注水泵電機過熱原因分析及對策

李寧會

（長慶油田公司設(shè)備管理處，西安710021）

注水泵電機過熱原因分析及對策

李寧會

（長慶油田公司設(shè)備管理處，西安710021）

解決往復(fù)式注水泵電機過熱問題，根據(jù)電機溫度的標(biāo)準(zhǔn)、注水泵電機功率配備的標(biāo)準(zhǔn)，測試了注水泵的實際工況和電機實際功率，分析了可能過熱的原因，認為泵電機實際功率達不到額定功率、使用變頻器、供電質(zhì)量差是電機過熱的原因。

電機；過熱；對策

0 前言

長慶油田公司現(xiàn)有1513臺注水泵，均為往復(fù)柱塞泵，皮帶傳動。近年，注水泵電機過熱、燒毀現(xiàn)象比較嚴(yán)重。2014年夏天有200多臺電機過熱，有55臺電機另設(shè)獨立風(fēng)扇。采油十廠的慶三注、慶四注、慶三聯(lián)3個注水站，共有12臺注水泵，2014年共燒毀10臺電機。注水泵電機過熱問題對注水影響很大。

1 過熱標(biāo)準(zhǔn)

長慶油田注水泵所配電機多是F級絕緣，IP54防護等級的三相異步電機。根據(jù)GB/T 20113-2006《電氣絕緣結(jié)構(gòu)熱分級［S］》，F(xiàn)級絕緣的最高工作溫度為155℃，即繞組工作溫度不能超過155℃。根據(jù)經(jīng)驗，從繞組到機殼表面的溫差，F(xiàn)級為30℃，B級為10℃。那么F級絕緣的電機表面溫度在125℃以下都是可以使用。但實際上，許多電機若表面溫度長期超過85℃，就很容易損壞，原因是很多F級絕緣的電機都是依據(jù)《GB/T 28575-2012 YE3系列超高效率三相異步電動機技術(shù)》等各種GB/T、JB/T的電機技術(shù)條件，按B級絕緣考核。因為GB/T 20113-2006《電氣絕緣結(jié)構(gòu)熱分級［S］》“最高工作溫度允許不同于EIS的耐熱等級”。

根據(jù)《GB 1032-2012三相異步電動機試驗方法［S］》表3規(guī)定，在冷卻介質(zhì)為25℃時，繞組基準(zhǔn)溫度F級為115℃，B級為95℃。在冷卻介質(zhì)為25℃時，按“基準(zhǔn)溫度-繞組至電機外表的傳導(dǎo)溫差=表面溫度”計算，從電機表面測量，F(xiàn)級和B級溫度超過85℃為過熱。

根據(jù)《GB 755-2008旋轉(zhuǎn)電動機定額和性能［S］》表7的規(guī)定，200～5000 kW的電機交流繞組溫升極限，用埋置檢溫計法測量F級絕緣為115℃、B級絕緣為90℃。假設(shè)環(huán)境溫度25℃，按“環(huán)境溫度+溫升極限-繞組至電機外表的傳導(dǎo)溫差=表面溫度”計算，標(biāo)稱F級絕緣按B級絕緣考核的電機表面溫度極限是85℃。以下所說電機過熱指環(huán)境溫度25℃時，電機表面溫度在85℃以上。

2 過熱原因分析

電機過熱原因很多，長慶油田注水泵電機基本沒有室溫高、散熱不良、超載、軸承缺油、轉(zhuǎn)子掃膛、風(fēng)扇壞或進出風(fēng)口堵、星三角接線錯誤、維修后的電機性能下降、缺相、電機受潮、頻繁起動等因素造成的過熱。從以下4個方面進行分析。

2.1 核查泵廠家選配電機的額定功率

《GB/T 9234-2008機動往復(fù)泵［S］》規(guī)定：原動機的功率應(yīng)比運行狀態(tài)的最大功率高5%以上，包括為超過安全泄壓裝置設(shè)定壓力的余量。這個表述比較含糊，不便檢查。需要明確計算水功率時，用額定壓力還是用安全閥起跳壓力，用理論排量還是用額定（實際）排量?！禛B/T 7784-2006機動往復(fù)泵試驗方法［S］》規(guī)定的泵效是泵的輸出功率與泵的輸入功率之比，而6.5.1條規(guī)定泵的輸入功率為原動機的輸出功率。也就是說泵效中包含了皮帶效率。

以《GB/T 9234-2008機動往復(fù)泵［S］》表1中的＞20～31.5 MPa泵為例，取泵效率為0.84，容積系數(shù)為0.9，安全閥起跳壓力為1.05倍額定壓力，按實際排量=理論排量×容積系數(shù)，水功率N水=壓力×排量，額定水功率N額=額定壓力×額定（實際）排量，電機功率≥水功率÷泵效，可有以下幾種情況（表1）。根據(jù)GB，電機的額定功率至少要分別大于額定水功率的1.31倍以上。按這個標(biāo)準(zhǔn)核查在用的幾種泵，注水泵廠家都按標(biāo)準(zhǔn)配備了電機。不存在電機功率配小問題。

