0 引言

过去，我国火力发电厂的设计、制造受技术条件的影响，电厂主要用电设备如引风机、一次风机、二次风机、循环泵等高耗能设备，其输出功率不能随机组负荷的变化而变化，只能通过改变挡板或阀门的开度进行调整，造成很大的节流损失。近年来，随着电力企业大力推行节能降耗，对发电厂进行高压电动机变频改造是节能降耗技术改进有效的途径之一，但变频电源对电动机绕组绝缘的损伤较为突出。本文针对某火力发电厂工频/变频自动切换运行的工频电动机绝缘损坏原因进行分析，提出相应防范措施，为同类运行方式的电动机变频改造提供借鉴。

1 设备概况

某热电厂2×150 MW循环流化床锅炉，于2012年7月完成1号锅炉2台一次风机（1号、2号）变频改造，采用一拖一自动工频/变频切换运行方式。一次风机变频投入运行以来，各种运行工况始终处于正常范围。当夏季环境温度为32 ℃左右时，绕组最高运行温度未超过90 ℃，轴瓦最高运行温度未超过75 ℃；电动机最大双倍振幅值小于0.05 mm（行业标准要求小于0.085 mm）^[1]。1号锅炉2号一次风机电动机及变频器技术参数分别见表 1、表 2。

2 故障经过

2017-04-20T03：30：06，1号锅炉2号一次风机变频器重故障跳闸，顺利切换至工频运行，2号一次风机运行正常。现场检修发现1号、2号一次风机变频器均发重故障报警，2台一次风机均切换至工频运行，2台变频器的控制面板均发“A5模块过热报警”重故障。检查发现2台变频器散热风扇均未送电，变频器运行时因散热不畅导致其内部过热保护动作，就地查看1号、2号一次风机电动机无异常。04：06：23，运行人员停止2号一次风机工频运行，断开高压侧开关。04：08：28，启动变频器。04：09：19，变频器在频率上升过程中，发“B1模块过压报警”重故障跳闸切换至工频，同时DCS发“高厂变备用段小电流接地报警”、2号一次风机电动机综合保护装置发“接地一段告警”。07：10：00，拆除2号一次风机电动机一次电缆，测量电动机对地绝缘电阻为0，UV、UW、VW直流电阻线间差分别为170 mΩ、233 mΩ、233 mΩ，根据试验结果初步分析认为电动机W相绕组接地。

3 故障原因分析及处理 3.1 故障原因分析 3.1.1 变频器过热跳闸

2017-04-20T00：44：56和00：45：08，运行人员在启动1号、2号一次风机变频器时，未送变频器散热风扇电源。由于变频器在运行时散热不畅，内部元件高温（超过80 ℃），导致变频器过热跳闸，重故障切换至工频运行。

3.1.2 电动机绝缘受损

一次风机电动机长期处于变频方式下运行，变频器输出的脉冲电压通过电缆传输时，如果电缆阻抗与负载阻抗不匹配，在负载端会产生反射。反射的结果是入射波与反射波叠加，形成更高的电压。它的幅度最大可以达到直流母线电压的2倍，大约相当于变频器输出电压的3倍。过高的尖峰电压加在电动机定子绕组上，对绕组造成电压冲击，频繁的过电压冲击会导致电动机绕组绝缘寿命缩短^[2]。

04：06：23，2号一次风机工频停运，电动机失电惰走；04：08：28，启动变频器。由于电动机仍维持较高的转速，变频器输出的励磁电流为电动机转子提供了反向磁场，电动机相当于发电机运行。此时启动变频器，变频器所输出的频率与电动机惰走转速对应的频率存在较大的频率差，且电压也不相等（与发电机非同期并网原理相同），受到较大的电动力冲击，造成电动机出槽口处的定子线棒绝缘受损（见图 1）。04：09：19，变频器功率单元过压跳闸切换至工频运行，在电动机工频运行恢复额定转速的过程中，受损的绕组绝缘击穿发生接地故障。

3.2 故障处理

对2号一次风机电动机出槽口受损的定子铁心（见图 2）进行修复处理，并整体更换定子绕组。为加强该电动机的绝缘强度，采用二次VPI真空加压整浸处理（真空33 Pa/正压0.6 MPa）。考虑到电动机变频使用，修复所使用的绝缘材料强度均适当调整提高，绝缘等级由F级调整到H级绝缘^[3]。修复后，电动机各项出厂试验均合格，到目前为止电动机运行情况良好。

4 防范措施

为了防止因电动机绕组绝缘损坏而降低机组出力，进而影响机组的安全稳定运行，提出防范措施如下。

（1）启动变频器之前，按照规程仔细检查各辅助设备的运行状况，确保辅助设备运行正常后再启动，减少电动机工频/变频运行切换次数。

（2）按照高压电动机使用说明书严格控制电动机的启动时间和次数。当电动机启动温度为环境温度时，可连续启动2次；当电动机启动温度为额定运行温度时，只可启动1次。相隔4 h后，才能按上述要求进行再次启动^[4]。

（3）当一次风机电动机变频启动时，应仔细检查电动机是否处于静止状态，严禁在电动机转动的情况下启动变频器^[5]。

（4）试验证明，当变频器至电动机的电缆长度超过30 m时，变频器会在电动机端产生尖峰电压，缩短电动机的使用寿命。因此，在变频改造项目中，应缩短变频器至电动机的电缆长度，在变频器输出端安装电抗器、dv/dt滤波器、正弦波滤波器，或在电动机接线盒处安装尖峰电压吸收器等，降低尖峰电压对电动机绕组绝缘的损伤程度^[6]。

（5）如果是新建项目，在防范措施（4）的基础上，建议采用绕组绝缘强度更高的变频电动机。

5 结束语

通过对某燃煤热电厂一次风机高压电动机绝缘损坏故障原因进行分析，提出了有效的处理措施和防范措施，防止高压电动机因绕组绝缘的损坏而造成生产事故，此次经验可供同类运行方式的电动机变频改造借鉴。