林聞捷，濮力希

(新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西新余 338001)

引言

新余新鋼氣體有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱氣體公司）管轄著6 套空分。分別為1 套18 000 m3/h 空分，1 套24 000 m3/h 空分，3 套25 000 m3/h 空分，1 套3 600 m3/h 空分。近十年來(lái)，氣體公司發(fā)生了多起電機(jī)繞組擊穿事故。其中18 000 m3/h空分空壓機(jī)電機(jī)分別在2013和2017年2次繞組擊穿。24 000 m3/h 空分空壓機(jī)電機(jī)于2013 年繞組擊穿。1#25 000 m3/h 空分空壓機(jī)電機(jī)于2021 年繞組擊穿。多次發(fā)生繞組擊穿事故，造成了高額的直接經(jīng)驗(yàn)損失，同時(shí)影響了公司的保供，造成了不小的間接損失。

1 事故回顧

1.1 12 000 kW電機(jī)繞組擊穿事故

24 000 m3/h 空分于2005 年投產(chǎn)，空壓機(jī)配套1臺(tái)12 000 kW的蘭州電機(jī)。2013年3月18日2:14:36 24 000m3/h空分空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行電流突然由1 240 A上升到1 334 A，2:16:25進(jìn)線柜和空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行柜同時(shí)速斷跳閘。經(jīng)檢測(cè)，電機(jī)B相絕緣電阻為零，將電機(jī)定子后端蓋拆開(kāi)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)定子繞組被擊穿燒斷。

1.2 8 000 kW電機(jī)繞組擊穿事故

18 000 m3/h 空分于2003 年投產(chǎn)，空壓機(jī)配套一臺(tái)8 000 kW的上海電機(jī)。2013 年5 月15 日2:10 珠珊變電站110 kV 母線B 相接地，總降6 kV 的113 線路跳閘，18 000 m3/h空分空壓機(jī)電機(jī)失電停機(jī)，用兆歐表對(duì)電機(jī)進(jìn)行絕緣檢測(cè)，對(duì)地絕緣電阻為50 MΩ，檢查結(jié)果合格。4:10 時(shí)113 線路恢復(fù)供電，重新起動(dòng)18 000 m3/h 空分空壓機(jī)，在起動(dòng)的52 s 過(guò)程中空壓機(jī)的二級(jí)轉(zhuǎn)子X(jué) 軸、Y 軸方向的振動(dòng)較大，起動(dòng)結(jié)束后機(jī)組的振動(dòng)仍大于90 μm/s，1 min 后空壓機(jī)因振動(dòng)過(guò)高聯(lián)鎖停機(jī)。對(duì)空壓機(jī)機(jī)械部分進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)空壓機(jī)電機(jī)、斷路器、電壓保護(hù)器做檢查試驗(yàn)，電機(jī)對(duì)地絕緣電阻為1 000 MΩ，試驗(yàn)結(jié)果合格。確認(rèn)電氣和機(jī)械檢查沒(méi)有問(wèn)題后，17：28時(shí)再次起動(dòng)電機(jī)，電機(jī)速斷動(dòng)作，再對(duì)電機(jī)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)C相繞組對(duì)地絕緣電阻為0 Ω，電機(jī)C相繞組接地。

1.3 8 000 kW電機(jī)定子繞組匝間短路事故

18 000 m3/h 空分空壓機(jī)起動(dòng)過(guò)程中三級(jí)轉(zhuǎn)子X(jué)軸、Y 軸方向振動(dòng)較大，于2017 年8 月15 日停機(jī)。為查找振動(dòng)原因，氣體公司分別于2017年8月15日和8 月16 日對(duì)空壓機(jī)本體進(jìn)行了三級(jí)葉輪清洗及機(jī)械部分檢查，檢查完畢多次試車空壓機(jī)仍然起動(dòng)過(guò)程中三級(jí)振動(dòng)較大，并因振動(dòng)值過(guò)高而聯(lián)鎖停機(jī)。

2017年8月19日10：10再次起動(dòng)18 000 m3/h空分空壓機(jī)，在起動(dòng)到40 s時(shí)空壓機(jī)起動(dòng)柜差動(dòng)、速斷保護(hù)動(dòng)作，高配室進(jìn)線柜速斷跳閘。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)內(nèi)部有放炮聲并有冒煙現(xiàn)象。電機(jī)經(jīng)檢測(cè)直流電阻AB 相0.06 Ω、AC 相0.058 Ω、BC 相0.048 Ω，對(duì)地絕緣電阻為5 MΩ，電纜對(duì)地、相間絕緣電阻1 000 MΩ，經(jīng)計(jì)算三相直流電阻不平衡，其余數(shù)據(jù)合格，根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備情況初步判斷電機(jī)匝間短路。

