印度项目KSB炉水循环泵电机绝缘故障分析及预防对策

摘要 本文详细介绍了炉水泵电机绕组绝缘降低的处理过程，并对如何提高炉水泵电机绕组的可靠性和寿命以及电站运行的经济效益有指导意义。

关键词 炉水泵电动机；定子绕组绝缘；直阻平衡；低绝缘启动

中图分类号TM855 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）89-0203-03

1 概述

本文重点结合中国某公司承建的印度某EPC项目#3机组发生的炉水泵电机绝缘降低情况，对印度绝缘降低情况进行分析，并提出预防措施。

2 炉水泵绝缘降低情况

印度某IPP项目每台锅炉配三台由KSB公司生产的湿式电机炉水循环泵，型号为LUVAc 2x350-500/1。其中泵本体、泵电机冷却器、泵电机腔温度计和热电偶等均由KSB公司提供。国内知名锅炉厂有限责任公司负责循环泵系统的高压冷却水系统的设计。

炉水泵铭牌参数如下：

此炉水泵电机为鼠笼式转子的三相潜水电机，绕组铜线用交联高压聚乙烯绝缘，带有聚酰胺保护层，两个端部绕组是无芯型绕组，整个电机装置包括绕组都和水接触，电机的热损耗产生的热量由水吸收带走。

#1号机组移交业主方运行3个月停机后测试电机，发现炉水泵A绝缘降至0.4MΩ， 项目部与厂家代表以及业主方人员一起检查、分析，最终印度也没有给出问题的具体原因。

业主对#1机组短时停机，通过对炉水泵A进行冲洗及对电机接线盒、接线柱进行烘烤后，电机绝缘无任何上升迹象。业主急于发电，在电机绝缘严重不满足任何规程（仅1.1MΩ）的情况下强行启动C泵成功，C泵启动后，直至现在仍在运行，各项运行参数正常。此种现象，KSB厂家以及咨询各种技术专家不能给与合理解释。

#2机组A、B炉水泵完成可靠付业主运行后，运行过程中突然发生电机差动保护动作，经KSB厂代现场对炉水泵电机解体检查发现，该电机定子绕组被高温炉水烫坏，怀疑为业主误操作问题导致高温炉水进入，但也不能排除为绝缘下降导致绝缘击穿的可能。

#3炉3台炉水循环泵在可靠性运行期间，设备运转正常。2011年10月15日机组正常停机后停止3台炉水循环泵，锅炉正常带压放水，10月20日测量3台泵电机绝缘电阻正常。

正常停机后，从10月20日开始测量三台炉水循环泵电机绝缘直到10月22日，三台炉水循环泵电机绝缘均合格，10月22日测量A、C泵绝缘电阻降低至56MΩ、53MΩ（厂家说明书要求合格值为200MΩ），详见下表：

11月6日下午5点B泵绝缘电阻降低至0.8MΩ，期间未进行任何通电操作，电机没有运转，且锅炉已经正常防水21天。

#4机组A、B炉水泵由于推力轴瓦问题，导致炉水泵短时间内温升超过60℃，不得不停机联系厂家检修，厂家在现场更换了推力轴承后，问题解决。

从上述炉水泵发生的故障来看，炉水泵电机绝缘降低问题占了相当大的比重，炉水泵电机绝缘的损坏，直接导致了锅炉停机，严重影响发电。

3 现场采取的处理措施

针对炉水泵绝缘降低的情况，现场技术人员通过与厂家沟通以及查阅大量资料，从其它电厂积累的维修记录和数据上看，湿式定子炉水泵电机的实际运行寿命相对较低，故障率偏高，维修次数多，造成的停机检修与维护工作量较大。

主要有以下几种现象影响电机绝缘寿命：1）电磁线护套或主绝缘局部破损或渗入水；2）电机内接头绝缘渗入水或破损；3）绕组过热造成绝缘层及护套破损；4）电磁线局部绝缘的不稳定因素；5）接头绝缘处置不当，存在绝缘薄弱环节。

针对以上查阅的资料进行分析，现场技术人员对发生绝缘降低问题的炉水循环泵电机做了以下几个方面的检查：

1）检查电机接线盒密封良好，并且发生绝缘降低问题时，雨季已经结束，电机周围环境干燥，环境温度保持在20℃～30℃，所以不存在接线部位受潮情况；

2）绝缘测试附表中电机记录的绝缘数据是在将电缆拆除后单独对电机绕组进行的测量记录；

3）经检查，未发现接线盒根部渗水和积累盐分的现象，接线端子等干燥，无灰尘积累；

4）考虑到测量仪器可能存在误差，现场技术人员使用5 000V的手摇摇表以及借用其他型号的电子绝缘测试表进行了测量，绝缘值和现场原有电子摇表的测试结果基本一致，排除了仪表的测试误差的可能；

