炉水循环泵电机结构原理及检修方法、常见故障处理培训教案

炉水循环泵电机结构原理及检修方法、常见故障处理教案 主 讲 人,张辉 技术职称,电气工程师 所在岗位,电气一次点检 讲课时间,2009年7月29日 技 术 讲 课 教 案 培训题目,炉水循环泵电机结构原理及检修方法、常见故障处理 培训目的,炉水泵电机是大型发电厂强制循环锅炉、加速锅炉的强制水循环，提高锅炉热效率的关键设备，可以说是强制循环锅炉的心脏。由于炉水泵直接参与锅炉的高压、高温水循环，工作条件十分严酷、工作性质又十分重要，如何提高炉水泵，特别是炉水泵电机的可靠性对电厂安全运行有十分重要的意义。炉水循环泵电机的结构比较特殊，检修方法与通常的电机存在很大差异，通过对炉水循环泵电机结构原理及检修方法、常见故障处理等相关知识的介绍，使电气一次点检人员掌握炉水循环泵电机结构原理、特点、检修方法、常见故障原因及处理方法。 内容摘要, 炉水循环泵电机结构原理及检修方法、常见故障处理等相关知识介绍。 培训内容, 一、 锅炉炉水强制循环泵发展简介 大型发电厂亚临界参数锅炉一般有直流炉、自然循环炉、复合循环炉、强制循环炉，以直流炉和强制循环炉两种较为普遍，各有特点。直流炉结构较为简单，锅炉工质的循环是自然循环，没有旋转部件维护保养较为简单，而且发展历史较早。50年代初英国中央电力局(C.E.G.B)首次发明强制循环炉的关键设备锅炉循环泵，当时使用的最大机组几乎都是3万和6万千瓦的小型机组。由于强制循环炉具有气包体积小，调峰能力强等优点，现了强大生命力。因此到1959年第一台20万千瓦的强制循环炉投入运行，安装在英国High Marnham发电厂。到1963年英国在强制循环锅炉和无轴封强制循环炉水泵已大量投入运行，而且用于核电站。High Marnham发电厂强制循环炉和炉水循环泵基本为强制炉水循环泵确定了基本结构形式:?采用无轴封结构，淘汰了轴封结构，当时已取得 40000小时运行无故障的纪录，淘汰了原始的轴封结构;?可抽出定子的结构，有利于湿定子电机整体维修和制造备件;?水润滑轴承在合理的设计参数下，完全可与油润滑轴承相类比;?电机在下面泵在上面的结构形式，证明不容易在电机内部聚集气体，避免对绕组和水润滑轴承的危害。见图1和图2;?湿定子水直冷全面取代屏蔽套式电机，特别是大功率电机。几乎与英国Hayward Tyler公司发展强制循环泵的同时，德国Dual锅炉公司和KSB公司发展独立的系统，首先在本生直流炉上得到应用，用于直流炉的再循环。这样，在炉水泵方面，英国泰勒公司和德国KSB公司作为两个技术的发源地，技术向美国、澳洲、日本等出口。因此，中国发电厂中，除了泰勒、KSB公司的炉水泵外还有日本的酉岛(Shari Shima)、三菱(Mithibish)等公司的产品。 优 缺 点 比 较 干 式 湿 式 优 点 a) 合金的潮湿表面具有较高的抗腐蚀a) 效率高。 性。 b) 绕组易于冷却。 b) 容易清除污染。 c) 在现场，用户能修复或更换绕 c) 许可绕组温度升得相当高。 组。 d) 槽满率较佳。 d) 磁隙较小等于气隙。 e) 没有屏蔽套，结构简单。 缺 点 a) 由于屏蔽套的损失，电动机效率较a) 定子铁芯得采取防锈措施。 低。 b) 清除污染困难。 b) 电动机绕组冷却困难。 c) 绝缘的最大运行温度为90?。 c) 屏蔽套易碎。 d) 在小型电动机内，槽满率不佳。 d) 现场修复屏蔽套困难。 e) 由于转子外的气隙给定了，磁隙较 长。 f) 存在屏蔽套的膨胀和翘曲问题。 g) 因为发热问题容易受限制。 二、炉水泵电机的结构特点 以国内发电厂中使用的英国泰勒、德国KSB公司的炉水泵电机为基础对其结构特点分析如下，首先简单介绍国内电厂常用炉水泵电机的结构，图3为英国Tyler公司的结构，图4为KSB公司的结构。 技术特英国Hayward Tyler公司炉水 德国KSB公司炉水泵 点 泵 热屏无低压泠却系统。热屏的 热 热屏有低压冷却水系统，热屏的屏颈 1 屏颈长度较长，由空气自然冷 屏 长度较短。 