表1 不同壓力、排量定義組合

2.2 核查電機的實際功率

發(fā)現(xiàn)有的電機能力達不到額定值。有的泵在遠低于額定壓力時，電機遠低于額定功率時，電機過熱。如西259站的5DSB-33.6/25注水泵，排量、壓力均未達到額定值，溫度卻超限。同樣是280 kW，IP23防護等級，B級絕緣的Y355L1-6電機，1個廠家的重2057 kg，而另一個廠家的則僅有1710 kg；同樣是560 kW，IP23防護等級，F(xiàn)級絕緣的Y500-8電機，1個廠家的重5800 kg，而另一個廠家的則僅有4670 kg。表明后兩個廠家可能定子、轉(zhuǎn)子的長度不夠，實際功率可能達不到額定功率，兩個廠家的電機確實存在溫度高的問題。這種同型號、不同廠家的電機，重量相差較大的問題，在多種型號電機上發(fā)現(xiàn)。

2.3 在普通電機上使用變頻器

長慶油田近十年大量推廣變頻器，基本都是在普通電機上使用。注水泵用變頻器已有835臺，占55%。使用情況如下。

（1）降頻運行。電機風(fēng)扇輸出的風(fēng)量減小，易導(dǎo)致電機過熱?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)了許多這種情況。離心泵降頻降速時，泵的輸出功率以轉(zhuǎn)速的3次方下降，所以電機不會過熱。但在泵負荷較小時，也可能不過熱。如額定20 MPa的泵，在10 MPa工作，電機30 Hz運行時并不過熱。

（2）不降頻運行。實測靖三聯(lián)合站4號注水泵電機，型號YB2-355M2-4，工頻運行溫升36.7℃，變頻器下50 Hz運行溫升38.8℃。在變頻器驅(qū)動下50 Hz運行的電機比沒有變頻器時工頻下的電機溫升高20%［1，4］。

由于變頻器產(chǎn)生的脈沖電壓峰值大大高于額定電壓的許可波動范圍，對絕緣層有傷害，長期使用變頻器，會導(dǎo)致電機溫度升高［2］。不論那種形式的變頻器，在運行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電機在非正弦電壓、電流下運行。高次諧波會引起電機定子銅耗、轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉(zhuǎn)子銅（鋁）耗。因為異步電機是以接近于基波頻率所對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的，因此，高次諧波電壓以較大的轉(zhuǎn)差切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條后，便會產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應(yīng)所產(chǎn)生的附加銅耗。這些損耗都會使電機額外發(fā)熱，效率降低，輸出功率減小［3］。

2.4 供電質(zhì)量

根據(jù)《GB/T 1232電能質(zhì)量供電電壓偏差［S］》，正常電壓的波動范圍應(yīng)是±7%。根據(jù)《GB/T14549電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波［S］》，正常的電壓總諧波畸變率應(yīng)是小于5%。測試中發(fā)現(xiàn)某些注水站電壓、電壓總諧波畸變率超出范圍。

當(dāng)電壓過高時，導(dǎo)致電機的定子磁通接近飽和狀態(tài)，出現(xiàn)電流急劇增大，電機效率下降，發(fā)熱嚴(yán)重；當(dāng)電壓過低時，運行中的電機，負載一定時，為維持輸出功率，電流必然增大，電流增大繞組的電阻損耗大，從而電機溫升增高；三相電壓不平衡時，也會導(dǎo)致電機溫度升高。諧波電流會對電機引起附加鐵損和銅損，使設(shè)備溫升過高，降低絕緣強度，其次是產(chǎn)生振動并發(fā)出噪聲。抽測了21臺溫度高的電機。電壓超標(biāo)有3臺，諧波超標(biāo)有10臺，使用變頻器的12臺。

綜上所述，各個站的注水泵電機過熱原因不盡相同，是由多方面造成的，有電機廠家在電機實際功率方面的問題，有用戶使用變頻器的問題，有供電質(zhì)量問題。

3 對策

（1）對電機廠提出保證電機實際功率達標(biāo)的具體要求，電機出廠應(yīng)帶型式試驗報告，測試電機的冷態(tài)繞組電阻是否與型式試驗報告一致，三相繞組電阻是否一致。

（2）在往復(fù)式注水泵上使用變頻器時，應(yīng)同步使用變頻電機，變頻器的諧波應(yīng)在規(guī)定之內(nèi)。

（3）在現(xiàn)場進行負荷測試，驗證電機實際功率能否達到額定功率。在現(xiàn)場，當(dāng)注水泵在額定壓力、額定排量下長期工作時，電機表面溫度不應(yīng)超過85℃。

（4）改善供電質(zhì)量。調(diào)整電網(wǎng)，減少電壓波動范圍；減少三相不平衡；治理諧波污染。

［1］滿永奎，韓安榮.通用變頻器及其應(yīng)用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

［2］Roger c Dugan，etc.電力系統(tǒng)電能質(zhì)量［M］.中國電力出版社，2012.

［3］劉晉平.電網(wǎng)諧波對電動機運行的影響分析［J］.科研情報開發(fā)與經(jīng)濟，2006，16（23）:193-194.

［4］王耀榮，何志偉，胡少強.用變頻器供電時高次諧波對普通型電動機溫升的影響淺析［J］.電機電器技術(shù)，2004，（4）：14.

〔編輯 凌瑞〕

TE974

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.19