黄文彪
中国华电集团贵港发电有限公司 广西贵港市537100
【摘要】某火力发电厂浆液循环泵高压电机在夏季高温时其绕组运行温度达到100-125℃，比其它高压电机绕组温度高20-40℃，运行温度高是绝缘老化的重要原因。采用“鱼骨头”分析法对造成浆液循环泵电机绕组温度高的原因进行分析，通过头脑风暴找出末端因素9项，通过调取电机运行历史数据、现场测量电机相关参数对比分析、吊开电机冷却器对电机进行检查等方法对各末端因素进行剖析排除，最终得出电机绕组温度高的主要原因：冷却器换热容量不足。确定要因后，制定了将电机空-空冷却器改为背包式空-水冷却器的对策，并取消电机原外风扇、以降低机械损耗，改造后新冷却器有15%的换热裕量。对策实施后电机运行温升降低了18K左右，实现了改造前预设的目标，达到减缓电机绝缘材料老化速度、延长电机寿命、提高设备运行可靠性的目的。
【关键词】高压电机 冷却器 换热容量
1 前言
温度对电机绝缘寿命有显著影响，高温将加快绝缘材料的老化速度。绝缘材料的老化时间与绕组运行温度呈强负相关，研究表明：对于A、B、H级绝缘，温度每升高8度、10度、18度，绝缘热老化速率将加快1倍。脱硫浆液循环泵电机绕组运行温度最高，经常发高温报警，长期高温运行，会导致绝缘损坏并引发各种事故。2018年1月9日#1吸收塔#3浆液循环泵电机因引线绝缘劣化短路，导致接线盒炸裂崩出和机组减负荷。调查发现，#1吸收塔#2浆液循环泵电机绕组温度经常在120°左右，温升达80K，是所有高压电机中温升最高的，因此先对#1吸收塔#2浆液循环泵电机绕组温度高进行分析处理，待改造成功后再对2个吸收塔的其余5台电机进行改造。
2 原因分析和要因确认
2.1原因分析
小组利用头脑风暴法，找出电机绕组温度高的末端因素有9个：未按规定操作、过负荷运行、温度探头阻值偏差大、冷却器容量不足、空气灰尘含量高、环境湿度大、环境温度高、磁路设计不合理、绕组和硅钢片选材差，其中若是“磁路设计不合理、或绕组和硅钢片选材差”导致的，处理需更换绕组和铁芯，相当于换电机了，成本太高，因此这里不予确认。
2.2要因确认
针对其余7条末端因素制定要因确认计划表，通过调取电机运行历史数据、现场测量电机相关参数对比分析、吊开电机冷却器对电机进行检查等方法对各末端因素进行剖析排除，逐条鉴别确认，找出主要原因。
要因确认一：未按规定操作，对2017年#2浆液循环泵电机绕组温度最高的一个月的启停曲线进行检查，未发现有频繁启停导致电机过热的情况。所以这个因素不是要因。
要因确认二：过负荷运行，#2浆液循环泵电机的运行电流在82A-92A间，未超过其额定值104.9A。所以这个因素不是要因。
要因确认三：温度探头阻值偏差大，#2浆液循环泵电机6个温度探头的直流电阻测量值与出厂值相比，偏差没有超出≤1%的要求。所以这个因素不是要因。
要因确认四：冷却器容量不足，同功率的两台电机，冷却管材质、规格一致，但湘潭电机厂生产的#2吸收塔#1浆液循环泵电机冷却管总数为513根（#1为2017年超低改造新换的），西安某电机厂生产的#2吸收塔#4浆液循环泵电机仅为414根，#4电机冷却器容量明显小很多。#2机#1浆液循环泵的出口比#4泵出口高2米，#1电机电流比#4电机高26A左右，而两台电机绕组温度却差不多，再次印证了西安某电机厂生产的电机冷却器冷却器容量小。所以这个因素是要因。
要因确认五：空气灰尘含量高，小组成员5月-6月每周对电机周围空气灰尘含量进行检测，均符合厂家≤2mg/m3的规定。同时吊开冷却器检查绕组表面、铁芯通风道、冷却管均无严重积灰的情况。所以这个因素不是要因。
要因确认六：环境湿度大，小组成员5月-6月每周对电机周围环境湿度进行测量，均符合厂家≤80%的规定。同时抽转子检查，未见因受潮导致铁芯生锈、片间绝缘损坏短路的现象。所以这个因素不是要因。
要因确认七：环境温度高，小组成员5月-6月每周对电机周围环境温度进行测量，均符合厂家≤40℃的规定。所以这个因素不是要因。
最终确认#1吸收塔#2浆液循泵电机温升高的主要原因是冷却器容量不足。
3 制定对策和对策实施
3.1制定对策