却，系统较简单、可靠。 定子硅钢片铁芯直接压装在压力容 压力容器外壳与炉水泵电机定 器外壳中，没有隔水层形成的热障， 子机壳的外圆之间不直接接 因此热量由高压锅炉管道传递到压 触，形成厚约4mm的水层，形 力容器外壳会直接传递到铁芯和绕热 成的热障在不运转的热备用状 2 组线。90年代中期，KSB公司对此障 态作为隔热层，外壳的传导热 进行了本质性改进，采取了类似Tyler 不易直接传到定子和绕组线， 公司的结构，在定子机壳压力容器外 防止绕组线受热，在运行过程 壳之间设置了约5mm的水层形成热 中，隔水层水流带走热量。 障。 ?二平面绕组，端部冷却水易?交迭短距结构绕组，端部冷却效果 流动，冷却效果好端部热量易差，工作时线圈的热量不易散发，端线 散发，但绕组为整距绕组，磁部易产生局部过热点，磁势谐波分量圈 3 势的谐波分量高。 低。 结 ?绕组线大部份采用二种不同的绝构 ?绕组耐水绕组线全部采用统 缘厚度，故障几乎都发生在薄绝缘的 一的绝缘厚度。 部位。 ?线圈端部与机壳之间的挂钩 用尼龙带捆紧，端部机械强度?线圈端部与机壳之间没有相对固 好，而在竖直的工作状态下，定的挂钩，线圈可能发生下沉。易造 线圈不会因重力而下沉造成线成线圈出槽口处的损坏。 圈的出槽口处损伤。 ?线圈的槽部没有槽楔塞紧， ?线圈的槽部有塞紧槽楔，防止振 在起动的电动力作用下可能会 动。 振动。 中 性 点Y 并采用聚乙烯带包的中性点接头同样采用聚乙烯带绕包的中性点接 4 接绝缘，由于制作工艺较好，渗头，发现送修的三台，都有渗水现象，头水现象不严重。 而且产生铜绿，绝缘电阻下降。 的 绝 缘 高 压高压密封接头靠径向密封圈密 高压密封接头靠轴向密封圈由螺帽密封，密封性能的高低，完全靠 压紧，在总装配时可以调整，但是引封工艺和材质得以保证，引出后 5 出后的接线端子绝缘子暴露在空气引的接线端子采用包绕外绝缘， 中，绝缘电阻因天气的湿度而变化，出绝缘电阻不因天气的湿度而变 阴雨天绝缘电阻容易下降。 接化。 头 导 导轴承为金属瓦衬，塑料瓦，金属瓦衬，塑料瓦为圆筒式结构，依向 分块式摆动调心结构。调整性靠轴承弹性支持环调心。调整性能不 6 轴 能好，运行中能保持均匀的配如分块摆动结构。PV取值较低，尺承 合间隙。PV取值较高，尺寸小，寸较大。 结构紧凑。 推力轴承为Michell型Ω结构， 推力轴承为Michell结构，止推块为 止推块为不锈合金钢。推力盘 推 塑料块，推力盘承磨面为耐磨镀铬 承磨面为塑料贴层。PV取值 力 层。PV取值低，尺寸大，浮动间隙 7 高，尺寸小，结构紧凑，浮动 轴 在1mm以上。运行中普遍存在对磨 间隙仅为KSB泵的20%。运行 承 付承磨面外缘磨损大的问题。结构较 中对磨付承磨面磨损较均匀， 简单，装配时较容易达到要求。 缺陷少，但要求高不易装配。 图3.Tyler炉水泵电机结构图 图4.KSB炉水泵电机结构图 图5.炉水泵电机冷却回路 三、炉水泵电机故障形态分析 上止推端盖密 电气绝缘下止推轴转子 导轴承 导电头密 轴承故封面渗 故障 承故障 故障 故障 封渗漏 障 漏 96%100% 80% 60% 40%32%32% 20% 20% 6%6%2%0% 注:以上统计是按故障现象出现频度计算的，同一台炉水泵电机可能有不同 100%。 的故障现象，因此现象?到现象?之总和可能大于 图6.炉水泵电机故障现象分析 第?类电气绝缘故障是主要故障形态，炉水泵电机的故障一般都是绝缘电阻明显下降，如6KV电机下降到50MΩ以下可以认为都有不同程度的电气绝缘故障，但有电气绝缘故障并不是都要更换线圈，而且形成电气绝缘故障的原因是多样性的(见图7，电气绝缘故障原因分析)。第?、?类上、下推力轴承故障也是常见故障，一般都不严重，不足以使得电机不能运行。炉水泵电机的推 力轴承和导轴承都是水润滑轴承，KSB公司和Tyler公司都采用不锈钢或镀铬与酚醛石墨增强塑料耐磨材料形成磨擦付、选用的设计参数PV值都偏于安全比较保守。