摘要：電動機(jī)定子絕緣性能下降常引發(fā)泵站機(jī)組異常停機(jī)。本文從排澇機(jī)組的運行環(huán)境和工況等方面著手，針對電動機(jī)定子絕緣性能降低的原因和危害進(jìn)行分析，并依據(jù)實踐提出相應(yīng)的改善措施和監(jiān)測修復(fù)手段。
　　關(guān)鍵詞：電動機(jī)；定子；絕緣問題
　　
　　0、前言
　　隨著城市防洪排澇等級的提高，各類大型軸流泵、混流泵、離心泵已投入到排澇泵站的運行中，由于泵站通常建在低洼易澇地區(qū)，潮濕、通風(fēng)不良等環(huán)境因素，以及運行過程中水工、機(jī)械和運行方式等工況的影響，經(jīng)常會造成機(jī)組配套的大型電動機(jī)定子絕緣性能降低。據(jù)不完全統(tǒng)計，由定子繞組絕緣問題而造成的泵站停機(jī)事故約占全部停機(jī)事故的三分之一左右，已嚴(yán)重影響到城市的防洪排澇。因此，分析排澇機(jī)組定子絕緣電阻降低的原因，并找出合理的解決辦法應(yīng)是當(dāng)下泵站管理人員亟待探討的問題。
　　1、定子繞組絕緣降低的危害
　　在熱狀態(tài)下，一般中小型低壓電動機(jī)的絕緣電阻值應(yīng)不小于0.5兆歐，高壓電動機(jī)每千伏工作電壓定子的絕緣電阻值應(yīng)不小于1兆歐。但經(jīng)過多年的排澇運行后，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)組定子的絕緣性能有所下降，如紅旗浦排澇站裝機(jī)的3臺250KW排澇機(jī)組經(jīng)過幾年的運行后，在非汛期的設(shè)備檢查中運行人員對其電動機(jī)定子絕緣進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)3臺電動機(jī)的對地絕緣電阻均在0.5MΩ左右，說明定子繞組的絕緣性能已下降，必須查明原因并進(jìn)行修復(fù)，以避免造成不必要的損失。
　　排澇機(jī)組若長期定子絕緣性能偏低，則在汛期或者臺風(fēng)期間，承泄區(qū)出現(xiàn)超標(biāo)準(zhǔn)水位時，排澇機(jī)組因揚程增加而導(dǎo)致軸功率上升，特別是電源工作電壓在1000V以上的大型高壓電動機(jī)，在運行過程中極易發(fā)生定子線圈匝間或者相間短路而燒毀電動機(jī)，直接影響機(jī)組的壽命。
　　2、定子絕緣電阻降低的原因
　　我們依據(jù)多年的排澇運行經(jīng)驗，結(jié)合排澇機(jī)組特定的環(huán)境和工況，對泵站大型電動機(jī)定
　　子繞組絕緣降低的原因進(jìn)行分析。
　　以三相異步電動機(jī)為例，影響其絕緣性能的主要指標(biāo)包括：
　　a、槽絕緣：防止繞組對鐵芯（地）短路；
　　b、匝間絕緣：防止繞組匝間短路；
　　c、層間絕緣：針對雙層繞組來說，防止層間繞組短路；
　　d、相間絕緣：防止三相繞組相間短路。
　　造成電動機(jī)定子繞組絕緣性能降低的原因主要有：環(huán)境污染、工況因素、泵房溫度影響等方面。
　　2.1環(huán)境污染——潮濕、吸塵和其他污染物
　　排澇機(jī)組多安裝于河道地勢較低側(cè)，其環(huán)境因素造成了機(jī)組定子線圈容易受潮受污染，污染物中含有鹽分、酸性或堿性物質(zhì)、金屬離子、水份等，這些物質(zhì)粘在定子線圈表面，腐蝕絕緣材料導(dǎo)致其電導(dǎo)率增大，電阻率降低，同時絕緣介質(zhì)極化大大增強(qiáng)，介質(zhì)中出現(xiàn)不同的介質(zhì)分層，層面上有一個電荷重新分配的介質(zhì)分層極化過程，其間會產(chǎn)生介質(zhì)損耗。當(dāng)線圈受污、受潮越嚴(yán)重，介質(zhì)損耗也就越大，介質(zhì)損耗使絕緣介質(zhì)內(nèi)部發(fā)熱，溫度上升，使得介損更加嚴(yán)重直至絕緣不斷老化，最終導(dǎo)致電機(jī)的絕緣電阻不斷降低。
　　2.2工況因素——機(jī)械、水工、運行方式的影響
