高壓交流電動(dòng)機(jī)定子繞組故障的原因分析及處理

1、 高壓交流電動(dòng)機(jī)定子繞組故障的原因分析及處理 摘要：本文針對(duì)高壓電動(dòng)機(jī)繞組絕緣故障類型進(jìn)行了多方面的分析，主要針對(duì)電機(jī)絕緣老化的因素，過電壓的危害，過電壓的抑制措施進(jìn)行綜合分析，提出電機(jī)絕緣損壞的防范錯(cuò)。關(guān)鍵詞：高壓電動(dòng)機(jī)；過電壓；rc阻容吸收器；絕緣老化1 高壓電機(jī)絕緣中的雜質(zhì)、氣泡、繞組浸漆不均勻?qū)﹄姍C(jī)絕緣的影響及危害高壓電機(jī)絕緣存在雜質(zhì)、氣泡缺陷，造成電荷在雜質(zhì)、氣泡區(qū)域的自由電子運(yùn)動(dòng)的障礙，自由電子積聚，形成空間電荷極化。電機(jī)的絕緣漆不均勻易造成電介質(zhì)中的電子或離子在界面處聚集形成界面極化。電荷的大量聚集主要描述為空間區(qū)域電荷存儲(chǔ)(q1)，槽區(qū)域電荷存儲(chǔ)(q2)和端部繞組區(qū)域電荷存儲(chǔ)(

2、q3)。三種電荷的分布比率（q1/q2和 q2/q3的比值）可以說明電機(jī)定子槽內(nèi)存在局部放電現(xiàn)象，放電造成絕緣材料降解，電暈造成防護(hù)層腐蝕，腐蝕進(jìn)而造成槽內(nèi)繞組對(duì)地主絕緣和槽壁存在松動(dòng)。絕緣的破壞造成電機(jī)絕緣擊穿的概率大大提升。2 過電壓對(duì)電機(jī)的影響21 操作過電壓對(duì)電機(jī)的危害電力系統(tǒng)改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、事故跳閘均是通過分合開關(guān)（斷路器）來實(shí)現(xiàn)的。真空斷路器在電機(jī)中的應(yīng)用是很廣泛的，真空斷路器具有運(yùn)行可靠性高、維護(hù)量少、但在運(yùn)行操作過程中，過電壓對(duì)電機(jī)絕緣損害較大。2.1.1截流過電壓：由于真空斷路器具有良發(fā)的滅弧性能，當(dāng)開斷小電流時(shí)，電弧在過零前熄滅，由于電流被突然切斷，其滯留于電機(jī)等電感繞

3、組中的能量必然向繞組中的雜散電容充電，轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶?chǎng)能量。對(duì)于大容量電機(jī)特別是空載時(shí)，則相當(dāng)于一個(gè)大的電感，因此會(huì)產(chǎn)生高的過電壓。斷路器觸頭和回路中有一定的電阻，產(chǎn)生損耗以及發(fā)生擊穿，對(duì)過電壓值有一定的抑制作用。但這種抑制作用是有限的，不能消除在切斷電流時(shí)出現(xiàn)的過電壓。截流過電壓出現(xiàn)的概率大，過電壓幅值雖然不是很高，但電動(dòng)機(jī)空載、負(fù)載時(shí)用真空斷路器開斷均會(huì)出現(xiàn)，對(duì)電機(jī)絕緣沖擊次數(shù)多，造成絕緣的累積傷害較為普遍。因此特別對(duì)感應(yīng)負(fù)載在采用真空斷路器作為操作元件時(shí)，應(yīng)加裝過電壓保護(hù)設(shè)備。2.1.2多次重燃過電壓。切斷制動(dòng)狀態(tài)的電動(dòng)機(jī)時(shí)可能發(fā)生，由于啟動(dòng)電流很大，一次截流難以發(fā)生，真空斷路器觸頭在工頻電流

4、過零時(shí)斷弧，被切電機(jī)側(cè)的電壓也還較高，電機(jī)側(cè)的電容對(duì)漏感放電，產(chǎn)生振蕩；又因觸頭剛分離，開距很小，真空絕緣承受不住恢復(fù)電壓的作用，被擊穿 (發(fā)生重燃 )，重燃時(shí)在負(fù)載和電源側(cè)發(fā)生高頻振蕩，使觸頭間隙反復(fù)多次熄弧、再擊穿。類似振蕩愈趨強(qiáng)烈，直到過電壓不能再使間隙擊穿為止。其過電壓幅值很高，且陡度極大，類似雷電波，造成線圈間電壓分布不均，故對(duì)電機(jī)主絕緣和匝間絕緣都很危險(xiǎn)，特別是對(duì)線圈端部絕緣危害尤大。2.2 三相開斷過電壓三相開斷過電壓是由于斷路器首先開斷相弧隙產(chǎn)生重燃時(shí)，流過該相弧隙的高頻電流引起其余兩相弧隙中的工頻電流迅速過零，其暫態(tài)高頻電流通過電磁耦合在其它兩相同時(shí)感應(yīng)出一個(gè)高頻電流，與原有

