电容式电压互感器故障原因分析：匝间绝缘不良和过电压

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：类似上述电容式电压互感器引起的故障在其他用电部门也多次发生过。C2增大的原因可能是部分相互串联的电容元件被击穿或C2严重受潮所致。经试验分析表明,该电磁单元变压器二次失去是由于其一次接地引起的。对其直流电阻、电压、空载损耗、介质损耗因数tanδ、绝缘电阻等进行测试,其结果均属正常。故障的原因一是匝间绝缘不良;二是过电压。

由表7-3可知,定子部分故障主要有主绝缘烧损、定子绕组连接线烧损、定子绕组匝间短路和定子引线短路等。导致这些故障的原因主要有:

(一) 制造质量不佳

1.端部固定整体性差

电动机定子绕组制造工艺粗劣,绕组固定不良,因而使电动机定子绕组端部固定整体性差。其中最突出的是20世纪70年代末80年代初出厂的国产JSQ—147—6 型360kW 和JSQ—158—6 型380k W 电机。这些电机的主要问题是绕组成型较差,且尺寸偏小。所以下线后绕组与槽壁间的间隙很大。实际测量最大间隙有2mm 以上。甚至绕组在槽内悬空。而下层线棒的端部与绑环间也不服帖,绑扎松弛,其间又未填充涤纶毡等适型缓冲材料。绑绳道数少,并且表面刷漆未经过浸渍处理,端部固定整体性差。当电动机频繁起动时,强大的电动力导致绑绳开断,垫块脱落,造成绕组振动松弛,从而使槽口附近绝缘损坏或绕组背部与绑环之间绝缘磨损接地,甚至通过绑环引起相间短路。

2.端部引线和连接线的接头开焊

制造质量不佳还表现在高压电动机的引线和连接线的接头焊接不良,在启动次数多、启动电流大、启动持续时间长的情况下,将发生接头过热开焊故障,如图7-1中的3。在某厂统计的27台次高压电动机定子故障中,就有11 台次,占40.7%。例如,某双水内冷发电机组的给水泵电动机 (JZK—4000—2型),第一次启动不成功,第二次启动过程中,当启动电流尚未返回时,差动保护动作跳闸,电动机端部冒烟,拆开端部检查,发现电动机靠水泵侧端部第52、53、54槽正上方绕组引线接头烧断,隔槽绕组引线也被烧断。附近定子绕组端部和引线的绝缘层被电弧高温烧焦碳化,整个端部绕组和铁芯上积了一层铜沫,端部下方的转子表面均被薰黑。这是因为两次启动冲击,端部引线接头所产生的热量进一步积累,导致接头烧熔断开拉弧,最后导致绝缘击穿烧焦。

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图7-1　定子绕组示意图

a—引线间距离;l—引线长度;
1、2—断股位置;3—开焊位置

3.绕组断股

定子绕组断股多发生在连接线的根部,如图7-1中的1、2。造成断股的原因,一方面是由于制造过程中连线受到反复板、弯,留下了伤痕或裂纹,形成先天性隐患;另一方面是由于端部绕组固定不牢,运行中特别是启动时受电动力 (引线间的电动力将达到正常运行时的25～49倍)或振动力的作用,而发生疲劳断裂。

定子绕组、连接线和引出线固定不牢不仅是造成绕组主绝缘磨损击穿的主要原因,同时也是匝间绝缘损坏和连接线断股的主要原因之一。

(二) 主绝缘老化

定子主绝缘在正常情况下的使用寿命约为20000～25000h (即8～10年)。如果有制造质量方面先天性的缺陷或使用不当,会加速定子主绝缘的老化。发电厂使用高压电动机的老化因素如下:

1.机械因素

振动冲击、离心力、电磁力、热应力使绝缘产生机械变形,进而导致裂纹或磨损,出现绝缘的薄弱环节。在起动大电流的作用下,绝缘的薄弱处会产生击穿、烧损。

2.热因素

焦耳热、涡流损耗、介质损耗等产生的热量,使绝缘的温度上升。一方面绝缘软化,在各种力的综合作用下会产生变形,出现薄弱环节;另一方面产生过热,加速绝缘老化。

3.电因素

操作过电压、电压波动、突然断电、起动方法不当等,都能在绝缘的薄弱环节处发生放电或击穿,使绝缘局部烧损。

4.环境因素

湿气、化学物质、尘埃等侵入绝缘层间,会使绝缘性能下降,发生放电或击穿。例如某锅炉引风机的电动机因积灰甚多,绝缘劣化,恰巧又遇上蒸汽吹灰门破裂漏汽,水蒸气喷射入电动机,使绝缘严重受潮,造成击穿短路,绕组8处烧坏,5处击穿接地。

5.工作方式

频繁起动、冲击负荷、超载运行也都会促使绝缘发生老化。特别是超载引起的高温运行是加速老化的重要原因。研究表明,沥青、云母绝缘的电动机,温度每升高10℃寿命将缩短一半。例如,某循环泵电动机在运行中定子铁芯外壳表面的实测温度高达104℃,铁芯内部及绕组温度更高,长期高温运行,加速绝缘老化。绕组绝缘出现龟裂现象,最终B相绕组对铁芯槽击穿,烧坏绕组,烧伤铁芯槽口。

(三) 操作过电压

用少油断路器或真空断路器切高压感应电动机时,都易产生较高倍数的操作过电压,特别是在切启动状态的感应电动机时,会产生高于额定相电压3倍的操作过电压,最高可达6倍以上,严重危及感应电动机的绝缘。如某电厂用SN10—10型少油断路器切6kV、4000k W 启动状态的给水泵电动机时,断路器自爆喷油着火,造成20万k W 发电机停电事故。又如,某钢铁厂用ZN3—10 型真空断路器切感应电动时,3 个月内击穿4 台340kW 的电动机。

(四) 电动机进水受潮

由上所述,高压感应电动机制造质量差,端部及连接线绝缘薄弱,特别是连接线绝缘包扎松弛,如果机内进水,空气湿度增加,绝缘受潮,绝缘电阻大幅度下降,容易引起绝缘击穿故障。如某给水泵电动机,由于机壳底板孔洞密封不严而进水,机壳内底部积水深度约30mm,使绝缘受潮,运行中B相和C相击穿短路,B相引线根部和C 相连线根部烧断。再如,某风机电动机,机坑廊道进水,水位淹至电缆头接线盒,引起三相短路,烧毁线鼻子和引线。

电容式电压互感器故障原因分析：匝间绝缘不良和过电压

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