绕组被击穿烧断。

1.2 8 000 kW电机绕组击穿事故

18 000 m3/h 空分于2003 年投产，空压机配套一台8 000 kW的上海电机。2013 年5 月15 日2:10 珠珊变电站110 kV 母线B 相接地，总降6 kV 的113 线路跳闸，18 000 m3/h空分空压机电机失电停机，用兆欧表对电机进行绝缘检测，对地绝缘电阻为50 MΩ，检查结果合格。4:10 时113 线路恢复供电，重新起动18 000 m3/h 空分空压机，在起动的52 s 过程中空压机的二级转子X 轴、Y 轴方向的振动较大，起动结束后机组的振动仍大于90 μm/s，1 min 后空压机因振动过高联锁停机。对空压机机械部分进行检查，未发现问题，对空压机电机、断路器、电压保护器做检查试验，电机对地绝缘电阻为1 000 MΩ，试验结果合格。确认电气和机械检查没有问题后，17：28时再次起动电机，电机速断动作，再对电机检测，发现电机C相绕组对地绝缘电阻为0 Ω，电机C相绕组接地。

1.3 8 000 kW电机定子绕组匝间短路事故

18 000 m3/h 空分空压机起动过程中三级转子X轴、Y 轴方向振动较大，于2017 年8 月15 日停机。为查找振动原因，气体公司分别于2017年8月15日和8 月16 日对空压机本体进行了三级叶轮清洗及机械部分检查，检查完毕多次试车空压机仍然起动过程中三级振动较大，并因振动值过高而联锁停机。

2017年8月19日10：10再次起动18 000 m3/h空分空压机，在起动到40 s时空压机起动柜差动、速断保护动作，高配室进线柜速断跳闸。同时，现场电机内部有放炮声并有冒烟现象。电机经检测直流电阻AB 相0.06 Ω、AC 相0.058 Ω、BC 相0.048 Ω，对地绝缘电阻为5 MΩ，电缆对地、相间绝缘电阻1 000 MΩ，经计算三相直流电阻不平衡，其余数据合格，根据检测数据及现场设备情况初步判断电机匝间短路。

1.4 12 500 kW电机相间短路接地事故

1#25 000 m3/h 空分于2008 年投产，空压机配套一台12 500 kW 的ABB 电机。2021年4月4日14：03，1#25 000 m3/h 空分空压机跳停。空压机运行柜、3117进线柜速断动作，总降3117出线柜速断并导致主变失电。事故发生后调取DCS 数据发现发现在14:03:34，空压机电流由774 A突然上升至1 095 A。

总降检查电缆及出线柜各项数据正常，摇测空压机运行柜下端头电缆对地绝缘电阻为0 Ω，说明有接地现象。解除电机头尾端电缆单独对电机进行检测，测出AB 相对地绝缘电阻为0 Ω，相间直流电阻存在差异，AB 相为6.3×10-2Ω，AC 相为5.8×10-2Ω,BC相为6.1×10-2Ω。空压机电机相间短路接地。

2 事故分析

2.1 12 000 kW电机绕组击穿事故

拆检发现，定子铁芯烧熔损坏，如图1所示。从定子线圈接线端看，在9 点钟位置有一槽铁芯被烧损。转子表面及铁芯通风槽口处有大量的铜屑，说明定子线圈击穿时，有大量熔化的铜屑末甩上去。

图1 损坏的电机定子铁芯

24 000 m3/h空分空压机电机于2005年5月投入运行，电机运行定子温度在133.5～134.6 ℃间，温度偏高，为此更换了电机冷却器，以后定子温度长期处在112～126 ℃区间（其它同类型的电机定子温度一般在都处在80～100 ℃区间）。该电机自2005 年投入已运行8 年，由于电机长期处在高温运行使得电机定子的绝缘老化加速，绝缘下降后造成线圈局部放电，发生电机匝间短路定子绕组击穿烧断事故。[1]

事故发生后检查真空断路器，发现B 相动触头散落，如图2 所示。判断可能是动触头的弹簧因过热失去弹力，导致触头接触不良，引起缺相，从而导致电机定子绕组B相绝缘薄弱处击穿。[2]

图2 真空断路器B相触头

经拆线检查发现线圈槽楔过大，填充绝缘材料过多，长期运行产生振动，造成绝缘损坏，引起匝间短路。故判断电机生产工艺有明显缺陷也是事故原因之一。

2.2 8 000 kW电机绕组击穿事故

电机经拆机检查发现定子引出线端在3点钟过一点的位置上有一只线圈下层直线部分由于匝间短路烧坏造成线圈对地绝缘为零。绕组击穿有铜屑炸出，如图3所示。

图3 绕组中炸出的铜屑

拆除线圈后检查在这个位置上轴向进去大约1/4 处有一个铁心齿压板烧了2 mm 左右的缺口，定子铁心基本完好没有发现有烧坏现象。另外，在非引出线段的端面5 点钟的位置上少了一块齿压板。转子检查发现轴伸端铜排与铜环之间有几处开裂。

根据拆机检查现场，判断事故原因为电机在满负荷运行中突然失电，造成电机三相磁电势瞬间不平衡，产生过电压，使电机绕组局部绝缘击穿，造成绕组局部匝间损伤；4:10重新起动电机，空压机机组因振动过大联锁停机，空压机再次起动冲击了绕组匝间损伤部位，17：28 又一次起动后彻底使电机绕组受损部位绝缘击穿，绕组匝间短路，电机C相绕组对地。绕组匝间损伤很难检测出来，频繁起动不断加重了绕组的损伤。

