莊 偉

（徐州華鑫發(fā)電有限公司，江蘇 徐州221166）

0 概述

徐州華鑫發(fā)電有限公司兩臺330MW 亞臨界參數(shù)發(fā)電機組， 均使用了上海鍋爐廠有限公司生產的單爐膛控制循環(huán)汽包爐，鍋爐型號為SG-1036/17.5， 每臺鍋爐由廠家配套三臺英國泰勒公司產6kV200kW爐水循環(huán)泵，全廠共6 臺。 該種爐水循環(huán)泵電機在我司運行兩年后，6臺陸續(xù)出現(xiàn)軸承及線圈絕緣故障。經調研與我司有同型號該種設備的廠家。 江蘇諫壁電廠、江蘇徐塘電廠、江蘇太倉港環(huán)保電廠、南京華潤熱電有限公司、國電蘇龍夏港電廠等。 以上電廠同型號爐水循環(huán)泵電機在使用一至三年相繼出現(xiàn)故障，這批爐水循環(huán)泵電機從開始投入使用到故障出現(xiàn)，一般不到3 年，有的甚至在1 年質保期內發(fā)生故障。主要故障是軸承和電機線圈出現(xiàn)問題，共性為軸承磨損嚴重,有的定子已掃膛。電機線圈絕緣老化快，在電機絕緣壽命期內，絕緣值大大低于國標要求，有的在運行中絕緣擊穿。 基于我司及兄弟廠家電機的故障共性， 我司技術人員對先后出現(xiàn)故障的幾臺電機的拆檢全過程跟蹤，為探索可行的技術改進，提供依據(jù)。 本文簡要介紹了我司#13 爐水循環(huán)泵電機故障及改造情況。

1 修前故障情況

徐州華鑫發(fā)電有限公司#13 爐水循環(huán)泵電機為國外某著名廠商生產的濕定子電機，電壓等級為6kV，功率為200kW，2005 年投入運行，至故障發(fā)生時已運行五年。 故障情況為運行中電流擺動（電流擺動范圍24A-32A），且軸承處有間隔異響。 在每月定期切換中，運行人員對該電機進行測絕緣， 數(shù)值為3MΩ 已低于該設備電壓等級運行標準，（根據(jù)該設備說明書中絕緣曲線顯示, 運行5 年正常絕緣值應為15MΩ） #1 機C 修中檢修試驗人員對該設備進行測絕緣， 在干狀態(tài)下第一次測量絕緣為5MΩ 做吸收比時無吸收，間隔40 分鐘后再次對該設備進行復測，測量結果為4MΩ 無吸收，第三次對該設備進行復測結果為3.2MΩ 無吸收， 從以上情況檢修人員判定該設備絕緣故障。

2 解體檢查

2.1 電機本體解體檢查

電機抽出轉子后查看， 定子內部較臟線圈呈黑色繞組線已變色（圖1），對定子線圈進行清洗檢查未發(fā)現(xiàn)明顯故障點，但線圈已變?yōu)榻埸S色， 呈現(xiàn)過熱老化特征 （圖2）。 按規(guī)程做1.5UN 的交流耐壓（9000V 一分鐘）試驗，當電壓升至6230V 時，繞組對地擊穿。

圖1 定子清洗前

圖2 定子清洗后線圈仍呈桔黃色

2.2 軸承及對磨付檢查情況

按照該設備生產廠家規(guī)定的測量方法，檢查測量上、下導軸承、推力軸承等配合間隙及對磨付的磨損情況如表1。

表1

圖3 擺動塊非金屬承磨面磨損嚴重

圖4 軸套有多處磨痕其中下部磨出較深溝痕

圖5 葉輪部分拆卸十分困難，葉輪螺母損壞，葉輪螺母防松螺栓斷裂

3 故障分析

拆檢情況顯示該電機的主要故障點在線圈和軸承兩部份。根據(jù)顯示的故障點展開分析。

3.1 對該設備廠家生產的同為6kV 電壓等級的200kW 和210kW 兩種電機參數(shù)進行對比

200kW 電機電磁設計的電流密度J1 和熱負荷Aj 取值太高，偏離了正常的設計準則。經電磁計算分析，200kW 和210kW 電磁參數(shù)對比見表2。

表2 200kW 電機和210kW 電機電磁參數(shù)對比

從表2 中可以看出，200kW 與210kW 相比， 磁密基本上是正常的，但電流密度提高了3.1 倍、發(fā)熱因子Aj 提高了3.03 倍，分別達到8.96A/mm2和4396。 同一公司的兩種功率相近的電機，設計相差如此之大，是不符合正常的設計規(guī)律的。 一般鍋爐從冷狀態(tài)過渡到熱狀態(tài)一般要12～16 小時， 在此期間電機電流在額定電流上下， 即28A 左右。 因此發(fā)熱因子為4300 以上，電機有可能發(fā)生局部過熱，過熱使繞組線發(fā)生老化是爐水泵電機的絕緣壽命達不到設計要求的根本原因。