形成过度磨损或损伤的大部份原因是水中有异物，如水垢、装配清洁度不够等引起的。较为严重的是炉水泵电机绕组线受高温炉水烫坏后，表面的尼龙层(PA层)过热形成粒状残留物进入轴承间隙，导致严重的损伤。第?类转子故障主要是制造缺陷。某厂制造的炉水泵电机转子平衡护环，由于公差配合的紧量不够，运转中在电动力的作用下发生轴向窜动，撞击“C”型轴用挡圈，致使挡圈断裂成数段，并划伤端部线圈。第?类导轴承的故障现象和原因大部份与推力轴承相似，但Tyler公司上导轴承的正常磨损量较大，有一台Tyler公司U600.H.92.4 600HP炉水泵电机在运行4年后，检修中发现轴承双边间隙达0.8,1.0mm，导致电机起动时定、转子相擦而无法起动，在第2台检修中也发生类似现象。其原因一是PV值较高，其次可能与叶轮的动平衡较差有关。因此要求在检修时一定要仔细测量间隙，而且要求进行连同叶轮在一起进行整体动平衡校正。第?类端盖密封面渗漏，在进厂检修时较难判断，发现有2台次在端盖面上有月牙形水锈斑痕，应可判定为有微渗漏现象发生;其中一台在修复后，进行26MPa水压试验时，有点滴渗漏现象，重新拆开发现端盖密封面上有一处微小铸造缺陷，处理后得以解决。第?类密封导电头的密封渗漏是较少发生的故障，仅有一台次Tyler炉水泵电机的导电头“〇”型密封圈阻流圈，出厂装配位置偏移，有微渗漏现象发生，处理后得以解决。从上述炉水泵电机故障现象分析可以看出，电气故障是所有故障现象的主要形态。结合电气故障的现象和主要产生原因统计分析如下图: 40%40%40% 32%32%35% 30% 25% 20%16% 15% 8%10% 2%5% 0% ? ? ? ? ? ? ? 严重烫坏中性点 定子绕组接头渗 绕组接绝缘电阻 线、绕组线水导致头的根下降，受 泵侧线圈端导电头连接 的绝缘变绝缘电部绕组气候影 部局部击穿铁芯槽内线电缆缠绕或现 形呈多边阻下降，线绝缘响，擦干 点、长期带圈局部击穿与转子相碰 形断面状，甚至有损伤，绝净密封导 故障运行甚点，甚至烧磨损绝缘直象 表面PA层中性点缘电阻电头，烘 至烧断绕组坏铁芯。 至绝缘为 呈粉状脱接头炸下降、甚干后绝缘 线。 零。 落，PE绝开现象，至为电阻又能2 缘层粘接接头处“0”。 回升。 成板块状。 有铜绿。 主 ?绕组线本?绕组穿线?大部份?中性采用聚KSB泵此? 连接电缆 身绝缘缺工艺损伤; 发生在备点接头乙烯模现象多过长; 要 陷，绝缘层?绕组线绝用泵停转工艺结压熔接见，密封? 连接电缆 有疵点; 缘局部疵状态，高构设计绝缘工导电接头固定不当; 原 ?KSB泵线点; 温炉水泵不合理，艺、高温的绝缘子? 6KV 圈下沉; ?过热变长期渗没有自模体在为塑料件Tyler泵检 因 ?穿线时绕形; 入; 密性; 操作时防潮性能修时操作 组线损伤; ?Tyler公?不排除烫坏。较差，耐不当造成。 ?制作 ?过热变司槽内没有下端盖密Tyler泵气候性能工艺不 形; 槽楔绕组线封有微渗此现象差。 良。 ?薄绝缘绕振动易磨损漏现象; 较多见。 组线绝缘薄绝缘。 ?KSB泵 弱，击穿现发生较 象多。 多; ?运行操 作不当。 注:故障现象统计方法同图6 图7.电气绝缘故障现象及原因分析 四、炉水泵电机提高可靠性的技术改进 炉水泵电机是大型发电厂强制循环锅炉、加速锅炉的强制水循环、提高锅炉热效率的关键设备，可以说是强制循环锅炉的心脏。由于炉水泵直接参与锅炉的高压、高温水循环，工作条件十分严酷、工作性质又十分重要，从炉水泵电机的结构特点，运行工况及故障现象分析着手，针对性地进行技术改进以及采取有效的保护措施以提高炉水泵的可靠性，这对电厂安全运行有十分重要的意义。在对比国外两家主要炉水泵生产厂商生产的炉水泵电机的结构特点及炉水泵电机故障形态分析的基础上，通过分析对比、取长补短、研究试验，炉水泵电机提高检修质量及运行可靠性的技术改进可以从以下几方面着手: 1( 研究炉水泵电机绕组线损坏的机理，验证炉水泵电机使用的交联聚乙烯绕组线在不同的温度下的耐受能力，发现烫坏绝缘绕组线的过程是有一个发展的阶段。