摘要：電動機定子絕緣性能下降常引發泵站機組異常停機。本文從排澇機組的運行環境和工況等方面著手，針對電動機定子絕緣性能降低的原因和危害進行分析，并依據實踐提出相應的改善措施和監測修復手段。
　　關鍵詞：電動機；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，潮濕、通風不良等環境因素，以及運行過程中水工、機械和運行方式等工況的影響，經常會造成機組配套的大型電動機定子絕緣性能降低。據不完全統計，由定子繞組絕緣問題而造成的泵站停機事故約占全部停機事故的三分之一左右，已嚴重影響到城市的防洪排澇。因此，分析排澇機組定子絕緣電阻降低的原因，并找出合理的解決辦法應是當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
　　在熱狀態下，一般中小型低壓電動機的絕緣電阻值應不小于0.5兆歐，高壓電動機每千伏工作電壓定子的絕緣電阻值應不小于1兆歐。但經過多年的排澇運行后，我們發現機組定子的絕緣性能有所下降，如紅旗浦排澇站裝機的3臺250KW排澇機組經過幾年的運行后，在非汛期的設備檢查中運行人員對其電動機定子絕緣進行測量，發現3臺電動機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，必須查明原因并進行修復，以避免造成不必要的損失。
　　排澇機組若長期定子絕緣性能偏低，則在汛期或者臺風期間，承泄區出現超標準水位時，排澇機組因揚程增加而導致軸功率上升，特別是電源工作電壓在1000V以上的大型高壓電動機，在運行過程中極易發生定子線圈匝間或者相間短路而燒毀電動機，直接影響機組的壽命。
　　2、定子絕緣電阻降低的原因
　　我們依據多年的排澇運行經驗，結合排澇機組特定的環境和工況，對泵站大型電動機定
　　子繞組絕緣降低的原因進行分析。
　　以三相異步電動機為例，影響其絕緣性能的主要指標包括：
　　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。
　　造成電動機定子繞組絕緣性能降低的原因主要有：環境污染、工況因素、泵房溫度影響等方面。
　　2.1環境污染——潮濕、吸塵和其他污染物
　　排澇機組多安裝于河道地勢較低側，其環境因素造成了機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、金屬離子、水份等，這些物質粘在定子線圈表面，腐蝕絕緣材料導致其電導率增大，電阻率降低，同時絕緣介質極化大大增強，介質中出現不同的介質分層，層面上有一個電荷重新分配的介質分層極化過程，其間會產生介質損耗。當線圈受污、受潮越嚴重，介質損耗也就越大，介質損耗使絕緣介質內部發熱，溫度上升，使得介損更加嚴重直至絕緣不斷老化，最終導致電機的絕緣電阻不斷降低。
　　2.2工況因素——機械、水工、運行方式的影響
　　排澇機組承擔著城市防洪排澇的任務，因此在汛期特別是在臺風或者洪水期間，承泄區水位超過標準水位甚至達到警戒水位時，排澇機組因揚程增加將導致軸功率上升，水泵經常超負荷運轉，容易引起電動機過載造成絕緣老化。此外排澇期間泵站經常出現進水渠道攔污柵雜物擁堵現象，加之進水流道設計不合理等因素，造成上游來水不暢，水泵淹沒深度不夠，機組負荷變化大、承載不均，甚至出現機組頻繁啟停的現象。由于定子繞組與定子鐵芯、槽楔材質不同，開機期間，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；而當機組頻繁啟停或負載波動較大時，根據定子的結構特點，其繞組線圈被嵌套在定子槽道內，由于熱脹冷縮現象和長期運行后絕緣材料特性的變化，槽楔就會出現松動現象；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生振動，定子線圈防電暈層逐漸磨損，將會引起電動機槽部定子線圈表面與槽楔、槽壁之間失去良好接觸而產生火花放電，造成電暈和電腐蝕，最終造成電動機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高壓雙速電動機在大修期間就發現定子槽楔材料老化收縮、下墊條老化松動跑出等現象，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，涂上環氧膠等一系列處理措施，電動機的性能才得以修復和提高。
　　此外，排澇機組電動機與水泵通常是通過聯軸器相聯接，運行過程中，水泵經常會因為進口流速和壓力分布不均勻、負荷變化等各種原因引起機組振動；水泵啟停、閥門啟閉等工況改變以及事故緊急停機等動態過渡過程造成的輸水管道內壓力急劇變化和水錘作用等，也常常導致機組產生振動，引起機組軸承軸瓦燒蝕等機械故障。電動機結構上定子和轉子間存在氣隙，如果振動超過了最大的允許值將會導致電機轉子偏心，定、轉子鐵芯“掃膛”，鐵芯溫度迅速上升，嚴重時電動機冒煙，甚至影響定子繞組的絕緣最終導致線圈燒毀。如09年1月彬德排澇站1#機組出現開機時劇烈振動，視覺上可見主軸搖擺，并聞到橡膠燒焦臭味，經檢查發現機組定、轉子間隙不均勻，轉子偏向正Y與正X方向0.45mm，機組下水導瓦磨損嚴重，險些釀成電動機線圈燒毀的大事故。