1.4 12 500 kW電機(jī)相間短路接地事故

1#25 000 m3/h 空分于2008 年投產(chǎn)，空壓機(jī)配套一臺(tái)12 500 kW 的ABB 電機(jī)。2021年4月4日14：03，1#25 000 m3/h 空分空壓機(jī)跳停?？諌簷C(jī)運(yùn)行柜、3117進(jìn)線柜速斷動(dòng)作，總降3117出線柜速斷并導(dǎo)致主變失電。事故發(fā)生后調(diào)取DCS 數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)在14:03:34，空壓機(jī)電流由774 A突然上升至1 095 A。

總降檢查電纜及出線柜各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常，搖測(cè)空壓機(jī)運(yùn)行柜下端頭電纜對(duì)地絕緣電阻為0 Ω，說(shuō)明有接地現(xiàn)象。解除電機(jī)頭尾端電纜單獨(dú)對(duì)電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)出AB 相對(duì)地絕緣電阻為0 Ω，相間直流電阻存在差異，AB 相為6.3×10-2Ω，AC 相為5.8×10-2Ω,BC相為6.1×10-2Ω?？諌簷C(jī)電機(jī)相間短路接地。

2 事故分析

2.1 12 000 kW電機(jī)繞組擊穿事故

拆檢發(fā)現(xiàn)，定子鐵芯燒熔損壞，如圖1所示。從定子線圈接線端看，在9 點(diǎn)鐘位置有一槽鐵芯被燒損。轉(zhuǎn)子表面及鐵芯通風(fēng)槽口處有大量的銅屑，說(shuō)明定子線圈擊穿時(shí)，有大量熔化的銅屑末甩上去。

圖1 損壞的電機(jī)定子鐵芯

24 000 m3/h空分空壓機(jī)電機(jī)于2005年5月投入運(yùn)行，電機(jī)運(yùn)行定子溫度在133.5～134.6 ℃間，溫度偏高，為此更換了電機(jī)冷卻器，以后定子溫度長(zhǎng)期處在112～126 ℃區(qū)間（其它同類型的電機(jī)定子溫度一般在都處在80～100 ℃區(qū)間）。該電機(jī)自2005 年投入已運(yùn)行8 年，由于電機(jī)長(zhǎng)期處在高溫運(yùn)行使得電機(jī)定子的絕緣老化加速，絕緣下降后造成線圈局部放電，發(fā)生電機(jī)匝間短路定子繞組擊穿燒斷事故。[1]

事故發(fā)生后檢查真空斷路器，發(fā)現(xiàn)B 相動(dòng)觸頭散落，如圖2 所示。判斷可能是動(dòng)觸頭的彈簧因過(guò)熱失去彈力，導(dǎo)致觸頭接觸不良，引起缺相，從而導(dǎo)致電機(jī)定子繞組B相絕緣薄弱處擊穿。[2]

圖2 真空斷路器B相觸頭

經(jīng)拆線檢查發(fā)現(xiàn)線圈槽楔過(guò)大，填充絕緣材料過(guò)多，長(zhǎng)期運(yùn)行產(chǎn)生振動(dòng)，造成絕緣損壞，引起匝間短路。故判斷電機(jī)生產(chǎn)工藝有明顯缺陷也是事故原因之一。

2.2 8 000 kW電機(jī)繞組擊穿事故

電機(jī)經(jīng)拆機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)定子引出線端在3點(diǎn)鐘過(guò)一點(diǎn)的位置上有一只線圈下層直線部分由于匝間短路燒壞造成線圈對(duì)地絕緣為零。繞組擊穿有銅屑炸出，如圖3所示。

圖3 繞組中炸出的銅屑

拆除線圈后檢查在這個(gè)位置上軸向進(jìn)去大約1/4 處有一個(gè)鐵心齒壓板燒了2 mm 左右的缺口，定子鐵心基本完好沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有燒壞現(xiàn)象。另外，在非引出線段的端面5 點(diǎn)鐘的位置上少了一塊齒壓板。轉(zhuǎn)子檢查發(fā)現(xiàn)軸伸端銅排與銅環(huán)之間有幾處開(kāi)裂。

