爐水循環(huán)泵電機(jī)絕緣降低的探討

李少波，陳華杰

（浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江寧波 315612）

爐水循環(huán)泵是控制循環(huán)鍋爐的關(guān)鍵輔助設(shè)備，猶如鍋爐的“心臟”，其重要性不言而喻。爐水循環(huán)泵由濕繞組電機(jī)、驅(qū)動水泵組兩個部分組成，其具有流量大、揚程低、能承受高溫高壓的特點，主要用于直流鍋爐、強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐的啟動系統(tǒng)。其中提高電機(jī)絕緣性能，有利于循環(huán)泵的安全穩(wěn)定運行。以下結(jié)合實際案例，針對爐水循環(huán)電機(jī)絕緣降低的原因進(jìn)行深入探討。

1 爐水循環(huán)泵的電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)

爐水循環(huán)泵的電機(jī)屬于無軸封式濕繞組電動機(jī)。結(jié)構(gòu)特點是將泵的葉輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子設(shè)置在同一個主軸上，促使泵和電機(jī)成為一個整體，可以避免泵泄漏問題的發(fā)生。隨著工藝技術(shù)的進(jìn)步，電機(jī)性能不斷改進(jìn)，泵容量隨之增大，出現(xiàn)了系列產(chǎn)品，以德國KSB公司、英國HT公司、我國哈爾濱電機(jī)廠為代表。具體到電動機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)，包括以下兩個部分：一是定子繞組絕緣結(jié)構(gòu)。定子鐵芯為半閉口槽，采用穿線式繞組。二是引出線密封絕緣結(jié)構(gòu)。在電機(jī)運行時，不僅能絕緣電源輸入的高電壓，還能密封高壓冷卻水。

以KBS公司生產(chǎn)的設(shè)備為例，采用絕緣塔式密封，如圖1所示。實踐表明，絕緣性能的好壞，決定了電機(jī)的可靠性和使用壽命，技術(shù)關(guān)鍵包括濕繞組線的類型和性能、引出線密封絕緣結(jié)構(gòu)、繞組端部固定方式、絕緣制造工藝等。

2 電機(jī)絕緣降低的原因分析

2.1 設(shè)備概況

某電站的爐水循環(huán)泵由德國KSB公司生產(chǎn)，型號為LUVAC2x350-500I；電機(jī)屬于鼠籠式三相潛水電機(jī)，型號為LUV6/4IV40-1105，參數(shù)設(shè)置如下：頻率50Hz，轉(zhuǎn)速1470r/min，額定電流36A，額定電壓11000V，額定功率400kW，功率因數(shù)0.71。其中定子使用硅鋼片壓制而成；繞組銅線采用聚乙烯絕緣，并且配置酰胺保護(hù)層；端部繞組是無芯型，能減輕機(jī)械磨損。電機(jī)繞組利用耐高壓電纜實現(xiàn)密封壓蓋供電，利用絕緣套筒絕緣，設(shè)計成O型密封圈；導(dǎo)線從壓蓋單獨引出進(jìn)入接線盒，固定在機(jī)殼法蘭上；接線盒使用橡膠墊圈密封，避免潮氣、水分進(jìn)入。

圖1 絕緣塔式引出線密封絕緣結(jié)構(gòu)

2.2 電機(jī)絕緣失效故障

機(jī)組內(nèi)3臺循環(huán)泵連續(xù)運行2周，然后正常停機(jī)、帶壓放水。首次測定絕緣電阻正常，滿足說明書中200MΩ的要求；停機(jī)后第3天，A、B、C泵的絕緣電阻相繼降低，分別為56、52、1MΩ。期間，爐水循環(huán)泵電機(jī)沒有運轉(zhuǎn)，鍋爐正常放水。

2.3 絕緣降低的原因分析

現(xiàn)場檢查后可見，該機(jī)組內(nèi)的3臺爐水循環(huán)泵均是正常運行后出現(xiàn)的絕緣降低故障，拆開設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可見繞組的引線絕緣均正常，整體繞組中間沒有接頭。分析認(rèn)為可能故障原因如下。

