电动机匝间短路故障剖析与处理

摘要：近年来全国大容量机组越来越多，重要辅机电机的容量也随之增大，电动机定子线圈故障的事件时有发生，特别是发生匝间短路故障后，电机损坏严重，修理时间长，给生产企业带来巨大经济损失。为此，本文把一电厂4B引风机电机烧毁匝间短路故障的经过、检查、处理及原因分析进行了详细阐述，总结经验教训，提出了应该采取的预防措施等，为从事发电企业的各位同仁提供借鉴和建议，增强机组安全稳定运行，提高企业经济效益提供保证。

[Abstract] In recent years with the increase of more large capacity generators the important auxiliary motor capacity increases. Stator coil fault events of this auxiliary motor often occur. Especially the occurrence of inter turn short circuit fault can severely damage the auxiliary motors. The repair time is so long that it brings tremendous economic losses to the production enterprises. Therefore， this paper will elaborate the course，examination， treatment and the reason analysis of the inter turn short circuit fault in a 4B Induced draft fan motor in some power generation. We’ll summarize the experience and lessons， put forward the， provide reference and suggestions for the colleagues who are engaged in power generation enterprises. And that will enhance the safe and stable operation of the units and provide assurance to improve the economic efficiency of enterprises

关键字：电动机 匝间短路 原因分析 防范措施

中图分类号： TM32 文献标识码： A

[Keywords]motor interturn short circuit reason analysis preventive measures

1 设备情况

该厂引风机电机为上海电机厂生产的YKK900-6型卧式电动机，生产日期2008年9月，2009年12月随着机组一起投入生产，电机额定功率6300kW，额定电压6kV，额定电流706A，冷却方式为强迫风冷。此种电机共72槽，每槽上、下层线棒为分相布置，上、下层之间放置的绝缘垫条共11mm厚。每根线棒分为两分支，每分支为10根。

2 事件经过及现场检查

4月9日运行人员在4B引风机电机送电前测绝缘时，发现定子线圈对地绝缘为零。办理工作票对引风机电机进行检查，发现C相线圈对地绝缘为零，A和B相线圈对地绝缘均为400兆欧。现场检查发现，4B引风机电机驱动端定子线圈端部槽口7点钟方向有放电痕迹、电机中性点接线盒侧铁心有过热现象、电机中性点接线盒侧壳体底部有铜流化后的铜屑，随即通知电机厂技术人员到现场检查确认问题，回复需要返厂检修，具体情况见下图1和图2所示

图1：电机中性点接线盒侧铁心有过热现象

图2：电机中性点接线盒侧壳体底部有铜流化后的铜屑

3 运行参数检查与分析

1、通过查阅DCS历史站记录的4B引风机电机温度和电流（A相）曲线发现在3月17日电流曲线和温度曲线均出现异常情况，具体如下：

1）电流变化情况：电流突变时间持续5秒钟。

2010年3月17日23：53：40，电流为226A

2010年3月17日23：53：41，电流为295A

2010年3月17日23：53：46，电流为229A

2）线圈温度变化情况：

直至停运4B引风机电机，C相和A/B相线圈温度保持10度左右的偏差

图3：线圈温度变化曲线

2、通过检查故障录波器记录的4号机高厂变B分支电压和电流曲线发现：由于4B引风机电流波动的比较小，没有引起该保护动作（电机额定电流706A，电流波动70A左右），故从保护装置看不到任何异常追忆。但从故障录波中发现，2010年3月17日前的4号机6kV工作B段电流、电压基本一致，到2010年3月18日以后，4号机6kV工作B段电流、电压均有小的变化，高厂变B分支C相电流升高80A，高厂变B分支C相电压降低60V。分析数据显示4B引风机电机C相有轻微非贯穿性接地。

3、返厂检查发现，驱动端定子端部7点钟方位1槽线圈在铁芯槽口以内约一半烧熔，有较多铜渣渗出；相邻槽线圈此部位线圈绝缘表面烧损，此部位铁芯前后共有13段不同程度烧损；熔化的铜渣还被吹出并粘到转子表面对应部位整个圆周方向，槽楔没有磨擦痕迹。

4、检查4B引风机电机及开关交接试验结果正常。

5、由于电机烧毁较严重，层间绝缘已经破坏到临界值（层间绝缘的最下面的一层已有烧的痕迹），所以决定进行更换线圈，同时对烧损的铁芯进行打磨处理（线棒拆开后，对铁芯做铁损试验不合格）。经过线棒拆除、清槽、打磨铁芯、线棒加工、下线帮、安装槽契、相间连接及缠包绝缘、极性连接及缠包绝缘、过程试验、压力真空侵漆、引线连接及总装配、试验、空载试运行共进行了二十天的抢修，于2010年5月3号顺利返厂，投入正常运行。

