成占五

（廣東省陽(yáng)江市機(jī)電排灌管理總站 廣東 陽(yáng)江 529500）

大型潛水泵與傳統(tǒng)長(zhǎng)軸軸流泵相比，具有建設(shè)周期短、安裝調(diào)試方便快捷、運(yùn)行溫度低、噪音小等優(yōu)點(diǎn)，隨著潛水電泵在密封、絕緣、冷卻和監(jiān)控等方面有了長(zhǎng)足進(jìn)展，成功地實(shí)現(xiàn)了水泵和出水管道的自動(dòng)耦合，輔以PLC自動(dòng)控制技術(shù)，潛水泵站目前已廣泛應(yīng)用于城市防洪排澇工程中，陽(yáng)江市城市防洪工程（首期）馬南水閘電排站就是其中一例。

1 工程概況

馬南水閘電排站為堤身式泵站，與自排水閘聯(lián)合調(diào)度使用，安裝了5臺(tái)南京藍(lán)深泵業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)的1600ZDB-125型10kV高壓潛水軸流泵機(jī)組，單機(jī)容量為450kW，機(jī)組具有測(cè)溫、測(cè)電流、除濕等功能。自動(dòng)控制系統(tǒng)采用分步自動(dòng)方式，由長(zhǎng)沙華能自控公司提供。泵站所在地陽(yáng)江市是我國(guó)南方沿海潮濕地區(qū)，空氣濕度很大。由于機(jī)組長(zhǎng)期處于潮濕污濁的水中，一年之中開(kāi)機(jī)運(yùn)行排澇的時(shí)間很少，機(jī)組絕緣性能降低，對(duì)及時(shí)防洪排澇造成影響。分析機(jī)組絕緣下降原因，并找出合理解決辦法是當(dāng)下泵站管理人員亟待探討的問(wèn)題。

2 機(jī)組絕緣下降的原因

2.1 運(yùn)行工況變化

馬南水閘電排站承擔(dān)著城市防洪排澇的任務(wù)，在汛期特別是在臺(tái)風(fēng)或者洪水期間，馬南河水位超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)水位甚至達(dá)到警戒水位時(shí)，排澇機(jī)組因揚(yáng)程增加將導(dǎo)致水泵軸功率上升，水泵超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，容易引起電動(dòng)機(jī)過(guò)載造成絕緣老化。此外，排澇期間，由于馬南河垃圾雜物很多，因工程資金投入原因，泵站僅設(shè)有一道人工攔污柵，雜物擁堵已成常態(tài)，致使上游來(lái)水不暢，流態(tài)紊亂，機(jī)組負(fù)荷變化大、承載不均，甚至出現(xiàn)機(jī)組頻繁啟?，F(xiàn)象，不可避免地導(dǎo)致電機(jī)絕緣老化加速。

2.2 設(shè)備自身因素

由于定子繞組與定子鐵芯、槽楔材質(zhì)不同，開(kāi)機(jī)期間，定子線圈溫度上升較鐵芯快，其膨脹程度大于定子鐵芯和槽楔；而當(dāng)機(jī)組頻繁啟?；蜇?fù)載波動(dòng)較大時(shí)，根據(jù)定子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其繞組線圈被嵌套在定子槽道內(nèi)，由于熱脹冷縮現(xiàn)象和長(zhǎng)期運(yùn)行后絕緣材料特性的變化，槽楔就會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象；此外，運(yùn)行中的線圈由于受到不斷交變的徑向電磁力的作用而發(fā)生振動(dòng)，定子線圈防電暈層逐漸磨損，將會(huì)引起電動(dòng)機(jī)槽部定子線圈表面與槽楔、槽壁之間失去良好接觸而產(chǎn)生火花放電，最終造成電動(dòng)機(jī)定子絕緣降低或損壞。

2.3 電機(jī)所處環(huán)境

潛水泵機(jī)組長(zhǎng)期處于水中，電機(jī)與水泵之間采用串聯(lián)式機(jī)械密封，泵內(nèi)設(shè)置有油室漏水報(bào)警、電機(jī)組繞過(guò)熱保護(hù)、電機(jī)腔內(nèi)防凝露裝置、接線盒漏水等裝置。但由于水泵電機(jī)長(zhǎng)期浸泡于水中，水汽分子浸入必然導(dǎo)致電機(jī)絕緣緩慢下降，如不及時(shí)處置，會(huì)引起機(jī)組不能啟動(dòng)，強(qiáng)行啟動(dòng)將會(huì)造成機(jī)組損壞等重大損失。

3 改善絕緣電阻的措施

3.1 改善機(jī)組運(yùn)行工況

合理調(diào)節(jié)機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)間和開(kāi)機(jī)順序，盡可能地將機(jī)組運(yùn)行區(qū)間設(shè)置在水泵高效區(qū)范圍內(nèi)，盡量避免極低或極高水位運(yùn)行。馬南站在泵站運(yùn)行計(jì)算機(jī)操作界面上，特別設(shè)置了機(jī)組允許開(kāi)機(jī)的最低水位，避免了因水位過(guò)低被強(qiáng)行開(kāi)機(jī)的可能。