根據(jù)拆機(jī)檢查現(xiàn)場(chǎng)，判斷事故原因?yàn)殡姍C(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行中突然失電，造成電機(jī)三相磁電勢(shì)瞬間不平衡，產(chǎn)生過(guò)電壓，使電機(jī)繞組局部絕緣擊穿，造成繞組局部匝間損傷；4:10重新起動(dòng)電機(jī)，空壓機(jī)機(jī)組因振動(dòng)過(guò)大聯(lián)鎖停機(jī)，空壓機(jī)再次起動(dòng)沖擊了繞組匝間損傷部位，17：28 又一次起動(dòng)后徹底使電機(jī)繞組受損部位絕緣擊穿，繞組匝間短路，電機(jī)C相繞組對(duì)地。繞組匝間損傷很難檢測(cè)出來(lái)，頻繁起動(dòng)不斷加重了繞組的損傷。

2.3 8 000 kW電機(jī)定子繞組匝間短路事故

電機(jī)經(jīng)抽芯檢查發(fā)現(xiàn)，電機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠條與端環(huán)焊接處部分?jǐn)嗔?，如圖4 所示。其中負(fù)載端有一根與端環(huán)焊接的鼠籠條斷裂凸起，籠條表面并伴有摩擦和銀焊甩錫現(xiàn)象，轉(zhuǎn)子矽鋼片表面多處部位有高溫過(guò)熱發(fā)黑現(xiàn)象，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸和軸瓦未見(jiàn)磨損；電機(jī)定子靠負(fù)載端端部線圈絕緣層嚴(yán)重磨損并銅線裸露，定子線圈斷定匝間短路。

圖4 電機(jī)鼠籠條斷裂

18 000 m3/h 空分空壓機(jī)電機(jī)從2003 年投運(yùn)至2017年發(fā)生事故，已使用14年，長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)子鼠籠條與端環(huán)焊接處存在缺陷，8 000 kW 大型異步電機(jī)起動(dòng)過(guò)程時(shí)間長(zhǎng)、電流大，轉(zhuǎn)子承受溫度高，鼠籠條與端環(huán)焊接處的存在缺陷在每一次起動(dòng)過(guò)程中缺陷逐步擴(kuò)大，導(dǎo)致8 月19 日10：10 啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子鼠籠條機(jī)械斷裂，斷裂籠條在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下甩出凸起與定子繞組摩擦，引起定子繞組匝間短路，造成電機(jī)繞組擊穿，同時(shí)，短路引起保護(hù)動(dòng)作速斷跳閘。[3]

另外18 000 m3/h 空分空壓機(jī)配合生產(chǎn)、檢修任務(wù)安排停、開(kāi)機(jī)次數(shù)多，有時(shí)在未成功起動(dòng)再次起動(dòng)時(shí)，作業(yè)人員未嚴(yán)格按電氣設(shè)備作業(yè)指導(dǎo)書規(guī)定——大型電機(jī)再次起動(dòng)時(shí)間（冷態(tài)2 次、熱態(tài)間隔2 h）進(jìn)行操作，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子缺陷逐步擴(kuò)大，出現(xiàn)鼠籠條斷裂，引起電機(jī)繞組擊穿。

2.4 12 500 kW電機(jī)相間短路接地事故

拆檢發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子鐵芯43 處通風(fēng)槽板斷裂脫落，如圖5所示，還有約20余處通風(fēng)槽板變形，如圖6所示。可以判斷由于通風(fēng)槽板斷裂飛出，把定子徑向通風(fēng)槽口處的線圈絕緣擊壞，造成線圈對(duì)地和匝間的短路。

圖5 轉(zhuǎn)子鐵芯中間部位通風(fēng)槽板斷裂情況

圖6 轉(zhuǎn)子鐵芯通風(fēng)槽板變形情況

電機(jī)定子槽楔脫落情況比較嚴(yán)重，共有21 槽，如圖7所示?？梢酝茢嗖坌ǖ拿撀湓斐删€棒在鐵芯槽內(nèi)的固定失效，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)線棒受到交變電磁激振力的作用而產(chǎn)生振動(dòng)，在這種電磁振動(dòng)長(zhǎng)期作用下，線棒絕緣磨損而使絕緣性能下降，是造成線圈對(duì)地和匝間短路另一因素，如圖8所示。

圖7 定子槽楔脫落缺損情況

圖8 鐵心的中部位置的側(cè)面可見(jiàn)線圈燒毀的洞

綜合上述原因該電機(jī)事故主要系轉(zhuǎn)子的通風(fēng)槽板設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)缺陷和材質(zhì)質(zhì)量問(wèn)題以及定子槽楔安裝質(zhì)量不合格所致。

3 事故教訓(xùn)