　　排澇機(jī)組承擔(dān)著城市防洪排澇的任務(wù)，因此在汛期特別是在臺風(fēng)或者洪水期間，承泄區(qū)水位超過標(biāo)準(zhǔn)水位甚至達(dá)到警戒水位時，排澇機(jī)組因揚程增加將導(dǎo)致軸功率上升，水泵經(jīng)常超負(fù)荷運轉(zhuǎn)，容易引起電動機(jī)過載造成絕緣老化。此外排澇期間泵站經(jīng)常出現(xiàn)進(jìn)水渠道攔污柵雜物擁堵現(xiàn)象，加之進(jìn)水流道設(shè)計不合理等因素，造成上游來水不暢，水泵淹沒深度不夠，機(jī)組負(fù)荷變化大、承載不均，甚至出現(xiàn)機(jī)組頻繁啟停的現(xiàn)象。由于定子繞組與定子鐵芯、槽楔材質(zhì)不同，開機(jī)期間，定子線圈溫度上升較鐵芯快（高于鐵芯溫度20～30℃），其膨脹程度大于定子鐵芯和槽楔；而當(dāng)機(jī)組頻繁啟停或負(fù)載波動較大時，根據(jù)定子的結(jié)構(gòu)特點，其繞組線圈被嵌套在定子槽道內(nèi)，由于熱脹冷縮現(xiàn)象和長期運行后絕緣材料特性的變化，槽楔就會出現(xiàn)松動現(xiàn)象；此外，運行中的線圈由于受到不斷交變的徑向電磁力的作用而發(fā)生振動，定子線圈防電暈層逐漸磨損，將會引起電動機(jī)槽部定子線圈表面與槽楔、槽壁之間失去良好接觸而產(chǎn)生火花放電，造成電暈和電腐蝕，最終造成電動機(jī)定子絕緣降低或損壞。如魁岐排澇站大型斜臥式水泵，其配套的2000KW高壓雙速電動機(jī)在大修期間就發(fā)現(xiàn)定子槽楔材料老化收縮、下墊條老化松動跑出等現(xiàn)象，后在大修過程中采取撤換老化槽楔，更換較厚的楔下墊條，再打入新槽楔，涂上環(huán)氧膠等一系列處理措施，電動機(jī)的性能才得以修復(fù)和提高。
　　此外，排澇機(jī)組電動機(jī)與水泵通常是通過聯(lián)軸器相聯(lián)接，運行過程中，水泵經(jīng)常會因為進(jìn)口流速和壓力分布不均勻、負(fù)荷變化等各種原因引起機(jī)組振動；水泵啟停、閥門啟閉等工況改變以及事故緊急停機(jī)等動態(tài)過渡過程造成的輸水管道內(nèi)壓力急劇變化和水錘作用等，也常常導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生振動，引起機(jī)組軸承軸瓦燒蝕等機(jī)械故障。電動機(jī)結(jié)構(gòu)上定子和轉(zhuǎn)子間存在氣隙，如果振動超過了最大的允許值將會導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心，定、轉(zhuǎn)子鐵芯“掃膛”，鐵芯溫度迅速上升，嚴(yán)重時電動機(jī)冒煙，甚至影響定子繞組的絕緣最終導(dǎo)致線圈燒毀。如09年1月彬德排澇站1#機(jī)組出現(xiàn)開機(jī)時劇烈振動，視覺上可見主軸搖擺，并聞到橡膠燒焦臭味，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組定、轉(zhuǎn)子間隙不均勻，轉(zhuǎn)子偏向正Y與正X方向0.45mm，機(jī)組下水導(dǎo)瓦磨損嚴(yán)重，險些釀成電動機(jī)線圈燒毀的大事故。
　　2.3泵房溫度的影響
　　排澇機(jī)組安裝受地理位置的影響，泵房內(nèi)通風(fēng)散熱條件多不理想，汛期、臺風(fēng)等開機(jī)運行期間又多處在高溫的夏季，雖然采取了一定的散熱措施，在泵房內(nèi)增設(shè)多臺大型鼓風(fēng)機(jī)，但由于沒有導(dǎo)風(fēng)渠道，泵房空氣對流不暢，效果并不理想，機(jī)組的運行環(huán)境溫度仍然很高。在高溫的情況下，定子繞組絕緣介質(zhì)內(nèi)部因介質(zhì)損耗而發(fā)熱，當(dāng)絕緣介質(zhì)的熱量不能散發(fā)，將使其溫度繼續(xù)升高，產(chǎn)生熱性變化，最終造成絕緣電阻性能降低。
　　3、 改善定子絕緣電阻的措施
　　我們從定子繞組絕緣性能降低的原因入手，結(jié)合泵站的運行實際，可以采取電機(jī)烘干、改變環(huán)境和工況、定期測量定子繞組、定子清洗等方式改善大型電動機(jī)定子的絕緣性能。
　　3.1電動機(jī)烘干