在泵站開(kāi)機(jī)抽排期間，加強(qiáng)監(jiān)控，在保證人員安全的前提下，及時(shí)疏通攔污柵前被水流沖來(lái)的垃圾雜物，停泵期間經(jīng)常組織人員打撈處理。

3.2 加強(qiáng)絕緣監(jiān)測(cè)

為及時(shí)掌握機(jī)組絕緣水平，馬南站制訂了絕緣電阻檢測(cè)記錄管理制度，要求電工人員定期測(cè)量機(jī)組對(duì)地絕緣電阻和吸收比，并把檢測(cè)記錄數(shù)據(jù)繪制成機(jī)組絕緣電阻檢測(cè)記錄趨勢(shì)圖，通過(guò)該圖，我們可以大體掌握機(jī)組絕緣水平。一旦機(jī)組絕緣電阻低至電機(jī)額定絕緣電阻，則開(kāi)機(jī)運(yùn)行30min后重新測(cè)量。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB755《旋轉(zhuǎn)電機(jī)基本技術(shù)要求》中規(guī)定，電機(jī)在達(dá)到工作溫度或溫升試驗(yàn)后，繞組相間或繞組對(duì)機(jī)殼的熱態(tài)絕緣電阻R應(yīng)不低于電機(jī)額定絕緣電阻RN。RN計(jì)算公式為：

式中，UN———電機(jī)額定電壓（V）；

PN———電機(jī)額定功率（kW）。

計(jì)算出馬南站10kV、450kW機(jī)組的絕緣電阻值為9.96MΩ，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，馬南站采取設(shè)備廠家提供的絕緣電阻值32MΩ作為標(biāo)準(zhǔn)參考。

按照規(guī)定，電機(jī)60 s時(shí)的絕緣電阻R60與15 s時(shí)的絕緣電阻R15的比值K應(yīng)大于1.3。對(duì)于大型電機(jī)吸收電流衰減過(guò)程延長(zhǎng)至數(shù)分鐘的情況，可用10min絕緣電阻和1min絕緣電阻的比值作為參考。

K值小則表示絕緣結(jié)構(gòu)的安全性能差。當(dāng)所測(cè)的絕緣電阻值低于規(guī)定的數(shù)值時(shí)，須進(jìn)行干燥，提高絕緣電阻和電氣強(qiáng)度，以保證電機(jī)安全起動(dòng)、穩(wěn)定運(yùn)行。

因此，密切留意機(jī)組絕緣電阻和吸收比的變化情況，成為泵站日常管理過(guò)程中的重點(diǎn)，是確保機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。

3.3 改善機(jī)組絕緣電阻的措施

機(jī)組絕緣下降后必須對(duì)電機(jī)進(jìn)行干燥處理。常用處理方法有：電機(jī)自帶防潮電加熱裝置、三相交流電干燥法、勵(lì)磁線圈干燥法、外置熱源干燥法。勵(lì)磁線圈干燥法也叫渦流干燥法，即在電動(dòng)機(jī)定子線圈鐵芯上繞上勵(lì)磁線圈，并通入交流電，使定子產(chǎn)生磁通，依靠其鐵損來(lái)干燥電動(dòng)機(jī)定子，這種方法的缺點(diǎn)是操作復(fù)雜，不通用；外置熱源干燥法通常用于干燥小型電機(jī)，不適用于馬南站這樣的大型電機(jī)。

3.1.1 啟動(dòng)機(jī)組運(yùn)行，改善絕緣電阻

馬南站潛水電泵機(jī)組安裝了防潮電加熱裝置，平時(shí)始終處于工作狀態(tài)。如果機(jī)組絕緣電阻允許開(kāi)機(jī)運(yùn)行，我們則利用電機(jī)本身銅損加熱，提高絕緣水平。在進(jìn)水池水位滿足開(kāi)機(jī)條件下，開(kāi)泵運(yùn)行30分鐘，通過(guò)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行加熱消除濕汽，從而達(dá)到提升機(jī)組絕緣水平的目的。

3.1.2 三相交流電干燥法

冬季馬南河水位很低，無(wú)法滿足開(kāi)機(jī)條件，或機(jī)組絕緣電阻已低至不能啟動(dòng)機(jī)組運(yùn)行，則采用三相交流電干燥法。

（1）三相交流電干燥法的工作原理。

將電機(jī)通入低壓電流，利用電機(jī)本身的銅損來(lái)加熱。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子繞組形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)也在定子繞組感應(yīng)出反電勢(shì)，也就是我們說(shuō)的感抗，起到阻止電機(jī)定子電流增加的作用。

