摘要：6.6kV电机在核电站中应用广泛，遍及各重要系统如RCP，RRA，EAS，RIS，LHP/Q，CRF等，多作为核安全相关设备或为各回路循环提供动力，在电厂的生产及安全中扮演重要角色。因电厂中压电机各系统设备众多，所出现的缺陷或异常种类繁多，分析几种典型的中压电机故障，并制定相应处理措施。
关键词：核电站；6.6kV电机；典型故障；处理
1凝结水泵电机端部线棒磨损
岭澳核电站年度大修期间，对凝结水循环系统高压电机预防性检查时，曾陆续多次发现该系统电机内部出现不同程度的黄色粉末。通过对CEX系统高压电机黄粉产生部位总结来看，基本上都是集中在端部线棒间隙较小处、定子铁芯槽壁及定子线棒接触部位、定子铁芯通风槽口处。这些部位有2个特点：①电场强度分布不均匀，局部场强畸变相对明显。②电机运行时，定子线棒间或线棒与槽壁间在热应力、电磁力及机械力作用下，容易发生相对运动而产生摩擦。
后续对黄粉判别，基本确定该黄粉实则就是绝缘材料磨损而成，即黄粉产生的根本原因为高压电机定子线棒在运行过程中，受热、力、电场综合因素作用，发生了老化。进一步检查电机线圈结构，CEX电机线棒直线部分嵌入线槽，且有绝缘垫条及打入槽楔固定牢靠，不易发生振动摩擦，而端部线棒为固定的薄弱之处。CEX电机端部线棒仅靠线棒自身刚度及涤玻绳绑扎固定，无固定端环，如端部线棒绑扎固定强度不够，在电机运行中容易受力振动。CEX电机线圈端部自渐开线部位开始慢慢向圆心收缩，呈喇叭口状，使得线棒之间缝隙减小；产生黄粉的电机端部线棒排列并不均匀，部分相邻线棒间隙很小甚至已经接触，极容易产生摩擦或轻微游离放电现象。由于运行中热、力及电场作用无法消除，解决处理该现象只能由电机的结构入手。经综合分析，认为通过在端部磨损线棒之间填充适形材料涤纶毡，并以环氧固定，不仅可以提高线棒表面起晕电压，降低场强老化作用，还可以防止线棒之间的受力摩擦，并能起到绝缘、加固的作用。具体处理工艺流程可按7个步骤操作。①电机解体后对产生黄粉的磨损部位进行查找，并对其进行清理，去除粉末，保证表面光洁。②调制环氧，将适形材料根据线棒缝隙大小剪成合适的形状和大小，浸入调好的环氧中。③用浸过环氧的适形材料填充线棒之间的磨损部位。④去除多余填充材料，保证填充后不能高出定子铁芯内径，以防止固化后刮擦转子。⑤填充材料周围涂抹环氧，环氧填充后应尽量平整，刮走多余环氧，不应有流淌现象。⑥如线棒间空隙允许，选用合适直径的涤玻绳进行绑扎固定。⑦环氧固化后，对突出部分或毛刺进行打磨，修理平整、清理干净后涂绝缘漆，并干燥。端部线棒磨损处理结束，进行相关绝缘测试，合格后电机回装，并监测电机运行时各电气参数良好。
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2线棒电晕腐蚀，绝缘损伤
2.1电磁力、机械力造成的磨损
电机运行时，线圈中通过的三相交变电流形成旋转磁场，使得定子上有交变的主磁通和漏磁通通过，通流线棒在磁通的作用下将受到双倍工频的电磁力作用，在线棒端部产生电磁振动，且部分相邻线棒内电流相位不同，使其所受到的电磁力方向相反，大大增加了电磁振动造成摩擦的概率。CEX电机冷却方式为空冷，冷却风通过空冷器为绕组进行降温，其在流经端部线棒时将产生一定的机械振动。电机运行时固有的机械振动也会传递至绕组端部产生同步振动。该电机最初设计时，为减小电机的体积，其定子内部结构设计的十分紧凑，端部相邻两线棒之间距离极小。在电机线圈下线时，由于制造工艺原因，不同线圈间尺寸均存在细微差别，这就导致电机定子绕组端部部分相邻线棒之间距离太近，有的甚至直接靠在一起。电机线圈下线后，埋入铁芯中的直线部分靠槽楔压紧固定牢靠，而线棒端部则靠自身刚度及绑扎带进行固定。该电机制造过程中端部绑扎不够牢靠，在电机运行过程中松动，致使对线棒的固定强度不够。电机绕组端部部分线圈之间距离太近，线圈端部绑扎及固定松动，端部相邻绕组之间及绕组与绑扎带之间在电磁力及机械力振动下发生摩擦，导致绝缘材料中的树脂及玻璃纤维发生磨损。