　　針對泵站潮濕的地理環(huán)境和自然工況，排澇機(jī)組的定子線圈容易受潮，特別是在非汛期機(jī)組長時間停運的狀態(tài)下，開機(jī)前一定要烘干。其方式除了對電動機(jī)設(shè)置加熱器外，還可人工快速烘干：將電動機(jī)定子線圈串接到交流電焊機(jī)的輸出端，控制并調(diào)整電焊機(jī)電流，使得烘干電動機(jī)每相繞組分配的最大電流不超過原額定電流的50%—60%（由于各種電動機(jī)的具體情況不同，一般所需干燥電流的大小，應(yīng)以定子鐵芯溫度在通電3-4小時內(nèi)達(dá)到70-80℃時為宜），通電后利用電動機(jī)本身的銅損烘干電機(jī)，一般烘10—20小時即可提高定子線圈絕緣電阻達(dá)到合格要求。如果電動機(jī)加熱器功率足夠，對于小型泵站也可利用非汛期輕載試機(jī)的方式動態(tài)烘干，如我們現(xiàn)行泵站的管理模式，在非汛期規(guī)定依據(jù)水位每月試機(jī)兩次，每次30分鐘至60分鐘不等，這樣既可以烘潮，又可以通過試機(jī)判斷機(jī)組的工況，一舉兩得，收效甚好。
　　3.2 改變環(huán)境和工況
　　改善泵房環(huán)境，做好設(shè)備衛(wèi)生，減少粉塵、油污等污染；另外泵房增設(shè)通風(fēng)設(shè)施，增強(qiáng)空氣的對流，降低運行溫度；合理設(shè)計和改善進(jìn)出水渠道，調(diào)節(jié)機(jī)組的運行方式，盡量避免因水文水工和水泵機(jī)械原因造成的定子線圈損傷，減少機(jī)組振動，減少開、停機(jī)次數(shù)等等。
　　3.3 測量定子繞組
　　定期測量定子絕緣電阻，合理安排預(yù)防性試驗。定子絕緣電阻測量一般情況每季度測量一次，雨季時縮短周期，潛水泵應(yīng)增加測量的頻率，特別是高壓潛水泵最好每次開機(jī)前搖測一次絕緣。各泵站對于每次測量的數(shù)據(jù)應(yīng)存檔比較，以便隨時通過數(shù)據(jù)變化掌握定子繞組的狀況。
　　3.4定子清洗
　　定期進(jìn)行定子清洗，至少一年一次，五年一次抽芯清洗。清洗方法如下：
　　拆下電動機(jī)防塵外殼，用7-15bar壓縮空氣對電機(jī)定子線圈吹掃，將大部分粉塵吹出后，再用HS-25型電機(jī)專用清洗劑與壓縮空氣混合沖洗定子，這樣可將粘結(jié)較牢固的粉塵、油污清洗掉，清洗后再噴上NC-123型絕緣防護(hù)劑。如果定子過于油污，使用再多清洗劑都無法清洗干凈時只好將轉(zhuǎn)子抽出來后再徹底清洗。
　　4、定子絕緣的監(jiān)測和修復(fù)
　　4.1 監(jiān)測措施
　　電動機(jī)定子繞組故障監(jiān)測方法主要分為兩類：一類是基于故障特征信息的提取和監(jiān)測，其信號主要來源于電機(jī)的電流、電壓、溫度及磁通、振動等；另一類是基于準(zhǔn)確建立電機(jī)故障的數(shù)學(xué)模型的故障識別方法，如參數(shù)估計法。目前國內(nèi)外已根據(jù)以上監(jiān)測方法生產(chǎn)出不同類型的電動機(jī)定子繞組絕緣檢測裝置，它們不僅能夠高靈敏度、高可靠性地在線監(jiān)測異步電動機(jī)定子繞組短路的初發(fā)故障，而且可以判斷短路相，因而可有效保障電動機(jī)的安全運行。
　　4.2定子繞組的修復(fù)
　　在修復(fù)定子線圈絕緣電阻方面，因排澇機(jī)組承擔(dān)著城市防洪排澇的任務(wù)，若故障機(jī)組返廠大修其時間長、成本也高，勢必影響防汛工作。因此，我們可以借鑒電廠的寶貴經(jīng)驗，事先了解設(shè)備出廠廠家的生產(chǎn)工藝及絕緣構(gòu)成，在保證檢修工藝的前提下，制造一些必備的工裝夾具，在確定故障點后，可采用以下維修方法：首先用鏟刀撬開故障點，去除原絕緣層并清理干凈，如故障面積大時，可用粉云母帶包纏，但要注意包扎絕緣帶的機(jī)械強(qiáng)度和尺寸應(yīng)盡量與原來出廠情況相匹配，小面積的故障處可用厚度為0.15mm的環(huán)氧玻璃纖維板塞入，經(jīng)浸漆、烘干后即可，修復(fù)完畢應(yīng)對電動機(jī)作相應(yīng)等級的短路測試及預(yù)防性試驗。
　　結(jié)語
　　隨著排澇機(jī)組在城市防汛事業(yè)中作用的提升，大型電動機(jī)定子絕緣問題在排澇泵站中已越來越受到重視，對于電動機(jī)廠家而言，如何在定子絕緣電阻監(jiān)測、保護(hù)方面與泵站的運行工況相結(jié)合是目前很重要的課題。國內(nèi)外已開展了大量的相關(guān)研究工作，例如使用超聲波脈沖對運行中的定子絕緣材料作掃描，根據(jù)回波來分析主絕緣的老化情況將是一種新的研究方向。
　　
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