《6kV高压电动机定子绝缘过早老化的原因分析及修复改进.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《6kV高压电动机定子绝缘过早老化的原因分析及修复改进.doc（17页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、6kV高压电动机定子绝缘过早老化的原因分析及修复改进上海大中型电机6kV高压电动机定子绝缘过早老化的原因分析及修复改进程义岩(秦山核电公司,浙江嘉兴314300)摘要:分析了6kV高压电动机定子线棒在短时间内绝缘迅速下降的原因及绝缘老化过程,电晕产生的条件及危害.针对故障特点在检修中所采取的预防措施.关键词:绕组绝缘;老化;电晕;预防;检修1前言高压电动机的使用寿命一般应不低于10a.如果在短时间内绝缘性能丧失,这是绝缘材料的不正常损坏,一定有一个外在破坏因素存在.如果我们在检修时没有找到真正的故障原因,没有做到有的放矢的检修,那就不能保证修复后的设备能安全可靠运行.2事件经过核电联营公司海水
2、循环泵电动机在运行14个月后,即2002年3月,在电机进行检修前的耐压试验中,当直流电压升至9kV时,电动机定子绕组被击穿.该电动机是英国威尔公司的产品:电动机主要参数电动机型号:CACW交流感应电动机输出功率:5000/2900kW电压等级:6kV电动机转速:590/490r/min线电流:560/350A绝缘等级:F主要连接方法:星形并联/三角形串联3故障原因分析(1)电动机出厂验收时是合格的(有出厂试验一34一报告),在投入运行前各项指标也是合格的(有交工试验报告),说明电动机主绝缘在投入运行前是不存在问题的.可排除电动机绕组在制造,运输,安装时受到直接损坏.(2)泵房的环境(温度和湿度
3、)符合技术规范书的要求,电动机的冷却方式是闭环冷却回路.当电动机处于备用状态时其自身的防潮加热器会自动投入运行.因此外界对它的影响有限,电机受潮的可能性不大.(3)电动机绕组本身在运行期间未发出过温度报警.它的运行温度也在技术规范书所要求的范围内,没有出现过热损伤.(4)现场试验时环境温度20,相对温度小于80%.(5)电动机在进行解体检查时,电动机定子绕组表面漆膜完好,无过热,磨损,变型,端部绑扎无松动等异常现象.在短短的十几个月的运行中,造成绝缘如此迅速劣化的原因是什么呢?经过排查,分析,推测只有一种可能,那就是在电晕电蚀作用下导致电机的绝缘迅速劣化.从现象上看,也符合电晕电蚀绝缘现象,被
4、击穿的部位附件都有不同程度的麻点和炭黑痕迹.在拆除定子绕组线棒的过程中,发现其防晕层只是在线棒外层涂了一层防晕漆(黑色),而未做其它防晕处理,这一点得到了制造厂方的确认.6kV高压电动机定子绝缘过早老化的原因分析及修复改进4定子线棒绝缘在运行过程各种因素作用下的老化特性分析4.1热作用当电动机在起,停和调速的过程中,定子绕组内的电流将发生急剧变化,线棒导线的温度也相应的增加.这就造成了线棒的冷热循环,即:导线产生膨胀或收缩.由于导线和绝缘材料的膨胀系数不同,绝缘将承受拉伸应力和挤压力的作用.同时,定子线棒绝缘在热的长期作用下发生氧化裂解,绝缘材料的分子链继续聚合,使之变脆.由于这些反应的作用,
