韓 晶

（山西萬家寨水控水資源有限公司 山西太原 030012）

1 項目研究背景

山西省萬家寨引黃入晉工程是為解決山西中部及西北地區(qū)工農(nóng)業(yè)及居民生活用水而興建的大型跨流域調(diào)水工程，工程由總干線、南干線、聯(lián)接段和北干線等組成，輸水線路全長504 km，包括隧洞和PCCP管線。沿輸水線路布置有提水泵站、渡槽、埋涵、閘閥室、水庫及配套的變電站、輸電線路、通信專網(wǎng)等機電、電力、通信、自動化及水工設(shè)施。

工程設(shè)計年引水規(guī)模12 億m3，南干線6.4 億m3，北干線5.6 億m3。工程運行的核心是總干、南干線五座梯級泵站，設(shè)計總裝水泵電動機組42 臺，總干線三座泵站各裝機10 臺，南干線兩泵站各裝機6 臺，單臺泵組設(shè)計流量均為6.45 m3/s，除總?cè)谜颈媒M容量為6 500 kW，其余各泵站泵組容量均為12 000 kW。目前，五座泵站已安裝泵組23 臺，其中總干線三座泵站各安裝5 臺，設(shè)計工況“四用一備”，引水流量25.8 m3/s，年輸水能力6.16 億m3；南干線兩泵站各安裝4 臺，設(shè)計工況“三用一備”，引水流量19.35 m3/s，年輸水能力5.01 億m3。

工程自2003年投入試運行，至2020年已累計運行17年。在2020年度機組大修過程中，南干二級泵站6 號機組電動機轉(zhuǎn)子吊出后，檢查定子時發(fā)現(xiàn)定子繞組絕緣層存在顏色變白現(xiàn)象。經(jīng)哈爾濱電氣動力裝備有限公司和東方電氣（德陽）電動機技術(shù)有限責任公司技術(shù)人員現(xiàn)場檢查判定，白色斑片是由于電暈腐蝕造成的，發(fā)現(xiàn)上下層線圈槽口處電暈腐蝕嚴重的部位11 處、上下層線圈交叉點腐蝕明顯的部位10 處以上，且線圈槽口電暈腐蝕嚴重部位已形成不規(guī)則小凹坑，低阻防暈層也已被完全腐蝕掉，上下層線圈交叉部位表層絕緣也已被腐蝕掉，出現(xiàn)白色粉末。在隨后進行大修拆解的其他機組（總?cè)谜? 號機和3 號機、總二泵站9 號機）中也發(fā)現(xiàn)類似情況，情況要好于南二泵站6 號機組,電暈腐蝕實際狀況見圖1。

圖1 產(chǎn)生電暈腐蝕的繞組

為確保機組的安全穩(wěn)定運行，與東方電氣（德陽）電動機技術(shù)有限責任公司合作，對引黃一期工程電動機組定子繞組電暈腐蝕問題進行專題研究，主要解決以下問題：

1）引黃工程高壓電動機組定子繞組電暈腐蝕成因，以確定電暈腐蝕產(chǎn)生是壽命到期還是設(shè)計、加工、材料等其它原因，為今后電動機安全穩(wěn)定運行提供指導。

2）探索定子繞組電暈腐蝕處理現(xiàn)場處理方法，為一期其它14 臺機組提供可借鑒處理方案，以降低生產(chǎn)運行成本，提高電動機可靠性。

3）引黃一期工程電動機組為日本東芝公司生產(chǎn)制造，總共15 臺，如發(fā)生電暈腐蝕情況嚴重到無法采取局部處理手段消除隱患的，需進行整體更新。

2 技術(shù)原理、技術(shù)方案與技術(shù)路線

電暈，指的是高電壓使周圍空氣產(chǎn)生電離，而當電壓梯度超過一定的臨界值時，在導體表面和它的附近出現(xiàn)的紫藍色輝光的放電現(xiàn)象。電暈，即氣隙放電時，部分電場能量轉(zhuǎn)變成光、聲、熱、電磁等被散發(fā)出來，引起以下效應及危害：