5）现场还对电机极化指数进行了测量：A：0.6 C：0.5，测试极化指数是采用的5 000V摇表，电压升至1 800V左右，达不到5 000V；

6）现场组织各方及锅炉工代进行分析，并对电机腔室换水冲洗，对接线盒、接线柱进行烘烤，但均无效果。11月6日下午5点B泵绝缘也由原先的1GΩ突然降低至0.8MΩ。

经过现场各种方法进行处理后，该炉水泵绝缘仍然没有任何提升的迹象！

4 低绝缘炉水泵电机的处理方案

炉水泵电机绝缘降低后，德国KSB总部曾认为可能是电机线圈已烧毁或者进入高温炉水将绕组绝缘烫伤，针对德国KSB厂家提出的电机线圈已烧毁的判断，现场技术人员分析后认为是不成立的，因为从10月15日00：30正常停机， 锅炉正常带压放水，停运后10月20日测试时三台电机绝缘还是合格的，电机绝缘是逐渐下降的态势，直至电机绝缘降至不合格，特别是B泵，电机停运后，电机绝缘值一直很高，在11月6日前，绝缘值一直保持在1GΩ以上，吸收比大于1.8以上，但是该电机绝缘在11月6日出现大幅度下降，并且在11月6日下午5点再次测量时已经到了0.8MΩ，此时锅炉已经停炉21天，电机正常停运20天，期间，电机没有进行任何的通电、运转操作，也不存在高温炉水进入的可能，电机在不通电状态下是不会烧毁的，DCS历史温度曲线也证明了没有进入高温炉水的可能。

鉴于业主急于发电的强烈要求，以及KSB厂家认为必须返厂才能进行下一步维修的态度，并且在#1机组已经有一台低绝缘炉水泵成功启动的先例，现场经过分析论证，为确定电机是否损坏，有必要进行一次低绝缘情况下的电机启动尝试。

为了确保低绝缘情况下电机启动成功，现场做了如下方案和措施：

1）保证正常的锅炉上水的工艺流程操作正确；

2）高压开关柜保护装置进行通流测试，确保保护装置的灵敏性；

3）单独测试炉水泵的电压电缆确保高压电缆绝缘良好；

4）检查电机绕组的三相直阻，确保直阻平衡；

5）高压开关在试验位置进行远方分合试验，确保高压开关可靠分合；

6）炉水泵周围20m范围内拉设警戒绳，确保无人员进入，保证人员人身安全。

经过上述检查确认后，2011年11月20日三台炉水泵在仅有不到2兆欧的情况下均成功启动，且启动后各项运行参数一直正常。期间停机后再次测试，电机绝缘仍然仅有不到2兆欧，甚至C泵一度降至0兆欧以下，但是在测试直阻平衡后，仍然能成功启动，且运行状态满足规程要求，此情况KSB厂家安排专家进行分析，仍然无法进行解释。

为了彻底弄清楚绝缘下降的真正原因，经过调查了解，中国国内有一家专业进行炉水泵维修改造的公司具备现场解体检修炉水泵电机的能力，并答应可以到现场进行解体检查工作。

该炉水泵维修公司人员到达印度现场进行了电机解体工作，锅炉厂代、KSB印度厂代以及业主均在场进行了见证，解体后检查发现，三台炉水泵电机接线导电头绝缘良好，不存在问题，也没有进入高温炉水烫伤绕组的迹象。

5 现场检查分析

经过三台炉水泵解体检修，确认以下几个事宜：KSB印度厂家进行了全程见证，解体后经观察，定子绕组完好，未见有烫伤、变形等痕迹，厂家承认绕组未进入高温炉水，不再坚持之前认为的绕组进入高温炉水被烧坏的说法；

经过检查，除绕组绝缘低外，其他各机械部位，密封面等均完好，无损伤；接线盒导电头绝缘良好，不存在问题。

此次检查，KSB厂家否定了之前的进入高温炉水的推断，但是又提出造成定子绕组绝缘性能下降的原因，是该泵参与了酸洗的原因。为确定炉水泵电机绕组绝缘是否是经过了酸洗的原因，现场技术人员又委托该专业维修公司进行了几次定子绝缘材料酸洗试验，试验结果表明，酸洗未对炉水泵电机绝缘没有明显有影响。

