ABB高压电机定子绕组损坏原因分析及处理

1、ABB电机定子绕组损坏原因分析及处理刘海河李彦学（华能邯峰发电厂）摘要：通过对ABB进口高压电机定子绕组绝缘损坏现象的深入分析，找出了导致绕组烧损的原因，并针对进口电机特点，介绍了修理方法及工艺规范，为进口电机的修理提供了较好的依据。关键词：ABB进口电机；定子绕组；修理1概述邯峰发电厂#1、#2炉各装有两台额定功率为4105KW的引风机电机，该电机为西班牙ABB REINOSA S.A公司设计并制造。基本技术参数见表1。表1引风机电机主要参数项 目参 数项 目参 数项 目参 数型 号QNG 800 KA8频 率50Hz冷却方式空空风冷额定功率4105KW绝缘等级F效 率97.2%额定电压60

2、00V接线方式Y轴 瓦套筒式自润滑自然冷却额定电流466A防护等级IPWP11润 滑 油ISOVG32额定转速747r/min功率因数0.87总 重 量17200kg注：按制造厂家要求，电机F级绝缘的温升和总的温度按B级绝缘进行考核。电机启动次数要求为：冷态3次，热态2次（间隔1小时）。检修维护要求：首次大修间隔8000小时，一般为2-4年进行一次。四台电机自投产以来，各种运行工况始终符合允许范围。夏季环境温度40左右时，绕组最高运行温度未超过90，轴瓦最高运行温度未超过75；电机最大振动值0.9 mm/s(厂家标准4.5 mm/s）。其中1A、1B引风机电机于2005年1月进行了C级检修；2

3、A、2B引风机电机于2005年2月进行了C级检修。2 事故简介及临时处理2005年9月5日13：40#1机负荷600MW,协调方式，#1炉1B引风机电机运行中掉闸（掉闸前电机温度、振动均正常），1B送风机联掉，立即手动投油，增加送风量，降负荷到350MW。14：10调整燃烧至稳定后逐渐撤油。就地6KV段查1B引风机电机差动保护动作。电机断引，测电缆、开关绝缘电阻10000M,电机绝缘W相1.2，U、V相均为5000M。电机解体抽转子后发现定子W相一分支线圈（上层线圈；从驱动端看4点钟位置，见图1、图2所示）短路接地，线圈绝缘损坏，从驱动端起在第5、6、7跨铁芯的通风槽两侧铁芯过热烧熔程度不等，

4、铁芯上有三个电弧凹坑，5-6跨铁芯一个，直径约16mm，深约8mm，6-7跨铁芯二个，近槽口的直径约16mm，深8mm，近槽底的一个直径约15mm，深约15mm。（如图3、4、5所示）。由于无备用电机，如果停用该电机势必严重影响机组负荷。因此决定进行临时处理，具体方案如下：（1）清理故障点炭化物及熔化的铜屑，甩开故障线圈，对其他线圈做直流1.5Ue泄漏和交流1.3Ue耐压试验通过。（2）将该支路线圈（每相由4支路并联，每支路由6个线圈串联）跨越故障线圈焊接，将故障线圈端部剪断，并在断口垫绝缘板包扎处理。复测各相直流电阻W1W2：0.02909 V1V2：0.02969 U1U2：0.03002

5、 互差3.19（环境温度3）；交流1.3Ue耐压通过。（3）用黄腊带及玻璃丝带对焊接部分进行包扎，涂刷环氧数脂并烘干。（4）将铁芯熔点剔除，并将损坏的局部铁芯打散后刷灌环氧树脂干燥处理。以消除可能的局部涡流。9月7日0时5分，1B引风机0负荷启动，利用故障录波仪记录电机负序电流为46A，U相：116A V相：163A W相：198A；电机绕组温度第105号测点15分钟由30升至83（由于铜耗较大）；最大振动值1.2mm/s；电磁噪音较大。鉴于上述情况，为保证该电机能可靠运行至计划检修期，故对其运行工况采取了以下控制措施：（1）调整差动保护定值，将电机负序动作电流由50A调为70A。（2）1B引

6、风机保持动叶手动调节，机组升至满负荷时，控制动叶开度不大于30，对应电机电流不超过200A,对应的电机线圈温度不超过105，最大不超过120。如果电机最高点线圈温度超过110，应适当降低1B引风机的出力，控制线圈温度的升高，同时投1A引风机出力自动增加功能。（3）1A引风机保持动叶自动调节，机组满负荷时，控制1A引风机动叶开度不大于87，对应电流不超过400A（额定电流466A）,线圈温度正常情况下控制不超过95。允许最大不超过110。（4）机组降负荷时，根据负荷的下降幅度，降低送风量，手动降低1B引风机的出力，投自动的1A引风机的出力自动降低。（5）如发生1B引风机电机掉闸，RB动作，则1B

