核電站主給水泵電機絕緣擊穿原因分析及改進

林紹斌，吳文軒，羅鎮城，王一凡，張水龍

（中核國電漳州能源有限公司，福建漳州 363000）

0 引言

對于高壓電機設備而言，由于工作電壓等級高，對設備的各個部件絕緣要求很高，若某部件出現絕緣薄弱點，可能導致絕緣擊穿，電機燒毀不可用[1]。核電站高壓電機由于長期運行，絕緣性能可能隨著運行時間的增長而降低，且不同地理位置和區域電機對絕緣的要求存在差異，在考慮高壓電機的的絕緣水平時，必須要考慮其工作環境，對于工作環境較潮濕，電機啟動較頻繁的，對絕緣要求將更高。某核電站高壓電機在工作過程中已經發生絕緣擊穿問題。為了保護設備和用電安全，有必要采取有效措施來避免高壓電機發生絕緣擊穿故障。

1 某核電站高壓電機運行狀態

某核電站的6.6 kV 電機自運行以來，電機運行正常，無頻繁啟動記錄。

2 高壓電機燒毀分析

2.1 事件簡述

2020 年，電機上游母線報零序電壓高高報警，差動保護、過流速斷保護動作，電機電源開關跳閘。

時間順序：

（1）報系統零序電壓高、高高報警，C 相相電壓下降，A、B 相相電壓升高，判斷C 相發生單相接地。

（2）C 相單相接地引發BC 相間短路接地。

（3）B、C 相間短路接地持續71.8 ms，B 相一次電流達13 317.3 A，電機過流速斷保護動作，差動保護同步動作，電機電源開關跳閘。

電機故障前后參數見表1，故障部位見圖1。

表1 電機故障前后參數

圖1 故障部位

定子故障點位置上有二槽線圈已燒融，二槽的面線為C相，二槽的底線分別為B 相和另一C 相；定子鐵芯從引出線端起軸向方向8 檔鐵芯完好，中間7 檔有不同程度燒損，軸向方向共有21 檔（以通風槽間隔鐵芯為一檔），燒毀槽部位長250 mm、寬120 mm、深110 mm。

如圖2 所示，燒毀部位主要是兩個槽，槽分為上下兩層，上層為C 相極相組（每相由4 個極相組組成），其中一個槽的下層為B 相極相組，另一個槽下層為C 相極相組。

圖2 故障部位簡圖

2.2 電氣試驗

脫開故障極相組，剩余正常極相組：U（A）-4；V（B）-3；W（C）-2，對剩余正常極相組進行電氣相關試驗（表2）。

表2 電氣試驗結果

B 相匝間有2 個極相組匝間試驗波形重合，試驗合格，有一組極相組波形不重合，判斷該組有線圈存在匝間短路故障（圖3）。

圖3 B 相一極組波形異常

2.3 原因分析

這次電機的故障分析認為是由于B 相定子線圈先發生匝間短路，發熱量增大，隨著電機繼續運行，故障進一步擴大，引起相間短路，最終導致相間短路接地故障，電機燒毀。

電機制造完成后，電機繞組的絕緣水平主要依靠電機的制造質量以及日常的維護、監測項目。對于高壓電機而言，及時掌握電機的絕緣老化程度極為重要，而某些核電站高壓電機分為解體維護和日常維護，日常維護主要是通過絕緣電阻和直流電阻來衡量電機絕緣情況，但無法發現潛在的絕緣缺陷；解體大修有耐壓試驗等內容，但是高壓電機解體周期一般都長達數年，無法及時發現電機絕緣缺陷。

3 電機改進措施及效果驗證

3.1 對廠家制造電機關鍵點進行見證

對電機設備絕緣效果產生重要影響的因素主要有兩個，分別為制造質量和維護質量。實踐表明，通過優化試驗內容、增加試驗項目、增加關鍵點見證等措施能夠及時發現電機設備潛在的絕緣缺陷，有效保障電機的安全穩定運行。

綜合上述的分析并結合具體情況，鑒于高壓電機廠供貨電機在同行電廠的使用情況、質量普遍一般，建議對高壓電機廠供貨的高壓電機、對制造關鍵點（下線、浸漆、耐壓試驗等）安排人員到廠家進行監督（通過質量計劃選點的方式），發現偏差及時提出、督促糾正，確保電機制造質量。

3.2 對電機優化試驗內容

對高壓電機進行定期的局放試驗、介損試驗、紫外線放電檢查和匝間沖擊耐壓試驗。

介質損耗試驗：通過測量介質損耗因數來判斷設備絕緣性能的試驗。

局放試驗：緣介質在高電場強度作用下，發生在電極之間未貫穿的絕緣缺陷，發現設備結構和制造工藝的缺陷、絕緣材料老化情況。

匝間沖擊耐壓試驗：電力設備在運行中，絕緣長期受著電場、溫度和機械振動的作用會逐漸發生劣化，通過耐壓試驗能夠鑒定電機繞組絕緣強度。

紫外線放電檢查：局部放電都伴隨紫外線，通過紫外線成像可以檢測到外部放電現象和放電位置。

新增4 項試驗項目旨在通過試驗檢查電機繞組的絕緣性能，及時發現電機絕緣缺陷[2]。

3.3 新增試驗效果驗證

解體與故障電機同型號同位置的另外2 臺電機并進行相關試驗，發現電機V 相繞組端部絕緣層表面破損、軸承座絕緣層損傷、電機引出線電纜損傷、電機繞組端部有電暈痕跡和電機定子槽楔松動等問題（圖4）。

圖4 電機V 相繞組端部絕緣損傷

2 臺電機存在的這些問題，若按照以前的維修內容，根本無法發現這些潛在的絕緣問題，且這幾臺電機離下一次解體檢修還有好幾年，隨著機組運行可能導致絕緣潛在故障進一步擴大，影響電機安全穩定運行，高壓電機又是核電站的重要設備，影響核電站穩定運行。故采用新增的4 個試驗項目，可以有效檢驗電機的絕緣水平，提早發現潛在的絕緣缺陷，并及時消除，從而保證電機安全穩定運行。

4 結束語

通常而言，核電站均建在比較偏僻的區域，臨近海邊，受海水影響，空氣濕度鹽度較高，對電機絕緣要求更高。惡劣的工作環境可能導致電機設備更容易遭受環境的影響，繼而引發絕緣降低等問題，嚴重威脅電機的正常穩定運行。實踐表明，通過優化試驗內容、增加試驗項目、增加關鍵點見證等措施能夠及時發現電機設備潛在的絕緣缺陷，有效保障電機的安全穩定運行。