3.2 軸承

該爐水泵電機采用的是可傾式密契爾結構分瓦板導軸承。從理論上說，在正確的旋轉方向下，可傾式瓦塊結構可以自動調整位置，易于建立水膜，形成良好的邊界潤滑條件，從而可以承受較大的載荷。但是可傾式瓦塊結構的導軸承結構復雜，易出故障。 同時該臺電機轉子直徑小、導軸承內徑小，長度短。從而使得導軸承的承載面積過小，PV 值高達190 已超過145 的極限值。加之擺動塊非金屬承磨面材料耐磨性能差、容易脫落，因此，上、下導軸承極易損壞。因原先用于制作導軸承瓦塊的材料Farebeats，因含有石棉纖維，有害作業(yè)人體健康，在歐洲停止生產后，尚沒有研制出完全適用可傾式瓦塊結構的導軸承的替代材料。 近年來，改用人工纖維材料代替石棉纖維（稱為Feroform）或氟塑料與碳化石墨的混合材料后， 導軸承頻繁發(fā)生故障已是不爭之事實。在此情況下，我們完全有理由質疑，采用可傾式瓦塊結構的導軸承是否是導軸承的合理結構型式。

4 針對電機缺陷進行的改造

4.1 定子繞組線圈的改進

該爐水泵電機電磁設計的電流密度和熱負荷取值太高，經電磁計算分析， 該臺電機的電流密度J1 和熱負荷Aj 分別達到8.96A/mm2和4396A2/cm.mm2。 偏離了正常的設計準則。 繞組線容易過熱老化，造成爐水泵電機的絕緣壽命達不到原設計要求。針對以上缺陷對該臺電機重新進行了電磁設計，對電機定子部分進行了改造。 繞組用線的線芯直徑由2.0mm 提高到2.6mm，采用四平面雙單層繞組爐水泵電機的端部布置，可以明顯看到有12 個獨立的端部水流通道，獨立的水流冷卻通道，而且端部繞組的繞包內的匝數(shù)減小，因而顯著改善端部的冷卻條件，以上措施大大降低了電機的電流密度和熱負荷值。 采用統(tǒng)一絕緣厚度的德國NSW 公司進口的濕定子電機專用繞組線， 增加了繞組線絕緣厚度以提高定子繞組的可靠性。

4.2 導軸承結構的改進

該爐水泵電機采用的是可傾式密契爾結構分瓦板導軸承?？蓛A式瓦塊結構的導軸承結構復雜，易出故障。同時該臺電機轉子直徑小、導軸承內徑小， 長度短。 從而使得導軸承的承載面積過小，PV 值高達190 已超過145 的極限值。 加之擺動塊非金屬承磨面材料耐磨性能差、容易脫落，上、下導軸承極易損壞。針對以上缺陷，對導軸承結構進行了改進，采用圓筒式導軸承結構（KSB 爐水泵電機結構）， 降低導軸承PV 取值，加長導軸承長度。 導軸承非金屬承磨面使用耐磨性能較好的Farebeats 材料制作。 從而有效的解決了導軸承損壞問題。

圖6 重繞后的電機定子

圖7 改造后的軸徑襯套

4.3 改造過程檢查

4.3.1 電機繞組線絕緣檢查（按NSW 規(guī)范進行）。

①穿線前，浸水中24h，進行13000V，10min 的耐壓試驗，試驗后測絕緣電阻50000MΩ 以上；

②穿線后，浸入水中24h，進行13000V，3min 的耐壓試驗，試驗后測絕緣電阻50000MΩ 以上；

③接頭后，浸入水中24h，進行13000V，2min 的耐壓試驗，試驗后測絕緣電阻50000MΩ 以上；

④裝成整機后，浸入水中24h，然后加水壓26MPa（加壓歷時1h），試驗后絕緣電阻50000MΩ 以上。

4.3.2 引出線接頭在專用試驗罐內26MPa 壓力， 歷時30 分鐘無泄漏，在60℃水溫21MPa 壓力下施加13000V 工頻交流電壓，歷時5 分鐘驗收試驗通過。

4.3.3 轉子校動平衡，滿足平衡精度為2.5 級的要求。

4.3.4 定子做鐵損試驗，試驗磁密為12000 高斯，未發(fā)現(xiàn)鐵芯局部超標的過熱點，鐵芯的單位損耗為2.90W/kg，在正常使用范圍內。

4.3.5 各軸承間隙測量合格。

4.3.6 測量轉子各部位偏心率合格。

4.3.7 關鍵工藝按爐水泵電機檢修規(guī)范進行嚴格的控制和檢查。

4.4 出廠試驗檢查

4.4.1 空載試驗合格。

4.4.2 定子繞組三相直流電阻測定合格。

4.4.3 6 小時空載運行合格。

4.4.4 定子繞組及引出線封墊模工頻交流耐壓試驗合格。

4.4.5 電機及引接填料密封性試驗合格。

4.4.6 修后水壓試驗及電氣試驗合格。

4.4.7 修后空載試驗及組裝后電機驗收合格。

5 修后運行情況

#13 爐水循環(huán)泵電機自2010 年10 月改造后投運以來，各項運行指標穩(wěn)定，電流、腔體溫度、震動及絕緣均在合格范圍內，其中絕緣經兩次停機時測量均在10000MΩ 以上。

6 結論

通過對該臺爐水循環(huán)泵電機的故障情況分析，我們認為由于該型號電機設計上的先天不足導致運行中可靠性差，經過合理的改造及一年多的運行情況檢驗，該電機的改造是成功的，改造后的電機安全可靠性有很大的提高。

［1］莊偉.徐州華鑫發(fā)電有限公司#13 爐水循環(huán)泵電機拆檢報告[R].

［2］鄧悌康.鍋爐強制循環(huán)泵濕定子電機的結構特點和技術改進[J].

［3］中華人民共和國國家能源局.電站爐水循環(huán)泵電機檢修導則[S].