7、送风机电机联掉，及时投油助燃，稳定燃烧，机组负荷降至330350MW，同时注意1A引风机的动叶自调情况，如自调失灵，应切除1A引风机的动叶自调，维持炉膛负压正常；如发生1A引风机电机掉闸，RB动作，则1A送风机电机联掉，及时投油助燃，稳定燃烧，视1B引风机的出力情况，可适当增大1B引风机的出力至35，控制电机线圈温度不超过120，来确定带负荷的大小。如掉闸的1A引风机电机经检查无异常具备启动条件，应及时启动，恢复正常运行。（6）加强对1A、1B引风机电机电流、线圈温度、振动、轴承温度的监视，并加强对就地设备的巡视，对出现的异常情况早发现、早处理。对引风机电机空冷器进出风量加强监视，每周进行两次

8、滤网清理。以提高电机冷却效果。（7）由于1B引风机动叶手动调节，监盘人员要在升降负荷时，锅炉吹灰时，加强对运行工况的监视。如1A、1B引风机线圈温度突然上升至超过130，应立即关小引风机动叶至0，如温度仍无下降趋势，应立即停止风机运行。经临处理和采取运行控制措施，该电机一直安全运行至2006年1月29日，检修期间外委修理。 图2铁芯齿部情况图1损坏铁芯部位第5档损坏的铁芯第7档第6档损坏的铁芯 图3烧坏的铁芯叠片3事故原因分析综合该电机运行时间、日常运行工况以及损坏情况，造成该电机故障发生原因有以下几点：1）该处故障线棒匝间存在薄弱点，在持续强电场的作用下被击穿，最终导致主绝缘损坏。2）该处故

9、障线棒在制作时存在漏包绝缘或设计时槽满率略低，线棒同铁芯槽配合有松隙。3）该处故障线棒在浸渍绝缘漆时未能完全浸透满槽，线棒在铁芯槽内有气隙。4）该故障线棒处槽楔在长期热态下耐久强度（硬度刚性）不足或退化，造成槽楔松动或位移，槽楔对线棒的约束力减小，导致线棒在槽内松动（上层线棒相对下层线棒在槽楔约束力减小的状态下，震动值大于下层线棒，风道口因无槽楔约束更易发生短路）。上述原因1属电机设计和制造工艺上的质控范围，绝缘老化、损坏是积累效应的结果，在此过程中，用户只能通过电气试验的手段加以判定，因此在设备运行中较难防范。上述原因2、3、4分析均认为该故障原因是该故障处线棒在槽内有松动现象，在电磁力的作

10、用下受迫震动N次，绝缘层逐渐磨薄至击穿电压值后发生短路放电。如进一步探讨、分析，则2、3论点及其它制造缺陷，如硅钢片冲压过程中残余毛刺等，均为电机制造时常规质控范围，发生概率较小（当然在修复该电机时应予充分考量），唯有第4论点是质控范围难以控制的结果，因此发生该故障概率较高。该电机设计紧凑、体积小、功率大，为保证其定子在小体积状态下的低温升，按非常规理念设计了阻滞式通风凹槽，同时为了保证通风槽的散热效果，槽楔只能裁断成若干段后隔开风道嵌排，非常规设计的短矩力槽楔，其较短部分的槽楔不但需约束本位槽线棒，其应力范围还需延伸至风道口无槽楔复盖部分。因此，对短距力槽楔的材质、耐热耐久强度（硬度刚性）及

11、同铁芯槽楔口的紧涨配合（尤其是槽楔两端支点）的紧涨力要求极高。因其耐热强度（硬度刚性）的强弱及同铁芯槽楔口配合的紧涨程度直接对线棒的约束力起着决定作用。该电机槽楔的材质选用带补偿节能功率的磁粉粘剂型槽楔（即磁性槽楔），其优点能满足节能补偿功率的电性能要求，材性塑性较好，不易拆断，其缺点是在先满足电性能的前提下再兼顾物理性能，因此磁粉含量较多，在长期（3-5年）热态状况下，其受热面粘结剂同磁粉的粘结强度容易疏松退化，导致槽楔硬度（刚性）的不足，槽配合松动或位移，反映在槽楔对线棒的约束力减小，使线棒在槽内松动发生短路现象。总之以上分析认为，一方面电机在设计和制造工艺中，应充分考虑绕组匝间绝缘电性能