5、的工頻電流疊加，使另兩相電流瞬間過零而被截?cái)?。上述高頻過程極快，可認(rèn)為三相截流是同時(shí)的。這樣，后兩相的截流值可能很大，從而造成很高的過電壓，嚴(yán)重危害電機(jī)絕緣。2.3 雷擊過電壓對(duì)電機(jī)的危害雷擊過電壓引起暫態(tài)高電壓，雷電放電所產(chǎn)生的雷電流高達(dá)數(shù)十、甚至數(shù)百千安，它將引起巨大的電磁效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和熱效應(yīng)。雷擊過電壓又分為縱向過電壓和橫向過電壓?？v向沖擊過電壓擊穿和損壞跨接在線與地之間的元部件的絕緣介質(zhì)。橫向過電壓在平衡電路線與線之間，或不平衡線路的線與地之間出現(xiàn)的過電壓稱為橫向過電壓。橫向沖擊則同信息一樣，可在電路中傳輸，損壞內(nèi)部電路的電容、電感、及耐沖擊絕緣水平能力差的固體元件。沖擊消失后，對(duì)于

6、有些非自行恢復(fù)的絕緣介質(zhì)，如果擊穿后只流過很小的電流，常不會(huì)立即中斷設(shè)備的運(yùn)行，但隨時(shí)間的推移，元部件受潮，其絕緣逐漸下降，電路特性變壞，最后將使電路損壞。3 現(xiàn)有過電壓保護(hù)效果現(xiàn)有保護(hù)裝置采用的是 tbp型三相組合式過電壓保護(hù)器。過電壓在 3倍相電壓 以下時(shí) tbp不誤動(dòng)作，超過此值動(dòng)作，能有效地保護(hù)電動(dòng)機(jī)絕緣；tbp的標(biāo)準(zhǔn)操作沖擊放電電壓和雷電放電電壓分別 14kv和 15kv(峰值 )，遠(yuǎn)低于高壓電動(dòng)機(jī)的絕緣水平 ，用斷路器開斷電動(dòng)機(jī)時(shí)，無論出現(xiàn)哪種形式的操作過電壓，tbp均能有效地限制過電壓幅值，較好地保護(hù)電動(dòng)機(jī)主絕緣。但是 tbp對(duì)高頻過電壓信號(hào)響應(yīng)速度慢，當(dāng)產(chǎn)生高頻重?fù)舸┻^電壓時(shí)，

7、無法降低過電壓的高振蕩頻率和波頭的上升陡度，從而難以保護(hù)電動(dòng)機(jī)的匝間絕緣 。4 防范措施基本措施要使電動(dòng)機(jī)安穩(wěn)長(zhǎng)運(yùn)行，減少絕緣事故的發(fā)生，有三種基本方法：1）提高電機(jī)絕緣的質(zhì)量和增加電機(jī)檢修周期；2）完善過電壓保護(hù)措施；3）定期對(duì)電機(jī)絕緣檢測(cè)并加強(qiáng)絕緣。電機(jī)使用者的工作重點(diǎn)應(yīng)放在第2）、3）點(diǎn)上，相應(yīng)具體措施如下：(1)提高電機(jī)防護(hù)等級(jí)，改善電機(jī)運(yùn)行環(huán)境，減少外界環(huán)境對(duì)絕緣的損壞。縮短電機(jī)檢修周期，定期對(duì)電機(jī)清灰，端部線圈絕緣根據(jù)情況噴涂防暈漆。(2)增加過電壓保護(hù)措施，在電機(jī)末端增加 rc 阻容吸收裝置，以更好地限制高頻重?fù)舸┻^電壓。電容可以降低暫態(tài)恢復(fù)電壓上升陡度、降低振蕩頻率，電阻可以起

8、到衰減暫態(tài)恢復(fù)電壓的作用。此 rc吸收裝置主要功能是抑制重燃的發(fā)生以及對(duì)高頻過電壓加以阻尼，抑制其幅值、降低振蕩頻率和陡度。(3)通過高壓電機(jī)定子繞組絕緣狀態(tài)及預(yù)期壽命分析程序leap，可以檢測(cè)電機(jī)絕緣壽命。采用leap極化去極化電流分析，絕緣介質(zhì)損耗因數(shù)及電容分析，非線性絕緣行為分析， 局部放電分析幾項(xiàng)檢測(cè)及時(shí)掌握電機(jī)繞組是否存在水份、殘留金屬氧化物、有機(jī)化合物等污染物。槽區(qū)域電荷存儲(chǔ)和端部繞組污染狀態(tài)的信息，并可以提供如定子槽內(nèi)線圈與槽壁接觸情況等信息。電機(jī)定子槽端部繞組區(qū)域存在碳?jí)m/碳化油脂或其它導(dǎo)電雜質(zhì)污染。5 結(jié)束語真空斷路器由于有很強(qiáng)的滅弧能力，在開斷感應(yīng)電動(dòng)機(jī)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的操作過電壓。雖然回路一般都有一定的過電壓保護(hù)措施，基本上能將過電壓幅值限制在電動(dòng)機(jī)絕緣所能承受的范圍之內(nèi)，但由于電機(jī)頻繁啟停，操作過電壓多次沖擊絕緣造成累積傷害，加上其它因素，久之則會(huì)形成絕緣弱點(diǎn)。另外，高頻振蕩過電壓波頭的高陡度對(duì)電機(jī)匝間絕緣的危害容易被忽視，而這恰恰是部分電機(jī)絕緣損壞的主要原因。采用阻容吸收器對(duì)高頻過電壓加以阻尼，抑制其幅值、降低振蕩頻率和陡度。通過電機(jī)定子繞組絕緣狀態(tài)及預(yù)期壽命分析程序leap檢測(cè)電機(jī)絕緣，對(duì)電機(jī)絕緣強(qiáng)化，已增強(qiáng)抗擊過電壓能力。因此，為減少和杜絕電機(jī)絕緣事故的發(fā)生，在加強(qiáng)運(yùn)行維護(hù)管理、改善運(yùn)行條件的同時(shí)，完善的過電壓保護(hù)措施更是至關(guān)