某电厂6.6KV凝结水泵电机黄粉故障原因分析及处理方法研究

吴晓东 黄文远 陈露华

摘要：某电厂凝结水泵电机曾多次解体发现电机内部出现“黄粉”现象，通过分析判断，认为此现象为电机端部线棒磨损故障所致，严重时可能导致电机定子绝缘损坏，严重时，进而引发接地、短路等电气故障。检修人员经过调研和考证，对故障的根本原因进行了研究和分析，形成了一套完善的电机端部线棒磨损故障处理工艺，成功处理了线棒磨损故障。

关键词：6.6KV电机;老化特性;黄粉

1. 基本概述

某电厂凝结水泵电机在年度大修期间，进行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”现象，具体如下：

（1）凝结水泵01号电机进行解体检修时发现，电机驱动端端部线棒之间有“黄粉”现象;

（2）凝结水泵02号电机进行解体检修时发现，电机非驱动端线棒之间有“黄粉”现象;

（3）凝结水泵03号电机进行解体时发现，电机驱动端、非驱动端线棒之间，以及电动机定子铁芯线槽缝隙内均存在大量“黄粉”现象。

2.0 初步原因分析

通过对故障高压电机“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。这些部位的特点如下：

a，电场强度分布不均匀，局部场强畸变相对明显;

b，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”经过判别，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。

3.0 高压电机定子线棒在运行中各种因素作用下老化特性分析

3.1 热作用：

当电动机在起、停和变负荷的过程中，定子绕组内的电流将发生急剧变化，线棒导线的温度也相应的增加。这就造成了线棒的冷热循环。由于导线和绝缘材料的膨胀系数不同，绝缘将承受拉伸应力和挤压力的作用。同时，定子线棒绝缘在热的长期作用下发生氧化裂解，绝缘材料的分子链继续聚合，使之变脆，绝缘内部物质变得疏松，从而使其电气和机械性能下降，导致绝缘产生热老化。多次的冷热循环，在绝缘中产生的热机应力是无法消除的，随着冷热循环次数的增多，定子绝缘的起晕电压逐步降低，最终导致绝缘击穿。另外由于绝缘材料内部变得疏松后，空气中的水分子和灰尘进入绝缘材料内部的缝隙中，在高电场的作用下水分子会沿着电场方向变得细长使绝缘进一步降低。

3.2 力的作用

在电动机起动和变负荷的过程中，线棒中的电流超过了额定值，绕组间形成很大的电动力，引起绕组端部变形和振动，振动产生磨擦破坏绝缘。

（1）电磁力：电机正常运行时，定子线圈中通过的三相交流电会产生一个旋转磁场，在定子线棒中产生与电流的平方I²成正比的电磁力。其切向分量作用在线棒直线部分时会与线槽产生的反作用力相互抵消，而径向分量会使铁心作椭圆型振动，并传递至线棒端部。

（2）機械力：电机运行中由于机械原因及循环风力作用下也会产生一定的振动，振动最终也会传递到线棒端部。

3.3 电场作用

由于高压电动机采用开口槽，其槽形为直槽，因此绕组在槽部相当于两个电极板两面层介质，它们分别是绝缘材料和空气间隙，在电动机槽口处电场发生畸变，形成极不均匀的轴向电场。对6.6KV及以上的高压电动机，其间隙为0. 3 ～0. 5mm，容易产生电晕放电现象，需在槽部线圈绝缘表面进行低电阻防晕处理后，使通风口电场分布均匀，消除轴向电位梯度，并使低电阻防晕层线圈表面绝缘与槽壁之间的间隙短路。

如果绕组防晕层遭受破坏，槽内间隙中的电磁能量会随电晕的出现进行释放，并在线棒与槽壁接触不良处储存电能，在电磁场的作用下引起槽内放电，腐蚀槽内线棒主绝缘或防晕层。

4.0 电机本身结构因素

（1）该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。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。

（2）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。

5.0电机端部线棒磨损解决方案

电机“黄粉”产生的根本原因是电机线棒发生磨损所致。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。具体处理工艺流程如下：

（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。

6.0 实施效果

通过对故障电机线圈磨损故障部位，填充适形绝缘材料并采取环氧加固的方式进行处理，处理后绝缘测试合格，电机现场运行振动、电流、声音等各参数正常，充分证明在绕组端部线棒间隙内加垫一层适形材料，是解决端部绝缘磨损故障的有效改进措施。

参考文献：

[1]赵家礼.电动机修理手册3版[M]. 北京：机械工业出版社，2003.

[2]黄国治，傅丰礼.中小旋转电机设计手册第2版. 北京：中国电力出版社，2014.