300MW强制循环锅炉新型炉水循环泵电机技术与应用
介绍了新型屏蔽式定子结构的炉水泵电机的结构特点、应用、试验，与湿定子结构炉水泵的应用进行了对比。对提高炉水泵电机绕组的可靠性和寿命以及电站运行的经济效益有指导意义。
关键词：炉水泵电动机;绕组线;绝缘;高温高压;屏蔽;可靠性
0 前言
自20世纪80年代我国从国外引进炉水循环泵电机技术以来，经消化吸收后，在200kW的基础上先后开发出新的派生系列，有250、350、400、550kW等不同规格的炉水循环泵，分别装备在国内约20家电站上。国内市场上的炉水泵电机基本由英国泰勒公司、德国KSB公司和中国哈尔滨电机厂有限责任公司提供。近年来，我们对湿定子电机(包括国外厂商提供的产品)的运行寿命和修理经验做了初步统计，从积累的维修记录和数据上看，其中200kW.6000V湿定子炉水泵电机的实际运行寿命相对较低，故障率偏高，维修次数多，造成的停机检修与维护工作量较大。为了提高该型电机的使用寿命，通过对引起高电压湿定子电机的主要故障形式的分析论证，提出了新型替代产品———230kW.6000V屏蔽式定子炉水泵电动机。
1 影响200kW.6000V湿定子炉水泵电机寿命与性能的主要因素
200kW.6000V湿定子炉水泵电机在电站运行的主要故障形式是定子绝缘电阻下降。由于该型电机的定子绕组长期浸在循环冷却水介质中，因而绕组电磁线以及内部接头都采用耐高电压、防水型绝缘材料及特殊处理工艺。主要有以下几种现象影响电机绝缘寿命:
(1)电磁线护套或主绝缘局部破损或渗入水。
(2)电机内接头绝缘渗入水或破损。
(3)绕组过热造成绝缘层及护套破损。
(4)电磁线局部绝缘的不稳定因素。
(5)接头绝缘处置不当，存在绝缘薄弱环节。
(6)电机运行中有异常现象，如水中杂质超标、 锅炉水倒流入电机等。
以上各种因素有一个共性的问题:无论是防水环节还是其密封出现问题，都会导致整个电机绝缘电阻下降。一旦电机的绝缘电阻下降到允许值以下，电机必须停机修理。轻则需重新处理内部接头，更换引出线处绝缘、护套等;重则返厂更换新绕组。另外，由于浸在水中的硅钢片、槽楔、绕组线等寿命有一定的限度，不能得到大幅提高，因而将绕组和铁心用屏蔽套包罩起来，使之与电机内腔冷却水相隔离，从而定子组件绝缘不受水的影响。
2 屏蔽式定子炉水泵电机的基本原理和结构特点
屏蔽式定子炉水泵电机的定子绕组主要由铁心和线圈组成。线圈采用普通玻璃丝包线和常规绝缘结构，线圈制作和下线均属常规方法，绕组被上下隔板、支撑筒、屏蔽套封闭成一个单独的腔室，定子屏蔽套将电机内腔高压冷却水介质与铁心和绕组隔离开。
电机运行时，只有导轴承、推力轴承、隔热屏和转子等部件浸泡在水中。定子屏蔽套处所构成的承压边界能够承受与泵腔相同的运行压力(20MPa)，也能够承受机组水压试验考核压力。屏蔽套采用特殊不锈钢制成，具有耐腐蚀、高强度、高寿命等特点，能够保证压力边界稳定性及寿命;电机引出线结构、推力轴承座、隔热屏、电机机壳及其两端的隔板均按压力边界设计，能够确保电机外壳压力边界的安全性和可靠性;电机绕组内埋设了三支铂电阻温度计，并通过专门的测温接线盒与外部二次仪表连接，更能直接准确地监测电机绕组的温度，配合电机隔热屏内腔的一次水温度的监测，基本上能够监测到电机运行温度的变化和异常;电机机壳外壁有一个水冷系统，该冷却水是电机绕组散热的主要途径，是保证电机长期稳定运行时绕组温度不超出正常范围的一个必要因素。
3 KSB型炉水泵电机与屏蔽式定子炉水泵电机的主要性能指标