1）熱效應：局部溫度升高，絕緣變質(zhì)、碳化、股線絕緣和云母變白，股線松散、短路，絕緣老化。

2）機械損壞：氣隙內(nèi)氣體放電屬于高壓輝光放電，其中存在大量的帶電粒子“電子和正負離子”，這些離子以高能量和高速度碰撞氣隙壁，造成絕緣層機械強度降低、局部放電區(qū)域的絕緣發(fā)現(xiàn)麻點、麻坑，甚至孔眼，邊緣如蠶蝕。

3）化學損壞：氣體局部放電產(chǎn)生臭氧，其化學性質(zhì)很不穩(wěn)定，與氮化合生成氧化氮，再與水蒸氣反應生成硝酸，腐蝕絕緣，若局部放電發(fā)生在導線和絕緣界面，硝酸與導線作用生成硝酸銅。

造成電暈的主要因素包括：

1）海拔。隨著海拔越高，空氣越稀薄，則起暈放電電壓越低。引黃南干二級泵站廠房處于海拔1 418 m，屬高海拔地區(qū)，對電暈的發(fā)生會產(chǎn)生較大影響，通過對電機的檢查，在電機的設(shè)計和制造環(huán)節(jié)均對防電暈采取了一定措施。

2）濕度。6 號機機坑內(nèi)裝有電加熱器，停機后投入進行除潮。停機檢查并未發(fā)現(xiàn)潮氣和濕度大的現(xiàn)象。

3）溫度。起暈電壓隨溫度升高而下降。該電動機冷卻方式為：密封空氣循環(huán)水冷卻連續(xù)工作。經(jīng)過查看6 號機近半年的運行記錄，狀態(tài)溫度普遍處在63℃～75℃。定子絕緣等級為F 級，最高耐受溫度是155℃，運行中的電動機槽線棒的溫度不足于造成電暈腐蝕。

4）電位和電場。從現(xiàn)場測量結(jié)果看，6 號電機線圈低電阻防暈層伸出長度短，高電阻防暈層與低電阻防暈層搭接處（高電位）距離鐵芯壓指（零電位）近，導致此區(qū)域電場集中且分布不均，從而產(chǎn)生電暈腐蝕。同時不排除線圈高電阻防暈層與低電阻防暈層搭接接觸不良，導致電場分布不均，而引起電暈腐蝕。

5）線棒存在缺陷。線棒表面防暈層和線棒主絕緣之間粘接接觸不好，存在著微小空氣氣隙，由于在高電場內(nèi)主絕緣與防暈層之間存在電位差，造成氣隙放電。

對6 號機組現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，高電阻防暈層末端長度正好在轉(zhuǎn)角處，上下層線圈交叉點正處于高電阻防暈層末端，高電阻防暈層長度短，且上下層線圈在此處距離較近（實測2～3 mm），從而在線圈端部轉(zhuǎn)角處引起電暈腐蝕。同時，不排除在安裝時未按工藝要求將尖角及毛刺做修整處理，未將異物清理干凈的因素。

綜上分析可以得出：溫度、濕度原因可以排除。電位高是產(chǎn)生電暈腐蝕的主要原因，但從線棒電場分布上看，相對高電位和低電位是無法避免的問題。雖然電動機的設(shè)計和制造考慮了高海拔的影響，進行了防電暈設(shè)計及措施。但由于定子線圈絕緣設(shè)計或定子線圈防暈工藝措施由于生產(chǎn)年代的局限而導致存在一定問題，因此，線棒的內(nèi)部缺陷以及制造間隙是發(fā)生電暈腐蝕的主要原因，可以通過改善線棒的加工工藝以及端部絕緣和防暈處理，削弱或避免電暈腐蝕的危害程度。

通過現(xiàn)場檢查，此機組油污較多，在端部擋風罩可見一層積油，由此分析油污染也可能加劇電暈現(xiàn)象，應盡量防止電機內(nèi)產(chǎn)生油霧。