5、使绝缘内部物质变得疏松,从而使其电气和机械性能下降,导致绝缘产生热老化.多次的冷热循环,在绝缘中产生的热机应力是无法消除的.它极大的影响了绝缘的热固性,降低了绝缘的寿命.随着冷热循环次数的增多,定子绝缘的起晕电压逐步降低,最终导致绝缘击穿.另外由于绝缘材料内部变得疏松后,空气中的水分子和灰尘进入绝缘材料内部的缝隙中,在高电场的作用下水分子会沿着电场方向变得细长使绝缘进一步降低.4.2力的作用在电动机起动和变极调速的过程中,线棒中的电流超过了额定值,绕组问形成很大的电动力,引起绕组端部变形和振动.振动产生磨擦破坏绝缘.因此,振动是机械老化中最严重的破坏因素.它对绝缘的破坏程度要比正常的绝缘损坏快
6、数倍.4.3电场作用(1)电场强度由于高压电动机采用开口槽,其槽形为直槽,因此绕组在槽部相当于两个电极板两面层介质,它们分别是绝缘材料和嵌线间隙(空气).同时在电动机槽口处电场发生畸变,形成极不均匀的轴向电场,气隙和通风槽两侧铁心形成一个轴向电容,如图图1a分布参数电路回-l_j_j._i_T.T.T.T_L.i_上上_1-硒TTTQ图1b集中参数电路:(kv/cm)6+Syi式中:电机相电压6嵌线间隙单面绝缘厚度s绝缘的相对介电常数通风槽口处不均匀轴电场的幅值为E.m-彘(kV/cm)0.126(等)10(F)式中:C绝缘单位平积的体积电容C嵌线间隙单位面积的体积电容K绝缘单位表面积的表面电
7、容对6kV及以上的高压电动机,在间隙为0.30.5mm时E及E接近起离电场强度E,电动机很容易产生电晕放电现象.因此,必须对线圈进行防晕处理.在槽部线圈绝缘表面经过低电阻防晕处理后.一方面可使通风口电场分布均匀,基本消除轴向电位梯度;另一方面低电阻防晕层将线圈表面绝缘与槽壁之间的间隙短路,防晕层与铁心接触点处于短路状态,A,B问的电压等值电路如图2.当P低于10Q时,只要有一个接触点就能将全槽间隙短路,而其跨距中心最大电压为:Umax=丢c()(kv)式中:p面电阻率10.p.5X10工频角频率L槽间隙长度L35上海大中型电机铁心B图2A,B间的等值电路(2)槽部的腐蚀绕组未经防晕处理时,或防
8、晕层遭受破坏后,槽内间隙中的电磁能量会随电晕的出现而进行释放.一般不会产生电火花放电,经过防晕处理的热固性绝缘线圈如与槽壁接触不良,间隙电容可能储存电能,在电磁场的作用下,引起振动可使接触不稳定,两者若即若离时,就会引起槽内放电,将腐蚀槽内绝缘,这种现象称为电腐蚀,其本质是一种电容放电现象.在电场的作用下,当电压达到气隙的起始放电电压时,便产生局部放电.局部放电发展形成树枝状放电,使绝缘内部产生树枝放电痕迹,引起主绝缘老化,最终形成放电通道而使绝缘破坏.同时,放电使胶粘剂碳化,使线棒松动,使主绝缘局部过热而热裂解,严重损伤主绝缘,同时放电属于流柱状高压辉光放电,大量的高能带电粒子(电子和离子)
9、高速碰撞主绝缘,造成主绝缘机械强度的降低.(3)端部电晕由定子绕组端部等值电路图3,图4可知.线圈端部越靠近铁心,其绝缘表面的泄漏电流就越大,线圈在槽出口处的电场强度最大,即:图3绕组端部等值电路E=Xi.Uckcm式中:U相电压的幅值槽口处对应的起晕电压U为:一36一导线图4绕组端部等值电路4(kv)式中:dt对地绝缘的单边厚度按照高压电动机规定的绝缘厚度,6kV及以上电机定子绕组端部在出口处有一段长度上会产生电晕放电.在绕组端部绝缘表面敷设一层半导体材料,使槽口处电场均匀分布,即可抑制绕组端部电晕的产生.值得注意的是:在端部表面处理时,如果半导体材料的电阻率过低时,防晕层末端将会产生电晕.