KSB型炉水泵电机与屏蔽式定子炉水泵电机主要性能指标的对比见表1。
表1 两种炉水泵电机的主要性能指标对比
4 新型炉水泵电机的主要优势
4.1 电机绕组的寿命大幅提高
由于新型炉水泵电机的绕组不与介质水直接接触，始终处于“干态”，正常情况下，绕组的绝缘系统寿命大于10年，电机寿命的瓶颈点不再是绕组线、接头及引出线处的绝缘电阻下降问题，绕组的可靠性也大幅提高，影响电机寿命的节点转移至易损件(导轴承、轴套、推力瓦、推力盘等)的寿命和电机运行使用状况上，只要能够对电机及其附件做到正常保养、维护、运行，不出现如屏蔽套破裂等特殊故障，造成介质水进入绕组腔，绕组的寿命就不会提前结束;另外，泵机组无论是冷态运行还是热态运行，电机始终没有过载工况，既没有对电机有力的冲击，也不会出现对绕组的热冲击。这些都有利于提高绕组的运行寿命。
4.2 电机能够耐一定的热冲击
在湿定子炉水泵电机实际运行中，偶尔会发生短时锅炉水从泵侧“倒灌”入电机的现象(注:在该电机运行时，不允许锅炉水倒灌入电机)。虽然隔热屏的水温监测装置上会有报警显示，但大多数情况下，拆机检查发现绕组的上端部绝缘护套及主绝缘有变形、变色现象。这主要是因为高温锅炉水直接作用在耐热等级较低的防水电磁线上，造成绝缘受热后产生变化。
新型炉水泵电机绕组也被屏蔽套包罩起来，若出现上述情况时，一方面绕组的耐热等级要高，另一方面锅炉水不能直接到达绕组线上，外围结构件会隔离一部分热量或延长热响应时间。
当然，运行中应尽量避免这样的意外情况发生，若倒灌的时间较长，产生的温度则较高，毕竟锅炉水的温度要远高于绕组的耐热等级，严重时也会烧毁电机。
4.3 电机的故障诊断更直观，维护更方便
新型炉水泵电机运行监控更直观，易于故障诊断与判定，基本能够区分出电机定子、转子、机械、温度和轴承磨损等方面的故障现象，可以根据实际情况采取相应的措施加以解决。只要不是电机屏蔽套和绕组的故障，一般的检修和故障处理，在电站现场就能实施，而不需要返回原制造厂进行检修，缩短了维修周期。
4.4 新型炉水泵电机使电站运营效益更佳
电机的高寿命可延长其检修周期，大幅降低维修工作量，减少停机维修带来的经济损失炉水泵电机悬挂于几十米高空，拆卸和安装的工作量很大。在有备品电机的情况下，拆卸旧机、安装新机，加上锅炉启、停的时间，至少要4天，一台300MW机组停机4天的损失约为:0.08元.kWh×(300000kW.h×24h.天×4天)=230万元。这还不包括维修的直接费用。另外，故障电机的检修费用大幅降低。新型炉水泵电机的主要故障形式是易损件的磨损，主要检修工作内容是更换以及清洗电机内腔，这些工作在电站就能够完成，费用较低;而湿定子电机的主要故障是绝缘系统，其绕组维修与更换必须返回制造厂才能完成，这样的费用约为40～50万元左右。虽然新型炉水泵电机的效率略低一些，正常情况下锅炉有2台泵同时运行，每年要多消耗25万kWh的电能(相当于300MW汽轮发电机停机1h的发电量)，但相对于湿定子电机的日常维护、检修、故障电机的修理以及故障频发度来讲，其运营费用要小得多，因而能大大提高电站的运营效益。
5 结束语
随着用户对半屏蔽电机的深入了解，作为电站工程升级换代的配套产品，将会有越来越多的用户选择使用新型炉水泵电机。可以预言，这种新型炉 水泵电机有着广阔的应用前景和市场潜力。
作者简介：索文旭(1970-)，男，主任工程师，从事特种电机的开发设计工作。
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