　　2.3泵房溫度的影響
　　排澇機組安裝受地理位置的影響，泵房內通風散熱條件多不理想，汛期、臺風等開機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，在泵房內增設多臺大型鼓風機，但由于沒有導風渠道，泵房空氣對流不暢，效果并不理想，機組的運行環境溫度仍然很高。在高溫的情況下，定子繞組絕緣介質內部因介質損耗而發熱，當絕緣介質的熱量不能散發，將使其溫度繼續升高，產生熱性變化，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，結合泵站的運行實際，可以采取電機烘干、改變環境和工況、定期測量定子繞組、定子清洗等方式改善大型電動機定子的絕緣性能。
　　3.1電動機烘干
　　針對泵站潮濕的地理環境和自然工況，排澇機組的定子線圈容易受潮，特別是在非汛期機組長時間停運的狀態下，開機前一定要烘干。其方式除了對電動機設置加熱器外，還可人工快速烘干：將電動機定子線圈串接到交流電焊機的輸出端，控制并調整電焊機電流，使得烘干電動機每相繞組分配的最大電流不超過原額定電流的50%—60%（由于各種電動機的具體情況不同，一般所需干燥電流的大小，應以定子鐵芯溫度在通電3-4小時內達到70-80℃時為宜），通電后利用電動機本身的銅損烘干電機，一般烘10—20小時即可提高定子線圈絕緣電阻達到合格要求。如果電動機加熱器功率足夠，對于小型泵站也可利用非汛期輕載試機的方式動態烘干，如我們現行泵站的管理模式，在非汛期規定依據水位每月試機兩次，每次30分鐘至60分鐘不等，這樣既可以烘潮，又可以通過試機判斷機組的工況，一舉兩得，收效甚好。
　　3.2 改變環境和工況
　　改善泵房環境，做好設備衛生，減少粉塵、油污等污染；另外泵房增設通風設施，增強空氣的對流，降低運行溫度；合理設計和改善進出水渠道，調節機組的運行方式，盡量避免因水文水工和水泵機械原因造成的定子線圈損傷，減少機組振動，減少開、停機次數等等。
　　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，潛水泵應增加測量的頻率，特別是高壓潛水泵最好每次開機前搖測一次絕緣。各泵站對于每次測量的數據應存檔比較，以便隨時通過數據變化掌握定子繞組的狀況。
　　3.4定子清洗
　　定期進行定子清洗，至少一年一次，五年一次抽芯清洗。清洗方法如下：
　　拆下電動機防塵外殼，用7-15bar壓縮空氣對電機定子線圈吹掃，將大部分粉塵吹出后，再用HS-25型電機專用清洗劑與壓縮空氣混合沖洗定子，這樣可將粘結較牢固的粉塵、油污清洗掉，清洗后再噴上NC-123型絕緣防護劑。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子抽出來后再徹底清洗。
　　4、定子絕緣的監測和修復
　　4.1 監測措施
　　電動機定子繞組故障監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測，其信號主要來源于電機的電流、電壓、溫度及磁通、振動等；另一類是基于準確建立電機故障的數學模型的故障識別方法，如參數估計法。目前國內外已根據以上監測方法生產出不同類型的電動機定子繞組絕緣檢測裝置，它們不僅能夠高靈敏度、高可靠性地在線監測異步電動機定子繞組短路的初發故障，而且可以判斷短路相，因而可有效保障電動機的安全運行。
　　4.2定子繞組的修復
　　在修復定子線圈絕緣電阻方面，因排澇機組承擔著城市防洪排澇的任務，若故障機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驗，事先了解設備出廠廠家的生產工藝及絕緣構成，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械強度和尺寸應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的環氧玻璃纖維板塞入，經浸漆、烘干后即可，修復完畢應對電動機作相應等級的短路測試及預防性試驗。
　　結語
　　隨著排澇機組在城市防汛事業中作用的提升，大型電動機定子絕緣問題在排澇泵站中已越來越受到重視，對于電動機廠家而言，如何在定子絕緣電阻監測、保護方面與泵站的運行工況相結合是目前很重要的課題。國內外已開展了大量的相關研究工作，例如使用超聲波脈沖對運行中的定子絕緣材料作掃描，根據回波來分析主絕緣的老化情況將是一種新的研究方向。
　　
　　參考文獻：
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