高壓交流電動機定子繞組故障的原因分析及處理

1、 高壓交流電動機定子繞組故障的原因分析及處理 摘要：本文針對高壓電動機繞組絕緣故障類型進行了多方面的分析，主要針對電機絕緣老化的因素，過電壓的危害，過電壓的抑制措施進行綜合分析，提出電機絕緣損壞的防范錯。關鍵詞：高壓電動機；過電壓；rc阻容吸收器；絕緣老化1 高壓電機絕緣中的雜質、氣泡、繞組浸漆不均勻對電機絕緣的影響及危害高壓電機絕緣存在雜質、氣泡缺陷，造成電荷在雜質、氣泡區(qū)域的自由電子運動的障礙，自由電子積聚，形成空間電荷極化。電機的絕緣漆不均勻易造成電介質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(q1)，槽區(qū)域電荷存儲(q2)和端部繞組區(qū)域電荷存儲(

2、q3)。三種電荷的分布比率（q1/q2和 q2/q3的比值）可以說明電機定子槽內存在局部放電現(xiàn)象，放電造成絕緣材料降解，電暈造成防護層腐蝕，腐蝕進而造成槽內繞組對地主絕緣和槽壁存在松動。絕緣的破壞造成電機絕緣擊穿的概率大大提升。2 過電壓對電機的影響21 操作過電壓對電機的危害電力系統(tǒng)改變設備的運行狀態(tài)、事故跳閘均是通過分合開關（斷路器）來實現(xiàn)的。真空斷路器在電機中的應用是很廣泛的，真空斷路器具有運行可靠性高、維護量少、但在運行操作過程中，過電壓對電機絕緣損害較大。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，當開斷小電流時，電弧在過零前熄滅，由于電流被突然切斷，其滯留于電機等電感繞

3、組中的能量必然向繞組中的雜散電容充電，轉變?yōu)殡妶瞿芰俊τ诖笕萘侩姍C特別是空載時，則相當于一個大的電感，因此會產生高的過電壓。斷路器觸頭和回路中有一定的電阻，產生損耗以及發(fā)生擊穿，對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，但電動機空載、負載時用真空斷路器開斷均會出現(xiàn)，對電機絕緣沖擊次數(shù)多，造成絕緣的累積傷害較為普遍。因此特別對感應負載在采用真空斷路器作為操作元件時，應加裝過電壓保護設備。2.1.2多次重燃過電壓。切斷制動狀態(tài)的電動機時可能發(fā)生，由于啟動電流很大，一次截流難以發(fā)生，真空斷路器觸頭在工頻電流

4、過零時斷弧，被切電機側的電壓也還較高，電機側的電容對漏感放電，產生振蕩；又因觸頭剛分離，開距很小，真空絕緣承受不住恢復電壓的作用，被擊穿 (發(fā)生重燃 )，重燃時在負載和電源側發(fā)生高頻振蕩，使觸頭間隙反復多次熄弧、再擊穿。類似振蕩愈趨強烈，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，故對電機主絕緣和匝間絕緣都很危險，特別是對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生重燃時，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感應出一個高頻電流，與原有

5、的工頻電流疊加，使另兩相電流瞬間過零而被截斷。上述高頻過程極快，可認為三相截流是同時的。這樣，后兩相的截流值可能很大，從而造成很高的過電壓，嚴重危害電機絕緣。2.3 雷擊過電壓對電機的危害雷擊過電壓引起暫態(tài)高電壓，雷電放電所產生的雷電流高達數(shù)十、甚至數(shù)百千安，它將引起巨大的電磁效應、機械效應和熱效應。雷擊過電壓又分為縱向過電壓和橫向過電壓。縱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。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，對于

6、有些非自行恢復的絕緣介質，如果擊穿后只流過很小的電流，常不會立即中斷設備的運行，但隨時間的推移，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)有過電壓保護效果現(xiàn)有保護裝置采用的是 tbp型三相組合式過電壓保護器。過電壓在 3倍相電壓 以下時 tbp不誤動作，超過此值動作，能有效地保護電動機絕緣；tbp的標準操作沖擊放電電壓和雷電放電電壓分別 14kv和 15kv(峰值 )，遠低于高壓電動機的絕緣水平 ，用斷路器開斷電動機時，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，較好地保護電動機主絕緣。但是 tbp對高頻過電壓信號響應速度慢，當產生高頻重擊穿過電壓時，

7、無法降低過電壓的高振蕩頻率和波頭的上升陡度，從而難以保護電動機的匝間絕緣 。4 防范措施基本措施要使電動機安穩(wěn)長運行，減少絕緣事故的發(fā)生，有三種基本方法：1）提高電機絕緣的質量和增加電機檢修周期；2）完善過電壓保護措施；3）定期對電機絕緣檢測并加強絕緣。電機使用者的工作重點應放在第2）、3）點上，相應具體措施如下：(1)提高電機防護等級，改善電機運行環(huán)境，減少外界環(huán)境對絕緣的損壞?？s短電機檢修周期，定期對電機清灰，端部線圈絕緣根據(jù)情況噴涂防暈漆。(2)增加過電壓保護措施，在電機末端增加 rc 阻容吸收裝置，以更好地限制高頻重擊穿過電壓。電容可以降低暫態(tài)恢復電壓上升陡度、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)通過高壓電機定子繞組絕緣狀態(tài)及預期壽命分析程序leap，可以檢測電機絕緣壽命。采用leap極化去極化電流分析，絕緣介質損耗因數(shù)及電容分析，非線性絕緣行為分析， 局部放電分析幾項檢測及時掌握電機繞組是否存在水份、殘留金屬氧化物、有機化合物等污染物。槽區(qū)域電荷存儲和端部繞組污染狀態(tài)的信息，并可以提供如定子槽內線圈與槽壁接觸情況等信息。電機定子槽端部繞組區(qū)域存在碳塵/碳化油脂或其它導電雜質污染。5 結束語真空斷路器由于有很強的滅弧能力，在開斷感應電動機時會產生較嚴重的操作過電壓。雖然回路一般都有一定的過電壓保護措施，基本上能將過電壓幅值限制在電動機絕緣所能承受的范圍之內，但由于電機頻繁啟停，操作過電壓多次沖擊絕緣造成累積傷害，加上其它因素，久之則會形成絕緣弱點。另外，高頻振蕩過電壓波頭的高陡度對電機匝間絕緣的危害容易被忽視，而這恰恰是部分電機絕緣損壞的主要原因。采用阻容吸收器對高頻過電壓加以阻尼，抑制其幅值、降低振蕩頻率和陡度。通過電機定子繞組絕緣狀態(tài)及預期壽命分析程序leap檢測電機絕緣，對電機絕緣強化，已增強抗擊過電壓能力。因此，為減少和杜絕電機絕緣事故的發(fā)生，在加強運行維護管理、改善運行條件的同時，完善的過電壓保護措施更是至關