4 故障原因剖析

1、在2010年3月17日前，4B引风机电机电流和温度均正常，在之后出现电流波动和C相线圈温度平均高出A和B相线圈温度10度的异常情况，说明3月17日23：53：41是电机出现异常现象的拐点。电机打开后，对电机铁芯、槽楔进行全面检查，铁芯及槽楔表面完好，说明不是电机扫膛；对电机铁芯和线棒进行仔细检查，铁芯比线棒好，说明是线棒自身发热，导致烧毁；

2、从开关、避雷器交接试验报告和上海电机厂的出厂报告来看，试验结果均正常，说明电机间隔元器件设备满足设备要求，电机出厂合格。电机厂技术人员根据检查结果后分析也认为造成电机定子绕组烧毁的原因是匝间短路所引起的。

3、从以上情况可看出电机烧损的原因是电机局部存在隐蔽性缺陷或薄弱点是引起电机运行中发生匝间短路的根本原因。比如焊接头部分，运行中受热和振动开焊，或者是槽楔不紧导致线棒振动，线棒局部疲劳，断线等等。而此缺陷在静态时通过电气试验没有暴露的，电机经过带负荷运行后绝缘薄弱点劣化，最终造成C相贯穿性接地；

4、根据电机厂提供的电机线圈配置图，笔者还对电机烧毁这么严重为什么电机还正常运行及零序保护未动作情况进行了分析

电力系统中性点运行方式主要分两类，即直接接地和不直接接地。直接接地系统供电可靠性相对较低。这种系统中发生单相接地故障时，出现了除中性点外的另一个接地点，构成了短路回路，接地相电流很大，为了防止损坏设备，必须迅速切除接地相甚至三相。不直接接地系统供电可靠性相对较高，但对绝缘水平的要求也高。因这种系统中发生单相接地故障时，不直接构成短路回路，接地相电流不大，不必立即切除接地相，但这时非接地相的对地电压却升高为相电压的1.7倍。从数据上来看，电机在正常运行时应该未发生金属性接地。

正常运行时，电压未发生突变，绝缘层较厚，通过故障录波曲线可以看到，C相电流增大及电压降低60V，其它两相电压还未升到线电压。此电压不足以破坏层间绝缘 ，所以未发生相间短路。另外从电机打开后发现，在线圈的端部， C相绕组在驱动端7点钟烧毁的那一槽有1/3烧焦，而短极部分以外的本相或其他二相线圈较好，这明显是由匝间短路引起的烧损。从理论上来讲，匝间短路还应有以下原因：端部碰伤，或设计并联路数多，使组间电压过高导致组间击穿，选用导线时线径太细，端部机械强度差；或线径太粗，不易弯曲整形，使绝缘层损伤造成匝间短路。而匝间短路在电路上一个最明显的特征就是，在匝间短路后，阻抗变小，电流逐渐增大。从电厂故障录波数据上可以得到证明。电机C相绕组匝间短路后逐渐烧毁，但在电路上依然保持畅通，所以电机依然保持正常运行。

该厂6KV系统为中性点经100欧姆电阻接地系统，零序保护定值按一次接地电流10A动作跳闸整定，当单项接地电阻小于200欧姆时，接地电流方可达到保护动作值，从故障录波数据看，系统中零序电流很小，远未达到零序保护动作值，也说明了当时电机只是发生了匝间短路故障，并未发生完全接地现象，所以接地保护为动作属正常现象。

5、从电机烧毁的现象来看，笔者认为应该是在2010年4月1日电机停运时，由，阻于匝间短路已经在发生蔓延抗已经变小，由于过电压的作用，导致电机瞬间烧毁了1/3。

5 结束语

通过本次电动机烧毁事故处理和原因剖析，得出大型电动机运行及点检改进措施建议：

1、电机启动前对电机进行绝缘测试，以便发现电机停运期间是否存在异常情况。

2、基建试运时，大型电机启动要严格按照电机厂铭牌要求进行电机启动，防止因频繁启动造成电机受损，给机设备运行埋下隐患。

3、运行监盘人员加强对电机各项参数的监视，特别是大型电机电流、线圈温度发生持续性升高时，应该进行检查分析。

4、机组停运后对6kV等重要辅机电动机进行外观检查、绝缘测试及直阻测试等工作，及时掌握设备的健康状态。

5、充分利用当前科学技术加强设备点检，特别是利用SIS系统，加强对重要辅机电机各项参数的统计和分析，做好设备劣化分析，对设备设备隐患做到早发现、早安排、早处理。

作者简介： 李红伟：男，1973年生，从事电力生产维护工作20年