（1）絕緣材料問題。交聯(lián)高壓聚乙烯絕緣材料的質(zhì)量決定了滲水性、阻水結(jié)構(gòu)性能，國產(chǎn)材料在高水壓影響下，往往滲水性不滿足要求；而且不同廠家、不同生產(chǎn)工藝，也會導(dǎo)致絕緣材料性能的差異化。

（2）帶壓放水問題。帶壓放水時機(jī)有誤，爐水進(jìn)入電機(jī)腔體后，會升高端部溫度，造成絕緣下降。實際情況中，鍋爐放水后，泵殼和入口集箱的溫度降低至70℃以下，才開始對電機(jī)卸壓，因此腔體溫度滿足說明書規(guī)定的65℃的要求，可以排除這一原因。

（3）爐水循環(huán)泵的沖洗問題。爐水水質(zhì)的檢測結(jié)果顯示，pH值在8.0以上，懸浮物粒徑在0.25ppm以內(nèi)，滿足水質(zhì)要求，可以排除這一原因。水泵在啟動時，高壓冷卻水會在泵體內(nèi)循環(huán)，其中升溫升壓階段要投入沖洗水，壓力達(dá)到0.5MPa以上，即可停止投入沖洗水，否則會導(dǎo)致電機(jī)繞組溫度過高。

（4）氣體沖擊問題。循環(huán)泵啟動時，如果泵體內(nèi)部氣體沒有排除干凈，會造成氣流沖擊振動。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，爐水循環(huán)泵啟動前打開空氣門，待水流出現(xiàn)后關(guān)閉；而且啟動時點動排氣3次，現(xiàn)場人員沒有發(fā)現(xiàn)振動現(xiàn)象，可以排除這一原因。

（5）熱態(tài)啟動問題。實踐證實，頻繁熱態(tài)啟動，爐水循環(huán)泵會產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而損害電機(jī)絕緣系統(tǒng)。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，爐水循環(huán)泵運行期間，并沒有頻繁進(jìn)行熱態(tài)啟動，爐水循環(huán)泵持續(xù)運行，一直到停爐放水，可以排除這一原因。

6）汽包水位問題。爐水循環(huán)泵啟動時，補(bǔ)水不及時會降低汽包水位，繼而引起管道、泵體振動、損害電機(jī)絕緣系統(tǒng)。依據(jù)規(guī)定，爐水循環(huán)泵啟動時，汽包水位控制在-200～100mm之間。現(xiàn)場檢查爐水循環(huán)泵啟動后，汽包補(bǔ)水及時，沒有出現(xiàn)水位超限的情況，可以排除這一原因。

3 爐水循環(huán)泵電機(jī)絕緣降低的預(yù)防和改進(jìn)

3.1 預(yù)防措施

（1）爐水循環(huán)泵在出廠前，必須進(jìn)行嚴(yán)格的性能檢驗，確保三相對地絕緣在2GΩ以上，而且三相定子繞組的直阻要保持平衡。

（2）爐水循環(huán)泵電機(jī)在運輸過程中，做好預(yù)防措施，包括防潮、防水、防震，避免塵土和鹽蝕，確保處于安全干燥的環(huán)境中。爐水循環(huán)泵運輸至現(xiàn)場后，應(yīng)該在一周內(nèi)進(jìn)行安裝，并嚴(yán)格按照說明書和操作規(guī)范作業(yè)，形成完善的記錄。安裝完成后，30天內(nèi)對電機(jī)試運轉(zhuǎn)；如果不能及時試運轉(zhuǎn)，應(yīng)該做好保養(yǎng)防護(hù)工作。

（3）酸洗會對電機(jī)絕緣造成不利影響，因此清洗電機(jī)時，不能采用酸洗法。日常運行期間，以《電站爐水循環(huán)泵電機(jī)檢修導(dǎo)則》為依據(jù)，開展調(diào)試、保養(yǎng)工作，并且監(jiān)測電機(jī)絕緣的狀態(tài)。