多次的電機(jī)繞組擊穿事故，給公司的保供工作帶來(lái)了巨大的影響，一方面反映出電機(jī)制造工藝存在一定缺陷，另一方面體現(xiàn)在運(yùn)行維護(hù)方面做得不足，對(duì)頻繁起動(dòng)造成轉(zhuǎn)子的損傷認(rèn)識(shí)不足。主要體現(xiàn)有以下幾點(diǎn)。

3.1 維護(hù)保養(yǎng)不力

對(duì)電機(jī)預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)工作做得不夠。在1#25 000 m3/h 空壓機(jī)電機(jī)繞組擊穿后，2#25 000 m3/h空壓機(jī)電機(jī)送廠維護(hù)保養(yǎng)，同樣發(fā)現(xiàn)和1#一樣的重大隱患，通風(fēng)槽板已多處斷裂掉落，只是還未擊傷線圈絕緣。除此之外，空壓機(jī)電機(jī)運(yùn)行10多年未做過(guò)任何維護(hù)保養(yǎng)，18 000 m3/h 空壓機(jī)和24 000 m3/h 空壓機(jī)都是故障后才送修。之后，才開(kāi)始陸續(xù)對(duì)大型電機(jī)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。由于生產(chǎn)保供的壓力大，設(shè)備沒(méi)有足夠的停機(jī)維護(hù)時(shí)間。思想認(rèn)識(shí)上還是抱有僥幸心理，導(dǎo)致后續(xù)又發(fā)生了電機(jī)繞組擊穿事故。

3.2 頻繁起動(dòng)

對(duì)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子線圈發(fā)熱重視程度不夠。受保供壓力的影響，在起動(dòng)失敗后，通常排除故障后，就立刻再次起動(dòng)。尤其是1#、2#25 000 m3/h 空壓機(jī)原先采用熱變電阻起動(dòng)方式，因設(shè)備老化和總降變壓器匝數(shù)調(diào)整，起動(dòng)非常困難，連續(xù)起動(dòng)兩到三次，甚至失敗后更換液阻柜液體后又繼續(xù)起動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)子損傷非常大。這個(gè)問(wèn)題在改為降補(bǔ)固態(tài)軟起動(dòng)后方得以解決。2017 年為查找18 000 m3/h 空分空壓機(jī)振動(dòng)值高的原因，電機(jī)在短短兩天內(nèi)起動(dòng)3次，相隔3天后又再次起動(dòng)，直接造成電機(jī)轉(zhuǎn)子鼠籠條與端環(huán)焊接處斷裂，擦傷定子線圈發(fā)生匝間短路。

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前應(yīng)先手動(dòng)盤車，確認(rèn)沒(méi)有明顯的卡堵。目前較多空壓機(jī)配備盤車電機(jī)，先盤車后起動(dòng)可有效縮短起動(dòng)時(shí)間，增加起動(dòng)成功率。對(duì)于大型壓縮機(jī)電機(jī)的起動(dòng)，導(dǎo)葉要有合理的開(kāi)度，過(guò)大將導(dǎo)致起動(dòng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，過(guò)小則易引起喘振，均容易導(dǎo)致起動(dòng)失敗。電機(jī)起動(dòng)電流一般為5～7 倍的額定電流，短時(shí)間會(huì)在繞組內(nèi)產(chǎn)生大量的熱量，不易散發(fā)。所以大型電機(jī)在冷態(tài)下可連續(xù)起動(dòng)兩次，每次間隔不少于5 min，在熱態(tài)下只能起動(dòng)1 次，以防止繞組線圈過(guò)熱。電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中應(yīng)注意觀察，有異常應(yīng)及時(shí)用緊急停車按鈕停機(jī)。

4 總結(jié)

大型異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行維護(hù)非常關(guān)鍵，該氣體公司吸取教訓(xùn)，及時(shí)對(duì)2#25 000 m3/h 空分空壓機(jī)電機(jī)進(jìn)行了維護(hù)保養(yǎng)，避免了一次較大設(shè)備事故的發(fā)生。大型異步電動(dòng)機(jī)投產(chǎn)后7～8 年宜做一次中修，之后每4～5 年做一次中修，每年可利用停機(jī)機(jī)會(huì)小修保養(yǎng)。保養(yǎng)時(shí)間可根據(jù)使用環(huán)境優(yōu)劣狀況、是否連續(xù)運(yùn)行、運(yùn)行負(fù)荷狀況、運(yùn)行中出現(xiàn)的故障等情況適當(dāng)調(diào)整[4]。有條件可上電機(jī)在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)[5]。日常使用中杜絕頻繁起動(dòng)，方可有效減少電動(dòng)機(jī)繞組擊穿事故的發(fā)生。