10、若增加防晕层的长度,又会引起端部过热.因此,通常采用电阻率分级递增进行处理.广泛采用的是碳化硅防晕材料,其电阻率随电场强度而自动调节,可得到接近直线防晕层的电压分布曲线,即使在高单位梯度范围内也不会出现电晕.4.4化学作用电晕电蚀在高压电动机中产生的危害很大.高压电动机的绝缘材料中大部分含有有机物式高分子有机化合物成份.当电晕发生后,释放出臭氧及一氧化氮等气体,它们和空气中的水气反应,由热作用随同化学作用一起很快将绝缘损坏.臭氧是强氧化剂,在常态下臭氧很容易裂解,并且臭氧与氮化合生成氮氧化合物,再与气隙中的湿气作用生成硝酸.化学反应式如下:2O3+3N2NO2NO+02_2NO23NO2+H2
11、-2HNO3+NO2NO2+2H2O-*2HNO2+H2t硝酸对绝缘产生腐蚀作用,导致绝缘老化.因此,臭氧对绝缘的危害是巨大的.在绝缘老化的过程中,热,电磁力,电场和化学作用,它们之间并不是孤立存在的,而是有着千丝万缕的联系.它们之间相互作用,相互叠加,组合后形成了更为严重的绝缘老化现象,最终造成绝缘性能的丧失.在整个过程中机械振动和热老化是不可避2008.No.16kV高压电动机定子绝缘过早老化的原因分析及修复改进免的.我们只能在制造工艺过程中减少它的作用.对于电晕电蚀来说,我们可以采取有效的阻断措施来加以防范.所以,线棒的防晕处理至关重要.如果在这一工序上处理得好,就可以有效地延长电机绝缘
12、的使用寿命.由于这台海水循环泵电动机并非恒速电机,而是一台非倍极比变速高压电动机,它的运行工况是根据工艺系统的要求而随时发生变化的.在这个变化的过程中,它将引起电动机定子电流发生很大变化,从而造成了对绝缘材料的各种冲击损害.因此,我们大致总结出电机绝缘过早劣化的原因,如图5所示.上+一起停,调速过程线棒在电动力的作用下振动磨擦,进一步破坏半导体漆膜线棒与槽壁接触电阻增大,电位升高i皇兰I-.-.-.?.-.一一图5绝缘劣化过程示意图针对这台电动机的修复,我们采用了以下4种措施:(1)在控制好装配间隙的情况下(间隙过小给嵌线造成困难),增加主绝缘的厚度,目的是提高起晕电压.根据是:Uk=3.4(
13、,di)(kV)放弃电动机绕组线棒原有的膜压制造工艺,采用当今最先进的无溶剂漆真空压力浸漆(VPI工艺)的线圈制造方法.它的特点是:在相同的耐压条件下,其绝缘厚度可以减少20%左右.这样,我们可在保持原有的线圈装配间隙下(0.10.2mm)来补强绝缘层,从而达到提高电晕电压的目的.同时,也增强了线棒的机械强度.(2)在线棒的最外层外半叠包一层半导体防晕带,并刷一层半导体漆.目的是线棒在槽内电场分布均匀,基本消除轴向电位梯度在线槽出口部位包有碳化硅半导体防晕带,其电阻率随电场强度自动调节.(3)最后采用整体真空压力浸漆工艺,这种工艺的特点是:绕组线棒及嵌线时所有的适形材料,涤玻绳,固定材料等均用
14、白坯材料.嵌线绑扎固定后,进行真空压力浸漆,使每个绕组槽部,端部牢靠结实,能防止振动变形和避免磨损.同时使端部的手包绝缘内部在浸漆时,不产生气泡.嵌线后槽内间隙微小.经真空压力浸漆处理后,各部浸透的无溶剂漆具有很强的自锁性.挂漆量饱满,提高了对地绝缘和绕组表面与槽壁之间的导热性,从而降低了绕组的温升.(4)将原先的非磁性槽契更换为定向磁性槽契,其目的是:磁性槽契可以降低电机中的空载附加铁损耗,从而降低了电机的发热量,延长绝缘材料的使用寿命.定向磁性槽契所受的电磁力比普通磁性槽契小很多,这样就提高电动机运行时的可靠性和安全性.这台电动机自修复后至今已经历了核电站的4次换料大修.在近五年的运行过程