2.2电晕放电造成的腐蚀
电晕腐蚀对电机绝缘损伤极大，主要体现在热损伤，机械损伤和化学损伤等3个方面。在电晕产生时，放电往往伴随大量热能的释放，造成绝缘材料表面温度不断升高，使电机的绝缘材料发生变质和炭化，缩短绝缘材料寿命。放电产生的大量带电粒子以高速碰撞绝缘表面，使绝缘层表面产生麻点、麻坑、孔眼、烧蚀等痕迹，直接破坏了线圈的绝缘结构。同时电晕放电会产生有害气体，在一定条件下会与空气中的物质发生化学反应，例如臭氧，其化学性质是非常不稳定的，极易与空气中的水蒸气反应生成硝酸，与氮氧化物反应生成氧化氮等，这些物质的生成都给电机的绝缘材料以及其整体的运行带来了影响。
因此，电机在制造过程中，必须对线圈绝缘层内部、槽部以及端部做好充分的电晕防护措施，采用防晕性能较好的材料，并严格控制绝缘材料配置及真空压力浸漆的工艺，使绝缘材料能够充分填满绝缘层内，并采用包绕高低阻带等防晕手段对线圈做好防电晕处理。但从该电机的绝缘结构来看，线圈在制作时线棒直线部分的防电晕处理只做到定子铁芯的槽口，线棒端部槽口外的线圈没有包扎高阻带，根本起不到防电晕效果，这种线棒绝缘结构防晕处理很不合理，极易在端部产生电晕；受电机振动影响，端部相邻线棒间绝缘磨损，加剧了发生放电的程度，因此造成了电晕放电腐蚀。电机的电磁机械振动磨损和电晕放电腐蚀，对电机的安全运行和使用寿命危害极大。经电气人员详细的对电机进行检查和分析论证，该电机原线圈布线不均匀，部分线圈之间距离过近；线圈防晕层结构不合理，制造时线圈直线部分的防晕处理只做到定子铁芯的槽口，对槽口外的线圈起不到防晕的效果。综合几种因素从而造成了电机故障的产生。该故障为电机原设计制造过程中缺陷所导致。经电气人员详细的分析论证，此电机必须对整个定子线圈进行更换，并改善制作工艺，从根本上解决该故障。为避免电机发生同类问题，在得到故障根本原因的基础上，电气人员经过详细论证，并结合目前先进的技术水平，在电机更换定子线圈过程中采用了一些新工艺，制定了一系列改进措施。
（1）定子线圈的铜线选用双玻璃丝包亚胺薄膜绕包扁铜线。该导线绝缘结构为日本引进TMEIC绝缘体系，先用进口杜邦耐电晕聚酰亚胺-F46复合薄膜，半叠包绕包一层经烧结熔合后再绕包1层玻璃丝，并涂以180级环氧绝缘浸渍漆，经烘焙固化，再涂以自粘性绝缘漆，绝缘厚度0.3mm。此线圈的绝缘工艺优于ALSTOM原厂工艺。（2）定子线圈按西门子VPI整浸软嵌成型线圈工艺规范制作，线圈拉型采用法国进口VINCENT数控线圈成型机一次成型，自控顶弧，避免了人为因素造成的线圈尺寸偏差。对线圈进行防电晕处理，直线部分绕包低阻带，一直包至定子铁芯两端槽口外15～20mm，定子绕组端部铁芯槽口外包高阻带。定子铁芯表面和线圈端部均喷涂8037#抗弧绝缘覆盖漆。（3）定子线圈两端端部的固定及绑扎采用西门子提供的膨胀材料及方式。绕组端部绑扎二重三道，线圈端部填充西门子专用膨胀性适型材料。为了保证线圈端部绑扎可靠，在线圈两端的端部外端增加一道软箍绑扎。（4）绕组引线、过桥线等连接均采用45%银焊，并进行充分的绝缘包扎和绑扎固定，引线电缆采用F级硅橡胶绝缘电机引接线。通过以上工艺重新制作并安装的定子线圈，各线棒之间距离分布均匀，绝缘性能良好，且防电晕能力大大增强，有效的避免了原故障的发生。
结论
核电站6.6kV电机典型故障处理之后，电机运行状况及参数良好，有效地保证了核电机组的安全稳定运行。
参考文献：
[1]张蛟.核电站用6.6kV立式电机振动因子研究[J].黑龙江科学,2017,8(14):62-63.
[2]苏东亮.石岛湾高温气冷堆核电站常规岛电气一次部分设计研究[D].华北电力大学(北京),2016.
论文作者:段云飞
论文发表刊物:《防护工程》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/23
标签：电机论文; 线圈论文; 定子论文; 电晕论文; 线棒论文; 绕组论文; 磨损论文; 《防护工程》2017年第26期论文;