電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與加給電機(jī)的電壓的平方成正比，所加電壓越低，電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也會(huì)急劇下降，當(dāng)電壓下降到使電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，上述反電勢(shì)也沒(méi)有了，電機(jī)就像接在電源中的一個(gè)電感元件，只有其自身的電阻和電感，自然電流會(huì)大大增加。電機(jī)的溫度會(huì)急劇升高，由于三相交流電外特性，電機(jī)將在短時(shí)間內(nèi)燒毀，因此，電機(jī)在干燥時(shí)不允許發(fā)生電機(jī)堵轉(zhuǎn)。

（2）操作要求。

干燥所使用電壓一般是電機(jī)額定電壓的4%～10%，馬南站電機(jī)額定電壓為10kV，所使用的干燥電壓400V為額定電壓的4%，滿足要求。將400V三相交流電通入電機(jī)定子繞組，無(wú)論采取何種接線方法，通過(guò)可調(diào)電阻將通入定子繞組電流控制在額定工作電流的30%～50%之間，得到的效果較好，既不會(huì)因電流過(guò)大破壞繞組絕緣，又不會(huì)因電流太小烘干溫度不夠，達(dá)不到干燥效果。采用此方法時(shí)，應(yīng)注意以下五點(diǎn)：

①機(jī)組必須可靠接地，防止觸電事故。

②對(duì)繞線異步電機(jī)，為避免電刷和滑環(huán)局部過(guò)熱，應(yīng)在轉(zhuǎn)子引出線或滑環(huán)接線螺栓位置短路轉(zhuǎn)子繞組。

③注意防止轉(zhuǎn)子局部過(guò)熱區(qū)域溫度超過(guò)加熱允許溫度。

④電機(jī)升溫不能過(guò)快，溫度上升速度一般為（5～8）℃ /h。

⑤在干燥過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)測(cè)量繞組溫度及絕緣電阻，用溫度計(jì)測(cè)量的溫度不得超過(guò)80℃，開(kāi)始每15min記錄一次，以后每1 h記錄一次。當(dāng)絕緣電阻達(dá)到規(guī)定值并穩(wěn)定2～3小時(shí)后，可停止干燥。

圖1 烘干接線示意圖

如通入三相交流電不能滿足要求，則應(yīng)采用直流電焊機(jī)進(jìn)行直流電加熱干燥。采用直流電進(jìn)行干燥時(shí)，電流值及繞組溫度與單相交流電的方法相同。

4 推動(dòng)泵站技改，加裝自動(dòng)清污機(jī)械和靜態(tài)絕緣電阻監(jiān)控儀

馬南站因工程總投資原因，沒(méi)有安裝自動(dòng)清污機(jī)械，僅有一道人工攔污柵。開(kāi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，柵前垃圾雜物影響了機(jī)組進(jìn)水流態(tài)，降低了機(jī)組運(yùn)行工作效率。人工清污效率低下，不能使進(jìn)水池水流變得平順，消除水泵運(yùn)行工況不佳的問(wèn)題，應(yīng)積極爭(zhēng)取開(kāi)展泵站技術(shù)改造，增設(shè)自動(dòng)清污機(jī)械，改善流態(tài)，延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命。

目前，我國(guó)大部分高壓潛水電泵生產(chǎn)廠家尚無(wú)對(duì)高壓潛水電機(jī)的靜態(tài)電阻的監(jiān)測(cè)，普遍采用的是對(duì)潛水電機(jī)在動(dòng)態(tài)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行監(jiān)測(cè)的保護(hù)措施。配備HDS-1型高壓潛水電泵靜態(tài)絕緣電阻監(jiān)控儀，是潛水電泵的一級(jí)保護(hù)。在10kV大型潛水泵休閑季節(jié)或停泵間隙，自動(dòng)、連續(xù)對(duì)高壓潛水電機(jī)的絕緣進(jìn)行監(jiān)控，提示預(yù)警或在使用前能及時(shí)、安全投入運(yùn)行。絕緣電阻靜態(tài)監(jiān)控儀作為對(duì)高壓潛水電機(jī)停機(jī)狀態(tài)下的絕緣電阻監(jiān)控措施，可極大地提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性，也可減少人為操作失誤引起的損失。

5 結(jié)語(yǔ)

大型高壓潛水電泵隨著生產(chǎn)工藝的提高已普遍應(yīng)用于城市防洪排澇工程中，機(jī)組絕緣問(wèn)題不及時(shí)解決將會(huì)造成重大財(cái)產(chǎn)和人員損失。監(jiān)控機(jī)組的絕緣電阻對(duì)保證機(jī)組正常安全運(yùn)行顯得尤為重要，作為泵站管理人員，應(yīng)始終保持高度的責(zé)任心，密切注意機(jī)組絕緣變化情況，保證機(jī)組安全運(yùn)行。陜西水利