3 實驗過程和結(jié)果

3.1 現(xiàn)場處理方案

1）對于總?cè)谜? 號機和3 號機、總二泵站9 號機電暈腐蝕較輕的情況，采取了局部處理的方案，具體做法如下：

（1）清理清潔。用丙酮或酒精清理干凈定子繞組需處理部位的油污及放電產(chǎn)物,清潔后在室溫下晾干30 min 及以上。

（2）修復。使用適當形狀的毛氈浸漬室溫固化環(huán)氧膠后，將上下層間放電處填實,并用無堿玻璃纖維帶包扎固定,避免雜質(zhì)再次聚集和加強該處介電強度。

表面干燥不粘手后，在毛氈周圍用小刷子蘸室溫固化環(huán)氧膠進行涂刷，改善毛氈表面毛刺及毛氈與線棒之間的小間隙。

（3）固化處理完成后，室溫固化環(huán)氧膠DECJ1403在室溫下晾干不少于24 h。

2）對于電暈腐蝕損傷嚴重的南二泵站6 號機組，東方電機技術(shù)人員對其進行測量、計算，提出設(shè)計改進意見，并對國內(nèi)大型電機制造企業(yè)的生產(chǎn)工藝水平進行評估，認為完全具備國產(chǎn)化替代的可行性，因此決定采取整體更換定子繞組來徹底處理。

3.2 實驗結(jié)果

1）2020年9月10日至15日，東方電機技術(shù)人員對引黃工程總二泵站9 號機組和總?cè)谜? 號、3 號機組定子端部上下層及槽口處共計26 處電暈腐蝕故障進行了絕緣修補處理，經(jīng)1.5 kV 耐壓試驗后產(chǎn)品合格，經(jīng)72 h 試運行，設(shè)備正常，處理結(jié)果見圖2。

圖2 電暈腐蝕的局部修復圖

2）2020年11月1日，東方電機技術(shù)有限公司將南二泵站6 號機組定子整體運輸至該公司生產(chǎn)車間，進行定子整體更新，按照設(shè)計工藝及技術(shù)要求，完成繞組測量、線棒拆除、清洗、下線、浸漆、測試等工藝環(huán)節(jié)，2月9日運抵南二泵站現(xiàn)場，2月25日開始回裝，4月6日完成各項試驗，4月15日至18日進行72 h試運行，一切正常，機組各項指標符合設(shè)計及合同要求，整體更新效果見圖3。

圖3 整體更新的定子繞組

4 技術(shù)綜合分析

通過對南二泵站6 號機組定子繞組電暈腐蝕產(chǎn)生的原因分析，按照部位、成因以及嚴重程度采取不同的針對性處理方案，較好地處理了電暈腐蝕問題，同時為一期其余11臺機組的后續(xù)運行提供了借鑒和預警。今后應從以下方面加以注意并采取有效措施及時發(fā)現(xiàn)和處理：

1）對于不同的電暈情況，據(jù)電暈的形成機理進行分析，采用可行的針對性方案消除電暈，恢復定子線棒的絕緣水平。

2）引黃工程一期機組全部達到20年設(shè)計運行年限，電暈腐蝕情況將會陸續(xù)產(chǎn)生，應按照規(guī)程要求，及時進行大修，在大修過程中注意清洗繞組表面，仔細排查電暈腐蝕發(fā)生的可能部位，早發(fā)現(xiàn)、早處理，盡量采用局部處理方案將缺陷消除在早期。

3）評估發(fā)電機內(nèi)部臟污情況，及時開展對發(fā)電機內(nèi)部的清掃工作，是防止電暈的有效手段。對于一期機組采用的油霧收集器老化導致油霧回收功能弱化情況，可采取技改更新方式，以改善電動機運行環(huán)境，降低電暈產(chǎn)生的可能。

4）在今后新的機組定子線棒設(shè)計和下線安裝階段，應加強絕緣設(shè)計，改善防暈加工工藝，消除毛刺、減小間隙，嚴格避免線棒的內(nèi)在缺陷。

5）可采取有效技術(shù)手段，加強機組在線局放監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題，及早處理。

5 結(jié)語

萬家寨引黃工程泵站電動機定子繞組電暈腐蝕現(xiàn)象是一個比較普遍的問題，應引起各級生產(chǎn)人員的高度重視，加強日常運行監(jiān)視，提高設(shè)備檢修維護水平，改善設(shè)備健康狀況，盡量延長設(shè)備壽命期，以提高設(shè)備運行的經(jīng)濟性。