Повреждения электродвигателей на электростанциях

Надежная работа вспомогательных электродвигателей на электростанциях определяет надежность работы всего энергоблока в целом. Эксплуатационная надежность электродвигателей определяется конструкцией и качеством изготовления, условиями эксплуатации, периодичностью и качеством ремонта и др. Характер повреждений и причину отказов электродвигателей в процессе эксплуатации определяют степень надежности основных его узлов: обмотки статора и ротора, подшипников и др. Используя данные об отказах электродвигателей, определяют наименее надежные элементы конструкции и разрабатывают мероприятия по повышению их надежности и долговечности, увеличению межремонтного периода и т. п., а также планируют сроки технического обслуживания и ремонта, периодичность и объем испытаний (электрических, гидравлических, тепловых, механических), номенклатуру запасных частей, расход электротехнических материалов для ремонта и др.
Повреждения обмоток статоров. Срок службы корпусной и витковой изоляции обмоток статоров электродвигателей 6 кВ составляет 20—25 лет. Однако в процессе эксплуатации под действием различных факторов (электрической, тепловой и механических нагрузок, трения, вибрации, воздействия влаги, масла и агрессивных примесей) происходит старение изоляции и срок ее службы может значительно сократиться. Влияние этих факторов зависит от места установки, режима работы и конструктивного исполнения электродвигателей.
Отказ обмотки статора происходит при работе электродвигателя или при проведении профилактических испытаний. Эксплуатационные высоковольтные испытания корпусной изоляции обмотки статора позволяют судить о ее состоянии; так как при этом испытания витковой изоляции не производятся, то ремонтный персонал не получает данных о ее состоянии. Образовавшееся витковое замыкание приводит к сильному локальному нагреву и, как следствие, к тепловому пробою корпусной изоляции.
С повышением температуры обмотки статора происходит интенсивное старение витковой и корпусной изоляции. Она теряет эластичность и становится хрупкой. Местные перегревы могут возникнуть из-за дефектов активной стали и некачественных паек. При оценке срока службы изоляции принимают, что для изоляции класса В срок ее службы сокращается вдвое с повышением температуры обмотки на 10 °С.
На электродвигателях типа ДАЗО имело место разрушение изоляции выводных проводников, соединяющих обмотку с выводами, вследствие их интенсивного нагрева из-за недостаточного сечения меди. Под действием повышенной температуры изоляция стала хрупкой. Повреждению способствовали также перемещения проводников под действием электродинамических усилий (например, при пусках электродвигателя) из-за недостаточно жесткого их крепления в корпусе статора.
Коммутационные перенапряжения возникают при включениях и отключениях электродвигателей. Вследствие этого на изоляцию катушек, расположенных ближе к выводам, действует большее напряжение, чем при нормальном режиме. Повреждение изоляции обмотки статора может происходить при длительной работе электродвигателя на двух фазах.
Однофазные замыкания на землю в сети 6 кВ собственных нужд также могут явиться причиной пробоя изоляции обмоток статоров нескольких электродвигателей, питающихся от этой сети, так как их изоляция оказывается при этом под линейным напряжением, превосходящим фазное в 1,73 раза.
К пробою изоляции может также привести местное или общее увлажнение изоляции и наличие агрессивных примесей в окружающей среде: паров кисло-щелочей, масла и др. Увлажнение обмотки статора может произойти из-за нарушения герметичности воздухоохладителей тина вода — воздух; появления воды на наружных поверхностях трубок воздухоохладителей, вызванного конденсацией паров при подаче в воздухоохладитель слишком холодной воды; нарушения герметичности системы непосредственного водяного охлаждения; протечек арматуры тепломеханического оборудования и сальниковых уплотнений насосов; попадания атмосферных осадков в двигатель и коробку выводов; попадания воды в систему вентиляции; при гидроуборке помещений.
В связи с маневренностью энергоблоков, работающих в режимах регулирования нагрузки, и с остановами в резерв на выходные дни значительно увеличилось количество пусков электродвигателей собственных нужд, что отрицательно сказалось на состоянии крепления обмотки в пазовой и лобовой частях. При пуске электродвигателей с короткозамкнутым ротором возникают толчки тока, в 5—7 раз превышающие его номинальные значения, которые создают в обмотке большие динамические усилия. Эти усилия (до 50-кратного значения номинальных) сказываются преимущественно на лобовых частях обмотки статора, вызывая их деформацию и появление местных дефектов изоляции в виде трещин. Дефекты чаще образуются в местах выхода секций из паза, где возникают наибольшие механические напряжения в изоляции при деформации лобовых частей. Еще большие электродинамические усилия возникают при пусках электродвигателей с приводом, вращающимся в обратном направлении (например, вследствие пропусков шиберов, задвижек и др.).
Недостаточно жесткое крепление отдельных элементов обмотки статора электродвигателей, работающих в режимах частых пусков, приводит к усталостным повреждениям меди проводников катушечных перемычек, выводов и др. Усталостные трещины появляются без заметной пластической реформации. Анализ многочисленных изломов межкатушечных перемычек обмотки статора электродвигателей типа ДАЗО 13-50-4, СДМЗ-20- 49-60 и АНЗ-16-44-12 показывает, что профиль излома состоит из двух четко выраженных областей: одной — с грубой шероховатой кристаллической поверхностью, являющейся усталостной зоной, другой — с гладкой бархатистой поверхностью, являющейся зоной мгновенного разрушения.

Рис. 2. Деформация лобовых частей обмотки статору
Одна из причин, способствующая  этому процессу,— изменение структуры меди вследствие отклонения технологического режима пайки меди медно-фосфористым припоем. Поэтому при перемотках обмоток статоров с использованием старой меди (замена корпусной и витковой изоляции) необходимо тщательно контролировать и осматривать выводные концы катушек и не допускать пережога меди при пайке.
Некачественный ремонт или технически необоснованное увеличение межремонтного периода приводит к резкому ухудшению состояния крепления обмотки. В процессе эксплуатации при работе электродвигателя в анормальном режиме могут возникнуть необратимые деформации обмотки, вызывающие большие повреждения и необходимость ее полной перемотки с заменой изоляции (рис. 2). Амплитуды колебаний и перемещений элементов обмотки при ослаблении ее крепления увеличиваются, что ведет к дальнейшему ослаблению и обрыву шнуровых бандажей, ослаблению и выпаданию подклиновых прокладок и пазовых клиньев, деформации бандажных колец, перетиранию изоляции в местах контакта с активными частями и деталями крепления.
В процессе эксплуатации иногда повреждается корпусная изоляция катушек в пазовой части из-за некачественной шихтовки сердечника статора, если отдельные острые кромки сегментов активной стали выступают в паз при выкрашивании отдельных листов (особенно крайних пакетов). Это происходит из-за того, что лист магнитной стали, вибрируя в переменном магнитном поле, перерезает изоляцию до меди. Механические повреждения изоляции обмотки статора «происходят также вследствие попадания посторонних предметов в двигатель.