(中广核核电运营有限公司 518124)
摘要：某电站通风系统驱动电机在换料大修期间故障跳闸，使通风系统失去一台冗余备用风机。本文对该驱动电机的故障现象及原因进行剖析，并从检修历史、运行振动、生产制造、材料质量等多角度进行故障根本原因分析与探讨，并提出有效的改进措施。
关键字：绝缘损伤；隐蔽性；匝间短路；
1、驱动电机故障检查和处理
1.1 电机故障跳闸过程
某电站在换料大修期间，执行T*LHQ001试验过程中，主控出现LLB008KA报警，电站通风系统驱动电机（EVC002ZV）跳闸，备用电机（EVC004ZV）自动启动。EVC002ZV是在连续运行10天后，短时停运17秒，再启动的瞬间跳闸的。电气人员开展检查，风机叶轮无动静碰磨、无异物，风机内部无冷凝水，打开接线盒观察电机接线无异常，测量发现L4EVC002ZV电机绕组对地绝缘和绕组直阻异常，判断电机故障。电气人员更换故障电机并完成鉴定验收，结束故障处理。
1.2 故障电机检查情况
对故障电机解体后，发现电机绕组故障点处于非接线侧的10点钟位置，观察故障点，表面虽已被熏黑，但未发现确切绝缘击穿点，说明故障点不在表面，可以排除维修中损伤绕组造成绕组故障的可能。
将故障点表层绕组拨离原位后发现：表层绕组与底层绕组之间的相间绝缘纸已被完全击穿，翻出的W相绕组玻璃丝带包裹有明显发热痕迹；同时在表层绕组靠近底层绕组部位已有几股漆包线（电磁线）出现熔断、烧结现象。故障发生在相邻的两相绕组，未波及到第3相绕组。
小结：三相绕组中有UW两相绕组相间绝缘以及对地绝缘接近0，直阻仅有W相由于绕线烧熔而偏差很大。
2、故障原因分析
根据故障电机检查情况可知，故障后W相直阻明显变大，对地绝缘远低于标准要求值，绝缘被彻底破坏；U相直阻正常，对地绝缘低于标准值，但绝缘未完全破坏；同时W相和U相之间的相间绝缘也远低于标准值，相间绝缘被彻底破坏。电机的相间绝缘使用的材料为NHN复合纸，由三层构成，最外面两层是美国杜邦公司的NOMEX绝缘纸，内层为亚胺膜，其具有优良的介电性能，通常用于H级绝缘电机，完全能满足380V电机的正常运行的相间绝缘。因此电机先发生相间短路的可能较低。于是，可推出故障过程：W相绕组先发生了匝间短路，随着故障发展，W相绝缘逐渐降低，在电机短时停运又启动的情况下，电机热态时绝缘本身较冷态绝缘低，且启动时的大电流会在绕组间产生很大的电磁力，造成W相和U相发生相间短路，随即上游开关跳闸。
匝间短路时，短路线圈在感应电势的作用下会产生很大的环流，具体分析如下：如图1所示，当某相绕组在a、b处发生了匝间短路[1]，短路的匝圈数为Ws，
图1 线圈匝间短路示意图
对于380V低压电机反电动势E=（0.85~0.95）U··············（4）
综合式（1）（2）（3）（4）可得完全匝间短路环流为 Is = （5.7 ~ 19）Ie
即使电机匝间绝缘没有完全破坏，发生匝间短路时，短路匝间的环流仍可能是额定电流的数倍，长期运行产生局部温度偏高，加剧绝缘破损，于是匝间短路电流变得更大，如此反复使得绝缘被破坏。值得注意的是，即便发生匝间短路，短路电流仅在被短路的线圈中流过，测量电机的相电流无明显变化，上游保护更不会动作，直至故障蔓延扩大到相间短路或单相接地短路时才会有上游保护动作。
3 匝间短路故障产生原因分析
3.1 电机检修过程中造成绝缘损伤
换料大修期间，该电机执行了解体更换轴承工作，电机解体抽穿转子过程和端盖拆装过程作业规范，未发现检修工艺不规范行为。该电机为7.5kW小电机，抽穿转子较为简单，且该电机击穿点为绕组与绕组间的内侧，是检修过程无法触碰到的区域，绕组外侧仅有熏黑迹象，表面无磕碰痕迹。所以可以判断该电机检修过程导致电机绝缘损坏可能性很小。
3.2 不良机械振动造成绝缘受损
电机长时间振动不良会加剧漆包线之间的磨擦，发展到一定程度后就会引起匝间短路，从L4EVC002ZV电机故障前测振数据（最大振速2.25mm/s）分析可知电机长时间振动处于良好状态，远低于报警值7.1mm/s，与其余三台EVC风机的振动相比也无明显异常，且解体电机发现绕组间浸漆状态良好，无松动现象，因此机械振动引起电机匝间短路的可能性很小。
3.3电磁线存在质量问题
从定子绕组的电磁线取样做了6组电磁线耐压[2]，电磁线击穿电压如表2所示。该电机采用的电磁线型号为铜圆线QP-2/200，国标要求其最低击穿电压为5kV[3]，可见该电磁线质量满足国标要求。因此电磁线存在质量问题而造成电机匝间短路可能性很小。
3.4电机厂家制造工艺导致绝缘损伤
电机每相绕组由多组线圈组成，每组线圈由若干匝线圈组成，380V电机的电磁线多为漆包线，每匝线圈由多根漆包线组成，对于若干匝的匝间线圈，匝间绝缘依靠漆包线的漆膜保持，若漆膜损伤，会造成绝缘薄弱，增大匝间短路的可能性。对于380V电机，绝缘良好的电磁线（漆包线）漆膜可承受较高的电压（一般大于3kV），而匝间工作电压较低（低于线电压380V），但电机在生产和安装过程中，经过绕线、嵌线、排线、敲打整形、绑扎和多次搬运等环节，可能会使线圈漆膜划伤或者擦伤，使得电机匝间绝缘破坏，从而发生匝间短路现象。故障电机绕组下线方式为单层同心式的绕线方式，定子槽数为30槽，绕线匝数为38匝，线圈排列为3-2-3-2-3-2方式，绕组的节距也因为同心式的绕线方式而不断改变，在下线过程中造成该电机漆包线漆膜损伤的可能性较大。
4 结论与改进
综上所述，EVC002ZV电机故障的原因是电机启动时发生绕组匝间短路不可用根本原因是电机在生产装配过程中，嵌线、绕线、排线等制造工艺导致绝缘损伤，从而使绕组发生匝间短路，进而导致电机相间短路跳闸。
针对本次堆坑通风系统驱动电机绕组故障问题，建议开展以下改进：
（1）梳理出电站同型号铜批次电机的清单，进行绕组更换工作。绕组更换完成后，在电机出厂型式试验基础上，增加双向匝间冲击试验，验证电机匝间绝缘良好。
（2）与电机生产厂家开展研讨，完善绕组散嵌式电机生产工艺流程质量控制单，提升电机品质。
参考文献:
[1]中小型电机匝间短路的分析.刘淑红
[2]GB/T 22714-2008 交流低压电机成型绕组匝间绝缘试验规范
[3] GB/T6109.1-2008漆包圆线绕组 第一部分
论文作者:李蔚蔚
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/9/18
标签：绕组论文; 电机论文; 故障论文; 电磁线论文; 线圈论文; 漆包线论文; 漆膜论文; 《电力设备》2018年第13期论文;