（4）保證熱工定值、繼電保護(hù)定值，一般將電機(jī)腔室的溫度控制在60℃跳閘；同時，對電機(jī)進(jìn)行過熱保護(hù)、速斷保護(hù)。

（5）電機(jī)運行期間，應(yīng)該監(jiān)測各項參數(shù)的變化，以腔室溫度、電流、差壓為例，針對重要數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，評估爐水循環(huán)泵的運行穩(wěn)定性。

（6）加強(qiáng)監(jiān)督爐水循環(huán)泵水質(zhì)，并定期更換冷卻水。爐水泵電機(jī)的冷卻水在電機(jī)不拆除的情況，長期水質(zhì)不更換，會導(dǎo)致電機(jī)膛內(nèi)的冷卻水呈電的良導(dǎo)體狀態(tài)。結(jié)合機(jī)組檢修，利用爐水更換的時機(jī)，對電機(jī)定子膛內(nèi)的冷卻水進(jìn)行更換，還能起到?jīng)_洗目的。

（7）庫房中備用的爐水循環(huán)泵電機(jī)，應(yīng)充注保養(yǎng)液，或者充入惰性氣體進(jìn)行保管，能保證電機(jī)絕緣、防止電機(jī)腐蝕。保養(yǎng)液的配置方法在導(dǎo)則中有明確規(guī)定，如充入惰性氣體時應(yīng)外接壓力表。但無論何種方法，均應(yīng)定期檢查有無泄漏的情況。

3.2 工藝改進(jìn)

（1）使用磁性過濾器。循環(huán)泵的高壓冷卻水進(jìn)口處，本來設(shè)置了過濾器，但是過濾面積小，一旦濾網(wǎng)堵塞會影響冷卻水的正常循環(huán)，繼而水溫升高，就會損壞推力軸承和電機(jī)繞組。對此，可以使用外置式的磁性過濾器，由兩層過濾網(wǎng)組成，一方面能加強(qiáng)吸附能力，避免對推力軸承、電機(jī)繞組產(chǎn)生影響。另一方面，在過濾器前后的位置，分別設(shè)置隔離閥，可以實現(xiàn)在線清理，避免過濾器堵塞。

（2）增設(shè)冷卻循環(huán)泵。循環(huán)泵的設(shè)計一般為兩用一備，為了控制備用泵的水溫升高，備用泵也會投入使用，從而增加了磨損和能耗。對此，可以在高壓冷卻水管路上，增設(shè)輔助性的循環(huán)冷卻泵，能為冷卻水的循環(huán)提供動力，促使泵腔的溫度降低，提高軸承、電機(jī)繞組的安全性。

（3）合理選擇定子繞組的線徑、規(guī)格，對絕緣層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。能提高繞組的散熱性，既保護(hù)絕緣功能，又延長電機(jī)壽命。

（4）考慮到電機(jī)在正常運行時，電機(jī)整體浸泡于導(dǎo)電能力較好的冷卻水中，其對地電容異于常規(guī)電機(jī)，將配置于6kV開關(guān)室內(nèi)的過壓保護(hù)移至電機(jī)附近，能有效防范電機(jī)過電壓的損傷。

4 結(jié)語

爐水循環(huán)泵是電站運行的重要設(shè)備，長期在高溫高壓環(huán)境中運行，電機(jī)容易發(fā)生故障。以絕緣降低為例，文中結(jié)合實際案例，分析了絕緣降低的可能原因，最終確定是電機(jī)自身的設(shè)計和制造問題。對此，設(shè)計人員需制定完善的預(yù)防措施，并且對絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝改造，例如使用磁性過濾、增設(shè)冷卻循環(huán)泵、將過壓保護(hù)移至電機(jī)附近，從而提高循環(huán)泵的工作性能。

[1] 魏汝偉.淺析爐水循環(huán)泵電機(jī)絕緣降低的原因[J].城市建設(shè)理論研究（電子版）,2015,(9):2958-2959.

[2] 王文剛,肖偉杰.印度項目KSB爐水循環(huán)泵電機(jī)絕緣故障分析及預(yù)防對策[J].科技傳播,2013,(8):203-204.