小组成员根据要因，集思广益，制定了多项对策方案，并对所选方案进行了对比分析：方案一：外加冷却风扇，缺点是降温效果不明显；方案二：增大空-空冷却器容量，缺点是内、外风扇都需加大，加大了电机负载，改造效果不可控；方案三更换为空-水冷却器，优点是散热面积大、热交换效率高、气体阻力小。为了保证冷却效果，我们最终选择方案三。可行性调查：内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司等电厂有过类似的改造案例，改造后电机温升可降低15-20K。
3.2对策实施
对策实施1.1：对#1吸收塔#2浆液循泵电机定子、转子相关尺寸进行测量（结果见表1），然后用专业电机电磁分析软件，计算出电机总损耗为60.87KW，为保证新的冷却器有足够的裕量，冷却器容量取71kW。
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对策实施1.2：根据上述计算结果和机械行业标准《JBT 2728.1-2008电机用气体冷却器》，对空-水冷却器进行选型设计。
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对策实施2.1：对电机转子相关尺寸进行测量：内风扇外径ΦD1=0.52m、风叶宽度b1=0.075m、转子外径ΦD2=0.53m、转子通风道宽度b2=7×10mm=0.07m等尺寸进行测量，并根据《电机设计》相关计算公式计算出电机运行时内部冷却总风量：
转子内风扇产生的风速： V1=(π×D1×n)/60=(0.52π×1470)/60=40m/s；
内风扇产生的最大风量： Qm1=0.42×V1×A1=0.42×V1×K×π×D1×b1
=0.42×40×0.92π×0.52×0.075=1.89m3/s。
转子通风道产生的风速： V2=(π×D2×n)/60=(0.53π×1470)/60=40.79m/s，
通风道产生的最大风量： Qm2=0.42×V2×A2=0.42×V2×K×π×D2×b2
=0.42×40.79×0.92π×0.53×0.07=1.84m3/s。
总风量Qm=2Qm1+Qm2=5.62m3/s，当运行风量为0.5Qm时效率最高，
所以内风风量Q=0.5Qm=2.8mm3/s，考虑运行时不在最高点，Q应该在2.2m3/s左右，风量能满足新冷却器空气流量1.6m3/s的需求，内风扇不需改造。
对策实施2.2：取消转子外风扇和风扇罩，以降低机械损耗，并对取消后外露的轴头部分加装防护罩。
对策实施3：根据新冷却器用水压力和流量要求，从浆液循环泵旁的工业水管道引用冷却水，这是冷却器改造后的总体效果图。
4 效果检查和效益分析
4.1效果检查
采用横向对比法，即将改造前#2浆液循环泵电机与#3、#4浆液循环泵电机的绕组温差，与改造后的温差进行对比分析。改造前#2电机绕组温升（热态时）比#3电机高12.2K、比#4电机高22.28K 。改造后#2电机绕组温升（热态时）比#3电机低5.5K、比#4电机高3.3K ，表明#2电机温升下降了18K左右。实现了预设目标，圆满完成任务。
4.2效益分析
经济效益：本次改造在设备上直接进行改进，改进方法简单，易操作，一台电机冷却器改造费用约3万元，而更换一台新电机需23万元左右，大大节约了设备投入费用。
无形效益：#2浆液循环泵电机冷却器改造后，电机绕组温升下降了18K左右，减少了电机的热变形和振动磨损，延长了电机的绝缘寿命，有效避免电机超温跳闸和电机过热烧损，提高了设备运行的可靠性和安全性。
5 结束语
自2007年机组投产以来，该发电厂脱硫 6kV 氧化风机电机、湿式球磨机电机、浆液循环泵电机故障频发，故障电机均为西安某电机厂制造，该公司产品设计、选材用料、制作工艺都存在很多问题，该电机厂生产的电机在投产后最初几年主要的缺陷是轴承损坏、槽楔松脱、转子鼠笼条断裂等，投运几年后逐步发展为绝缘击穿，也就是绝缘老化寿命到期了，所以电机选型不能一味贪图便宜，若采购的电机质量差，投运后维护检修频繁、费用高，得不偿失。
【参考文献】
[1]《电机设计》 西安交通大学 陈世坤 主编.
[2]《空压机电机冷却器改造》 何光虎
[3] JBT 2728.1-2008 《电机用气体冷却器》
作者简介：黄文彪（1982年出生），男，本科学历，贵港发电有限公司设备维护部电气一次专业工程师，负责公司电气一次设备维护、检修和管理工作。