高压双速电动机电源引线故障分析及改进措施

华电电力科学研究院有限公司山东分院 田金波 刘世富 巩秀中 王志鑫 毛庆波

1 引言

目前发电企业高压双速电动机应用比较普遍（电压等级为6kV/10kV），主要应用在循环水泵、凝结水泵等电厂重要辅机设备[1]。为深入开展节能降耗工作、减少运营成本，发电企业根据机组负荷及季节性环境温度变化，需要频繁更改电动机接线盒高低速线圈引线位置进行高压电动机高低速切换，进而降低电动机负荷，达到节能降成本效果，但长期频繁更改高低速线圈引线会造成绝缘柱螺栓磨损、电源线缆终端头磨损致使其接触不牢固发热，同时电动机多次启动后较大的启动电流对电缆接头及接线柱产生很大的应力冲击，该切换方式存在较大隐患。

2 事件背景

某发电厂高压双速电动机1B 循环水泵电动机启动失败，保护动作，接地发现电机接线盒冒烟。启动失败直接原因为电动机接线盒B 相电缆终端头烧断如图1所示，接线柱损坏如图2所示导致相间短路跳闸。通过故障滤波发现该循环水泵过流一段保护动作（即速断保护），故障动作电流最大值达到8545.00A。电动机额定电流为191.10/123.40A、保护定值为1681.00A，故障电流较大。对照故障录波时间，此时刻1B 段母线电压A、B、C 三相电压均整体降低，持续时间为65.20ms，A 相2.25kV、B相1.80kV、C 相2.46kV。此时造成6.00kV 段母线电压下降，所属重要辅机低压设备接触器欠压脱扣失电，导致机组非停。隐患排查同类型2B 循环水泵电动机，连带电源电缆直阻测试RUV:565.10mΩ，RVW：544.60mΩ，RUW：555.10mΩ，不平衡率3.8%，不符合电力设备预防性试验规程要求[2]：“100.00kW 及以上电动机中性点未引出者，其相互差别不应超过1%”，接线柱处存在过热迹象，同样存在较大隐患。此事故造成6.00kV 循环水泵电动机电源引线烧毁、电缆损坏、接线盒损坏、机组非停较大经济损失。

图1 电动机电源电缆接头烧毁情况

图2 电动机接线柱烧损情况

3 设备故障原因分析

为满足节能降耗工作、减少运营成本需求，该高压电动机频繁进行高低速切换。电动机高低速切换功能的实现主要通过更改电动机接线盒电源电缆引线位置，频繁倒换会出现接线柱丝扣损坏、螺帽无法压紧、电动机绝缘子接线栓磨损、电源线缆终端头磨损等隐患发生，致使电机电源引线接线柱处接触不牢固发热。

根据 Q=I2Rt、R=ρL/S 电缆电流不变情况下，接触面积变小，电阻增大，接线柱发热越严重。同时电动机频繁启动后较大的启动电流对电缆接头及接线柱产生很大的应力冲击[3]，以及运行中的振动、接线柱导流部分的热胀冷缩等原因加剧螺栓松动隐患，接触面出现间隙进而电阻增加发热严重，高温会引起电缆终端接头、绝缘支柱绝缘老化、绝缘强度降低，致使引线烧毁，电源引线短路、接地放电、电动机接线柱爆裂事故发生，重要辅机设备故障停运会导致机组降负荷或非停事故发生，后果严重。

4 预防措施

一是需要制定定期检查预防性方案，加强对接线盒绝缘柱及引线进行隐患排查，发现绝缘柱存在质量缺陷进行处理更换；对电缆引线是否过热、电缆头是否过热或损坏进行排查，发现不合格的进行处理更换；因运行中电动机接线盒为密封状态，不易监测电动机电源引线接线柱发热的情况，可在接线柱处黏贴测温贴，待设备停运打开接线盒观察测温贴颜色变化，确定是否有过热迹象，出现过热迹象进行检修处理。

二是频繁更改拆卸电动机接线盒电源电缆引线位置以实现电动机的高低速切换，尤其是电动机频繁启动过程中的振动导致接线柱螺栓松动以及多次的紧固检查，造成引线接线柱丝扣损坏较为频繁，约2年就会出现接线柱丝扣损坏，螺帽无法压紧连接片的情况出现，这种情况下电动机启动过程中易发生电气故障，需要制定接线柱更换周期，如定期工作两年更换一次。

三是缩短预防性试验周期，值停机备用时在电源开关处连接电源电缆测量电动机三相直流电阻，中性点未引出者，其相互差别不应超过1%，试验数据不合格，需进行排查处理；检测电动机绝缘电阻，值大修期间需要连带电源电缆进行直流耐压泄漏电流试验，交流耐压试验，试验数据做好记录并与历史数据对比，出现劣化趋势及时处理。