通过以上检查及试验，基本可以确定该批次炉水泵电机定子绕组材料绝缘存在薄弱环节，或者是绕组接头部位绝缘处理工艺有缺陷，造成炉水泵投入运行后绝缘下降。

6 炉水泵绝缘降低预防及改进措施

经过前三台机组，特别是三号机组炉水泵电机绝缘情况的处理经过，现场编制了预防炉水泵电机绝缘下降的措施：

1）炉水泵电机出厂前，必须确保电机三相对地绝缘大于2GΩ，且完成所有的电机试验，特别是电机的三相定子绕组直阻一定要平衡；

2）炉水泵电机发运前，做好防水、防潮、防盐蚀、防震、防尘措施，确保炉水泵电机在运输过程中绝对干燥安全；

3）炉水泵电机到达施工现场后，应确认电机绝缘良好，并保存于恒温干燥的室内，定期进行绝缘测试；

4）炉水泵电机到达施工现场后，应确保在一周内完成安装，安装时严格按照厂家说明书以及有关的规程规范安装，并且做好记录，并至少在安装完毕一个月内完成电机试转，如若安装完成后不能进行电机试转，应严格按照厂家说明书进行防护保养，并做好防护措施；

5）鉴于KSB厂家认为酸洗有可能对炉水泵电机绝缘产生影响，该电机严禁参与酸洗；

6）电机安装完毕后，严格按照厂家说明书、操作运行规程规范以及《DLT 1132-2009 电站炉水循环泵电机检修导则》进行调试、运行、维护保养，并做好电机绝缘的监测记录；

7）热工定值和继电保护定值的正确性及其保护的完好投入率，是保证炉水循环泵电动机绝缘良好的重要因素。电动机腔室温度定值一般为60℃跳闸；另外，电动机的过热保护、速断及堵转保护均要可靠、正确地投入；

8）运行维护方面，要提高对炉水循环泵运行参数的重视程度，把影响炉水循环泵绝缘的几个重要参数做到一幅画面上并连续监视（如电机腔室温度、炉水循环泵电流、差压和高压冷却水滤网差压等），并做出这些参数的历史趋势汇总，以便比较、分析，从而对炉水循环泵的健康水平做出全面及时的评价。

经常检查炉水循环泵电动机外壳，仔细观察法兰盘联接处有无渗漏水现象。

炉水循环泵检修后启动时，必须排净电动机及泵壳的空气；对于热态工况下炉水循环泵的启动，更应特别慎重；

9）同时，为从根本上预防炉水泵电机绝缘下降，炉水泵电机工设计、结构以及工艺流程上做如下改进：

（1）炉水泵高压冷却水进口滤网改为外置式磁性过滤器

KSB泵在高压冷却水进口原设有过滤器，详见附图1，但是原过滤器过滤面积很小，且跟泵连接在一起，不能在线滤网清理，滤网堵塞后，高压冷却水无法建立循环，造成高压冷却水温度过高，容易损坏浸在高压水中的泵推力轴承、导轴承以及电机绕线组。

为了避免以上问题，建议采用外置式磁性过滤器，其采用双层过滤网，可有效的吸附循环冷却水里的磁性颗粒，减少了对泵推力轴承、导轴承以及电机绕线组的损伤，过滤器前后可设置隔离阀，实现过滤器在线清理，减少因过滤器堵塞造成停机带来的经济损失。

图1 原KSB泵过滤器示意图

外置式磁性过滤器安装示意图见附图2。

（2）在高压冷却水管路上增加辅助冷却循环泵

一般亚临界强制循环锅炉锅炉强制循环泵设计为两用一备，但为了防止备用泵高压水温度过高造成电机绕组高温老化和烫坏，备用泵也被迫投入运行（泵运行才能建立高压冷却水循环），改变了两用一备的设计运行方式，造成炉水泵无谓磨损且增加了机组能耗。

为避免以上问题，在每台泵的高压冷却水管路上增加一台辅助循环冷却泵，炉水泵泵备用时可由辅助循环泵提供高压冷却水循环动力，使泵腔内保持较低的温度，保证轴承和电机绕组等安全。辅助冷却循环泵高压冷却水安装示意图见附图2。

2）重新选择定子绕组线径规格，改进绝缘层结构，减少绕组发热以及增大绕组散热，从而提高电机寿命。

7 结论

通过对印度某项目炉水泵进行如上改造，并汇总国内其他电厂炉水泵的类似改造成果，经过以上预防及改进措施后，炉水泵电机绝缘稳定性大大提高，从而有效的保障了机组的安全运行，大大减少了因炉水泵绝缘降低而产生的停机损失。

参考文献

[1]岑小路，许宏力，陈志雄，陈献春，陈宇.炉水循环泵故障分析及改进[J].热力发电，2010（11）.