12、能够满足实际运行需要；另一方面短矩力槽楔的约束力范围要延伸至通风口无槽楔复盖部分，因此在选用短距槽楔时应采取措施，以保证热态状况下槽楔材质退化后对线棒的约束力及槽配合的紧涨力，方能万无一失。4 修复方案及措施利用机组检修，将该电机外委运至上海修理厂进行修理，进行了整体更换线棒、改用半导体槽楔、铁芯叠片处理等一系列修理工作。4.1 槽楔选材槽楔选用强度高，耐热持久，热态性能稳定的增厚型环氧槽楔（常规类槽楔为3-4mm厚，应增厚至5-6mm），增大对线棒的约束力。根据线棒在槽内的实际配合间隙，加垫0.1-0.5mm的半导体环氧垫条后打入槽楔，使槽楔同线棒的配合达到紧涨压实无空隙，以减少对槽楔约束的

13、依附力，防止槽楔两端支点空隙及位移。4.2 铁芯硅钢片溶化修复处理由于线棒短路造成局部铁芯硅钢片烧熔，如不处理该几处铁芯将产生涡流，铁损试验也不能通过。因此采用原硅钢片重新错位叠装方案，拆除损坏部分5-7档铁芯硅钢片，将损坏的硅钢片经修整、去除毛刺、抛光、镀超薄绝缘层（0.2mm）后重新按铁芯长度及360均匀分布在5-7档通风槽硅钢片中（每档为660片），每隔一层放两片修复的叠片，这样重新错位压装，确保360每风道段磁场分布均匀，总计约20-50张损坏的扇形硅钢片，按每风道段平均分布，相当于每一段占千分之一，对整体电机硅钢片分布为几万分之一，因此对磁场分布及温差影响即可忽略不计，就好比一滴污水

14、稀释在一缸水中，在充分溶解后相对于整缸水的污染已微不足道。下面是修复前后铁芯温升试验结果比较：控制点质量标准叠片前检测记录铁芯1T条件下通电90min各点温升30K 温差15K时间0153045607590非故障点89.51214.5172125故障点811.516222633.536叠片后检测记录时间0153045607590非故障点10.51112.514.51719.523故障点10.5161821.52427304.3 采用VIP真空浸漆由于该电机铁芯硅钢片采用全部解体错位叠装的工艺，在旧片叠装过程中其相对于新片而言，其片间气隙度相对有所增大，易使电机产生电磁声。为了彻底解决此类现象，

15、采用二次VPI真空加压整浸处理（真空33Pa/正压0.6MPa），用无溶剂绝缘漆封堵因硅钢片重新叠装产生的气隙，消除电磁振动声，又使线棒同铁芯槽空隙得以填充，从而保证槽楔定位牢固，硅钢片同线棒结成一体。二次真空浸漆的目的在于彻底消除线棒同铁心槽的气隙，防止震动使线棒产生短路。从优质可靠的整体角度考虑，修复所使用的绝缘材料均作适当调整提高，绝缘耐压等级由6kV调整到8kV标准，绝缘等级F级调整到F级加强型标准。4.4 定子线棒材料及工艺规范a 原线圈数据：线 规：2-2.757.05mm导线绝缘：单玻云母漆包扁线（匝间绝缘厚度约0.3mm）主绝缘厚度：约1.5mm导线电流密度：3A/mm2b现线

16、圈数据：线规：2-2.626.5电流密度3.58A/mm2导线型号为SBEMB-50/180-1Y3N导线绝缘：双玻璃丝双亚胺线包扁铜线（匝间绝缘厚度0.5mm），击穿电压2500V（匝间击穿电压5kV），耐温180。主绝缘直线段： 亚胺带0.03mm 半叠包2层446-1云母带0.14mm 半叠包1层442-1云母带014mm 半叠包2层446-1云母带014mm 半叠包1层442-1云母带0.14mm 半叠包1层涤纶带0.1mm 半叠包1层直线段主绝缘总厚度（单边）：1.72mm，击穿电压32kV端部段：442-1云母带0.14mm 半叠包8层涤纶带0.1mm 半叠包1层端部段绝缘总厚度（

17、单边）2.34mm，击穿电压24kV4.5 修复前后数据比较名 称原磁性槽楔计算值原非磁性槽楔计算值改线规后环氧槽楔计算值效率（%）97.2296.8896.8功率因数0.8760.8710.871起动转矩（倍）0.60.870.87启动电流（倍）5.977.137.14最大转矩（倍）2.222.462.46总损耗（kW）117.3132.1135.7铁损（kW）28.84444一次铜损（kW）23.624.0727.67空载电流（A）129.2145.8145.8电流密度（A/mm2）3.083.113.58发热系数（IW）187319102203线规（mm）2-2.757.052-2.757.052-2.66.5增加温升（K）01015注：以上数据考虑电机在环境温度40，且满负荷工况下