15、中,从未再出现过异常.在这期间,做过4次预防性试验,各项指标均合格.通过这次大修,取得了良好的效果.5结语6kV高压电动机定子绕组的防晕措施常被人所忽视,我国目前的行业标准中对6kV高压电动机绕组线圈没有具体的防晕要求.我个人认为它对于恒速电动机是可行的,而对于非恒速高压电动机来说绕组线圈可靠的防晕处理是非常必要的.理由如下:非恒速高压电动机它在运行时由于工艺系统的(下转第50页)一37一上海大中型电机5电动机的安装6结语套装电动机齿形式联轴器.在电机基础上安放可调垫铁,然后将电机吊装就位.依据齿轮箱高速侧的联轴器来盘车调整.测量方法与齿轮箱,水泵联接方法相同.电机联轴器与齿轮箱联轴器的同轴度
16、及端部间隙的偏差,其标准应符合设计图纸及规范要求.电机锚固后,地脚螺钉浇二期混凝土.待混凝土达到80%强度后,紧固地脚螺钉,复查两联轴器的同轴度及端部间隙.水泵,齿轮箱,电动机安装程序方框图见附匕图.以上关于斜15.轴流泵机组安装检修方法的探讨是笔者在实际安装检修中的一点经验总结,由于水平有限,难免有谬误之处,敬请指正.作者简介:沈昌荣,男,35岁,工程师,从事大型泵站运行管理,安装,检修10多年.朱建军,男,32岁,工程师,从事大型泵站运行管理,安装,检修数10年.张宇,男,30岁,工程师,从事大型泵站运行管理,安装,检修7年.(上接第38页)要求,它的运行工况是在变化的.由于转速和负载的变
17、化,使得电动机绕组线圈的电流发生巨变,从而引发了磁场也发生巨变,由于磁场的作用而产生不断变化的电磁力.这种电磁力将对绕组线圈的绝缘产生很大的冲击作用.它和其他的因素一起相互作用,相互迭加使得起晕电压降低.另外对于6kV高压电动机的定子绕组,如果在防晕措施上只是采取在线棒外刷一层防晕漆是不可靠的.应该在线棒最外层包一层防晕带.因为在电动机嵌线时由于线棒本身重量大,长度长,跨距大,而且线棒和槽壁之间的间隙又很小,所以在嵌线和整形过程中漆膜将受到不同程度损伤和破坏,这样就起不到应有的防晕效果.电晕电蚀的危害是巨大的,它们在整个绝缘劣化的过程中起着决定性作用.因此,能否采取有效手段来消除电晕电蚀直接影
18、响到绝缘材料的使用寿命只要我们认识到这一点,采取一定的措施可以避免电晕的危害,确保设备安全运行,取得一定的经济效益.对于进口的高压电动机,我们应该一分为二地看问题.它有时也会存在一些不足之处.对于我们从事检修的人员来说,应当善于发现问题,才能有效地解决问题.这有助于提高我们解决实际问题的能力,确保检修质量,确保核电站的安全稳定运行.参考文献1赵家礼电动机修理手册3版M.北京:机械工业出版社,2o03.f2陈德方,黄伟.电工绝缘材料手册fM.北京:机械_T1l出版社,1974.?信息点滴?上海电气集团上海电机厂有限公司与津西钢铁签定长期战略合作协议为了提高企业自主创新能力和综合竞争力,保持企业又
19、好又快发展,本着互惠互利双赢,优势互补的原则,上海电气集团上海电机厂有限公司(简称上电公司)与河北津西钢铁股份有限公司建立长期战略合作协议.河北津西钢铁股份有限公司是河北省首家在香港上市的钢铁企业,曾先后荣获中国最具成长性企业,中国最具生命力企业,全国500家最佳经济效益工业企业,全国工业重点行业效益十佳企业和2007中国500强企业等荣誉称号.一50一上电公司与河北津西钢铁股份有限公司有着悠久的合作历史,在长期的合作过程中双方建立了深厚的友谊和信任.津西钢铁从350带钢到100万吨H型钢主体工程和配套工程的主轧钢电机,中H,小H型钢以及3万m空分设备,1000m高炉等均选用了上电公司的产品并一次试产成功.津西钢铁目前正在运行的大电机几乎全部是上电公司的产品.根据协议,津西钢铁将在设备选型和采购中优先选择上电公司的产品,优先考虑货款的支付,并提供企业的长远发展规划.上电公司将在产品加工制造过程中,为津西钢铁产品优先排产并设置”绿色通道”,按优惠的价格,保质按期完成产品交货和提供相关服务,实现优势互补,互利共赢.20080103