试验表明，在220?的温度下2h，尽管已发生塑料之间的轻微粘连，但测试浸水高压试验40KV的电压仍然通过。之后，将XLP绕组线及中心点Y并连接后放入试压管中，在26MPa下，200?水温中，进行模拟工况试验，进行2h 试验，仍通过21KV/1min的耐压试验，可以证明炉水的瞬时渗入与炉水泵电机腔内的大量水混合，瞬时提高220?是不可能的。引起绕组线绝缘层变形、变薄是复合原因所至。炉水泵渗入是其中原因之一，更主要的原因是发生在冷却水流动不畅，由绕组本身产生的热量散发困难，并在绑扎外力、热收缩作用下产生变形是形成绕组线绝缘电阻故障重要原因之一。而绕组的击穿点大部份发生在制造过程中局部损伤或绕组线本身疵点部位。因此为提高绕组的寿命应从提高绕组线本身质量和电气加工如穿线工艺和接头工艺着手。穿线方法采用无轴向扭转减磨损的穿线工艺。即在穿线过程不因盘绕收放而产生绝缘绕组线的轴向扭转，同时穿线是在润滑状态下进行的。与国外两公司相比可以做到真正上的无磨损。这种穿线方法曾获得国家科技进步奖。 2( 将绕组线二种不同的绝缘厚度改为统一绝缘厚度，并在槽内空间允许范围内，加厚绝缘层的厚度，将薄绝缘的厚度从1.7mm增加到2.0mm，可提高绕组线的绝缘可靠性。 3.加强绕组端部的固定，每层每平面绕组都有一组固定在机壳上的支架，绕组端部用绑扎带可靠地固定在支架上，避免电机绕组在运转时特别是起动时的强大电动力作用下端部发生振动磨损线圈的绝缘。炉水泵电机是立式垂直安装，端部与机壳之间的固定，还能防止整个线圈在电动力和重力作用下的下沉现象发生。线圈下沉使线圈端部的铁芯槽口的直线拐弯部位与铁芯槽口产生很大的局部应力，使绝缘受损。由于防止了线圈下沉，很大程度上提高了炉水泵电机的电气结构可靠性。 4( 改进定子绕组中性点的接头的绝缘工艺，提高接头的密封性能，Y并接头绝缘及特殊工艺，在高压、高温中密封性极好。具有自密性，压力越高密封性越好。因此保证在高压高温下绝缘电阻不下降，可很大程度上提高中性点接头的绝缘可靠性及耐久性。 5(过滤器改进，现有过滤器都滤网结构，滤网的数目不能过大，否则会增加高压冷却系统的水阻，降低高压冷却器的热交换功能，而且单纯的过滤网无法阻隔细小的颗粒，特别是铁质的硬颗粒通过，这类颗粒对水润滑轴承的运行极为有害，改进后的过滤器设置了磁性装置，事实证明，大大改善了水润滑轴承，特别是推力轴承工作条件，延长轴承寿命。 6( 炉水泵电机定期保养、解体检查、消除缺陷是提高运行可靠性及使用寿命的重要措施。目前对炉水泵电机还很少建立定期解体检查及保养制度。经过25000小时以上或发电机组的一个大修周期的运行，炉水泵的导向轴承、推力轴承会有不同程度的磨损，轴承配合间隙超，尤其泵侧导轴承间隙严重超标准时会引起空转子相擦，造成严重损坏事故。有的密封面存在微量泄漏，引起高温炉水下渗加速定子绕组的损坏，有的定子绕组接头渗水，定子绕组端部的局部缺陷造成绝缘电阻下降。这些缺陷及故障都可以通过定期解体检查，早期排除缺陷，使炉水泵电机在良好的状态下安全可靠的运行。 五、炉水泵电机绝缘电阻参数的检测 绝缘电阻是可以用于监视炉水泵电机绝缘寿命唯一的可判断的可测量数据，按英国泰勒公司提出绝缘电阻随时间变化的曲线(见图9): 应使用1KV摇表，用正极性法及负极性法测量，绝缘电阻应符合下图的规定曲线，如发现下降较快时，应首先考虑绝缘子受潮的可能性、以及引线密封处漏水的可能性，应消除渗漏，并对绝缘子进行烘烤驱潮处理，如无效果，在确认绝缘下降属于内部的引线问题时，应与专业厂家技术人员取得联系，讨论根治的方法。 图9.Tyler公司提供炉水泵电机电机运行中绝缘电阻变化曲线 技术培训练习题 练习一:炉水循环泵电机的结构有哪些, 答: 练习二:简述炉水循环泵电机的冷却过程是什么, 答: 练习三:炉水循环泵电机绝缘检测的要求有哪些, 答: 练习四: 评语: 出题人 张辉 答题人 出题时间 2009.7.29 答题时间 作业成绩 考核时间