2.3 8 000 kW电机定子绕组匝间短路事故

电机经抽芯检查发现，电机转子鼠笼条与端环焊接处部分断裂，如图4 所示。其中负载端有一根与端环焊接的鼠笼条断裂凸起，笼条表面并伴有摩擦和银焊甩锡现象，转子矽钢片表面多处部位有高温过热发黑现象，转子转轴和轴瓦未见磨损；电机定子靠负载端端部线圈绝缘层严重磨损并铜线裸露，定子线圈断定匝间短路。

图4 电机鼠笼条断裂

18 000 m3/h 空分空压机电机从2003 年投运至2017年发生事故，已使用14年，长期运行过程中，转子鼠笼条与端环焊接处存在缺陷，8 000 kW 大型异步电机起动过程时间长、电流大，转子承受温度高，鼠笼条与端环焊接处的存在缺陷在每一次起动过程中缺陷逐步扩大，导致8 月19 日10：10 启动时出现转子鼠笼条机械断裂，断裂笼条在转子旋转产生的离心力作用下甩出凸起与定子绕组摩擦，引起定子绕组匝间短路，造成电机绕组击穿，同时，短路引起保护动作速断跳闸。[3]

另外18 000 m3/h 空分空压机配合生产、检修任务安排停、开机次数多，有时在未成功起动再次起动时，作业人员未严格按电气设备作业指导书规定——大型电机再次起动时间（冷态2 次、热态间隔2 h）进行操作，导致转子缺陷逐步扩大，出现鼠笼条断裂，引起电机绕组击穿。

2.4 12 500 kW电机相间短路接地事故

拆检发现，转子铁芯43 处通风槽板断裂脱落，如图5所示，还有约20余处通风槽板变形，如图6所示。可以判断由于通风槽板断裂飞出，把定子径向通风槽口处的线圈绝缘击坏，造成线圈对地和匝间的短路。

图5 转子铁芯中间部位通风槽板断裂情况

图6 转子铁芯通风槽板变形情况

电机定子槽楔脱落情况比较严重，共有21 槽，如图7所示。可以推断槽楔的脱落造成线棒在铁芯槽内的固定失效，当电机运行时线棒受到交变电磁激振力的作用而产生振动，在这种电磁振动长期作用下，线棒绝缘磨损而使绝缘性能下降，是造成线圈对地和匝间短路另一因素，如图8所示。

图7 定子槽楔脱落缺损情况

图8 铁心的中部位置的侧面可见线圈烧毁的洞

综合上述原因该电机事故主要系转子的通风槽板设计结构缺陷和材质质量问题以及定子槽楔安装质量不合格所致。

3 事故教训

多次的电机绕组击穿事故，给公司的保供工作带来了巨大的影响，一方面反映出电机制造工艺存在一定缺陷，另一方面体现在运行维护方面做得不足，对频繁起动造成转子的损伤认识不足。主要体现有以下几点。

3.1 维护保养不力

对电机预防性维护保养工作做得不够。在1#25 000 m3/h 空压机电机绕组击穿后，2#25 000 m3/h空压机电机送厂维护保养，同样发现和1#一样的重大隐患，通风槽板已多处断裂掉落，只是还未击伤线圈绝缘。除此之外，空压机电机运行10多年未做过任何维护保养，18 000 m3/h 空压机和24 000 m3/h 空压机都是故障后才送修。之后，才开始陆续对大型电机进行维护保养。由于生产保供的压力大，设备没有足够的停机维护时间。思想认识上还是抱有侥幸心理，导致后续又发生了电机绕组击穿事故。

3.2 频繁起动

对电机启动时转子线圈发热重视程度不够。受保供压力的影响，在起动失败后，通常排除故障后，就立刻再次起动。尤其是1#、2#25 000 m3/h 空压机原先采用热变电阻起动方式，因设备老化和总降变压器匝数调整，起动非常困难，连续起动两到三次，甚至失败后更换液阻柜液体后又继续起动，对转子损伤非常大。这个问题在改为降补固态软起动后方得以解决。2017 年为查找18 000 m3/h 空分空压机振动值高的原因，电机在短短两天内起动3次，相隔3天后又再次起动，直接造成电机转子鼠笼条与端环焊接处断裂，擦伤定子线圈发生匝间短路。

电动机启动前应先手动盘车，确认没有明显的卡堵。目前较多空压机配备盘车电机，先盘车后起动可有效缩短起动时间，增加起动成功率。对于大型压缩机电机的起动，导叶要有合理的开度，过大将导致起动时间过长，过小则易引起喘振，均容易导致起动失败。电机起动电流一般为5～7 倍的额定电流，短时间会在绕组内产生大量的热量，不易散发。所以大型电机在冷态下可连续起动两次，每次间隔不少于5 min，在热态下只能起动1 次，以防止绕组线圈过热。电机起动过程中应注意观察，有异常应及时用紧急停车按钮停机。

4 总结

大型异步电动机的运行维护非常关键，该气体公司吸取教训，及时对2#25 000 m3/h 空分空压机电机进行了维护保养，避免了一次较大设备事故的发生。大型异步电动机投产后7～8 年宜做一次中修，之后每4～5 年做一次中修，每年可利用停机机会小修保养。保养时间可根据使用环境优劣状况、是否连续运行、运行负荷状况、运行中出现的故障等情况适当调整[4]。有条件可上电机在线监测和故障诊断系统[5]。日常使用中杜绝频繁起动，方可有效减少电动机绕组击穿事故的发生。