四是电动机接线盒开孔安装红外成像窗口，运行中可利用红外成像检测接线处温度，如出现温度过高，需要进行停运电动机进行处理。

五是在发电动机接线盒处安装局部放电在线监测装置，监测运行中电缆接头是否出现放电隐患，超过报警值停运检修。

5 改进方案

为了能满足发电企业节能降耗运行方式[4]，彻底解决高压双速电动机高低速切换箱电源引线接线柱过热、放电等设备隐患。适应高低速电动机高低速频繁倒换，确保电动机安全运行，提高设备的安全、可靠性，彻底消除存在的安全隐患。需对电动机接线盒进行改造，增加高低速电源切换装置，实现操作高低速切换装置代替频繁打开接线盒更改电动机接线盒电源电缆引线位置，测地消除设备隐患。

压双速电动机电源切换装置柜设计如图3所示，主要结构功能如下。

图3 高压双速电动机电源切换装置柜设计

一是依据现场电动机参数及国家相关规程标准要求，设计该装置额定绝缘电压、绝缘距离、额定耐受电流以及雷电冲击耐压，辅助控制电源额定工作电压。

二是该装置框架为垂直地面安装的自撑式结构，柜体的结构电缆从底部进出柜体，框架和外壳有足够的强度和刚度，能承受所安装元件及短路所产生的动、热稳定；盘柜分为一次接线室和二次接线室，一次接线室具有双层门结构，所有操作在内部柜完成，并且盘柜有防雨、防潮、去潮(设置加热器)、防火等措施；装置满足户外安装要求，盘柜顶部应安装不锈钢防雨罩，防护等级不低于IP65。

三是内部设计手动操作双向高压隔离开关，内设单刀双头结构的高压隔离开关，此装置进线侧为厂内配电室高压电源电缆，出线一侧连接高压电动机高速线圈引线，另一侧连接-高压电动机低速线圈引线。工作原理操作过程为：高压电机需要进行高低速切换时，不需要更改电源电缆引线位置，改接高低速接线柱，只需要操作双向高压隔离开关，改变高低速主电源所连接的高低速电机线圈，实现高压电动机高低速切换。

四是设计状态监测装置，监测显示高压带电情况，通过监测电流来判断高压电动机高低速状态，监测显示高压带电情况在监测显示器能直观显示高压电动机高低速状态；同时根据电流判断电机运行状态是否良好，并具有通信接口通道RS485上传就地运行状况功能。

五是该装置同时具备温湿度控制器功能，通过温湿度传感器监测工作环境温湿度，启动加热器和轴流风扇，有效提高室外高压柜的安全可靠性；该装置外置工作电源可选用AC/DC220V、110V 电源连接方便，外置低压电源安全可靠。

六是设计红外测温透视窗使操作人员在正常工作时看清隔离刀的合分状态，并可利用红外测温仪红外成像检测柜体内开关装置运行中温度，能够及时发现电源接线温度异常趋势；设计在线局部放电监测装置：利用在线局放监测装置可在线监测隔离刀的合分过程中的电弧放电情况及日常运行中柜内放电情况，观察在线局部放电监测装置可及时发现隐患。

七是带有闭锁防止误操作功能:手动控制柜采用专用单刀双头结构的高低速双向切换开关，带有机械闭锁防止误操作，满足五防要求；手动控制柜在门上均设有电磁锁，带电时禁止开门和手柄操作，在高压断电后，电磁锁才可以打开允许操作。

6 改造后效果

该高压双速电动机电源切换装置可以解决高压双速电动机高低速切换箱电源电缆引线、接线柱过热以及放电等设备隐患，适应高低速电动机频繁倒换启停。并具备显示高压带电情况，显示高速、低速工作状态，监测加热器工作状态，柜体在线局放监测，红外测温透视窗观察电缆接线发热程度，安全稳定可靠等特点。

7 结语

新型电源切换装置，适应高低速电动机频繁倒换启停，确保电动机安全运行。高压双速电动机电源切换装置功能效果具备：操作简单、快捷、稳定、安全、可靠、在线监测等优点。该新型电源切换装置设计，实现操作该电源切换装置代替打开接线盒更改电动机接线盒电源电缆引线位置，达到节能降耗效果的同时，降低了设备隐患。可有效避免高压双速电动机电缆出现短路、接地，电动机接线柱爆裂、引线烧毁等故障隐患，避免机组降负荷、非停事故发生，价值效益较高。