一起深井泵電機(jī)繞組絕緣降低的原因分析

王海濤

摘 要： 通過(guò)對(duì)一起深井水泵電機(jī)絕緣降低，繞組燒毀故障的原因分析，對(duì)導(dǎo)致故障的原因進(jìn)行了查找并進(jìn)行電纜截面計(jì)算，通過(guò)增加電纜截面降低電壓降，達(dá)到深井泵電機(jī)的機(jī)端電壓要求。

關(guān)鍵詞： 電機(jī)絕緣；電壓降；電纜截面

1、故障現(xiàn)象：

2017年8月某日我單位生活區(qū)1#深井泵在運(yùn)行中因電流突然增大停機(jī)，后電氣人員對(duì)電機(jī)進(jìn)行絕緣測(cè)試，電機(jī)對(duì)地絕緣電阻0.2MΩ；后又啟動(dòng)運(yùn)行1小時(shí)左右跳機(jī)，電機(jī)絕緣為0，后提泵解體后電機(jī)繞組燒毀。我單位生活區(qū)深井泵井下深度300米，靜水位270米，配套電機(jī)YQS250-132井用潛水三相異步電機(jī)，電機(jī)功率132kW，額定電壓380V，額定電流260A；電機(jī)電源電纜為JHS型防水橡套電纜，電纜截面為95mm2銅芯。

2、故障原因分析：

2.1故障判定

電機(jī)解體后檢查發(fā)現(xiàn)定子繞組發(fā)熱變色，造成相間短路。調(diào)取運(yùn)行記錄，電機(jī)正常運(yùn)行電流在250-260A波動(dòng)，負(fù)荷電流較為平穩(wěn)，水泵額定出水量為80m3/h，實(shí)際出水量為60-70m3/h；從運(yùn)行情況上看，電機(jī)沒(méi)有過(guò)載運(yùn)行，為何會(huì)導(dǎo)致定子繞組發(fā)熱。

后通過(guò)對(duì)電機(jī)手冊(cè)的解讀，電機(jī)額定電壓是指電機(jī)出線接線端子處的電壓，而此水泵電機(jī)距電氣柜距離300米，電機(jī)供電電纜310米，會(huì)不會(huì)是由于電源電壓由于電纜壓降導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行電壓達(dá)不到規(guī)定值，一般為額定電壓的+10～-5%。

2.2原因分析

現(xiàn)電纜采用的單芯95 mm2銅芯JHS型防水橡套電纜，為了確定電壓降是否超過(guò)規(guī)定值，現(xiàn)對(duì)電纜進(jìn)行了核算。

傳統(tǒng)的電纜截面選擇方法可分為4類：①按允許發(fā)熱條件選擇，也就是按允許載流量選擇；②按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇；③按允許電壓損失校驗(yàn)；④按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)。根據(jù)上述方法對(duì)現(xiàn)使用的電纜進(jìn)行計(jì)算：

2.2.1按允許載流量進(jìn)行計(jì)算：

一般規(guī)定運(yùn)行中的導(dǎo)體電纜溫度應(yīng)不超過(guò)規(guī)定的長(zhǎng)期允許工作溫度：JHS型防水橡套電纜65℃。根據(jù)這一原則，在選擇電纜截面時(shí)，必須滿足下列條件：

Imax≤I0K

式中：Imax——通過(guò)的最大連續(xù)負(fù)荷載流量（A）；

I0 ——指定條件下的長(zhǎng)期允許載流量（A）；

K ——長(zhǎng)期允許載流量修正系數(shù)。

根據(jù)上述條件查電纜手冊(cè)得：?jiǎn)涡俱~芯橡套絕緣電纜1×95mm2，最大連續(xù)負(fù)荷載流量為345（A），25℃。由于敷設(shè)在深井井管內(nèi)，管內(nèi)設(shè)計(jì)溫度最高為20℃，溫度修正系數(shù)K按1.0選擇。

通過(guò)溫度的修正后該電纜的連續(xù)負(fù)荷載流量為345（A），滿足電機(jī)額定電流260（A）的要求。

2.2.2按經(jīng)濟(jì)電流密度進(jìn)行計(jì)算：

從工程投資考慮電纜導(dǎo)體截面的選擇，不僅要考慮電纜線路的初始成本，還要同時(shí)考慮電纜在壽命期間的電能損耗成本，因此要從經(jīng)濟(jì)電流密度來(lái)選擇電纜截面。

由于采用單芯電纜，在井管中敷設(shè)，年負(fù)荷利用小時(shí)按3000～5000小時(shí)考慮，按表1經(jīng)濟(jì)電流密度2.25 A/mm2考慮，按照下式計(jì)算電纜截面Sj。

式中：Imax——最大負(fù)荷電流（A）；

J——經(jīng)濟(jì)電流密度（A/mm2）；

計(jì)算得出Sj=260/2.25=115.56 mm2，無(wú)法滿足要求。宜采用截面為120mm2的電纜。

2.2.3按允許電壓損失進(jìn)行計(jì)算：

當(dāng)電流通過(guò)電線電纜時(shí)，由于線路中存在阻抗，必然產(chǎn)生電壓損失（電壓降），線路越長(zhǎng)，截面越小，電壓的損失越大，即電壓降越多。所以一般規(guī)定：照明線路中允許相對(duì)電壓降不應(yīng)超過(guò)2.5～5%，戶內(nèi)動(dòng)力線路不應(yīng)超過(guò)4～6%允許值，輸配電線路不應(yīng)超過(guò)7%。如果線路電壓降超過(guò)允許值，設(shè)備的供電電壓將無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。這種情況下應(yīng)適當(dāng)增大電纜截面，使之達(dá)到要求。

在低壓線路中，當(dāng)給定了負(fù)載的電功率P，送電距離L，所允許的相對(duì)電壓降為ε時(shí)，則電纜截面Sj按下式計(jì)算：

式中：P——負(fù)載的電功率（KW）；

L——送電線路距離（m）；

C——根據(jù)導(dǎo)體材料及送電電壓確定的線路功率系數(shù)（見(jiàn)下表2）

ε——允許的相對(duì)電壓降（%）

根據(jù)深井泵現(xiàn)場(chǎng)情況已知L=310m P=132KW ε=5，表中查得C=76.5

代入上式：S=（132×310）÷（76.5×5）=106.98mm2>95 mm2

應(yīng)選擇線路截面為120mm2的電纜方能滿足電動(dòng)機(jī)接線處電壓降不大于5%的要求。

2.2.4按機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校驗(yàn)：

一般電纜截面大于16 mm2時(shí)，機(jī)械強(qiáng)度滿足要求。

通過(guò)上述計(jì)算發(fā)現(xiàn)，按允許發(fā)熱與條件按機(jī)械強(qiáng)度校驗(yàn)選擇95 mm2電纜滿足要求，但是按經(jīng)濟(jì)電流密度與允許電壓損失校驗(yàn)計(jì)算電纜的截面偏小，應(yīng)選擇120 mm2的電纜。而當(dāng)電機(jī)機(jī)端電壓降低時(shí)會(huì)造成電機(jī)定子繞組發(fā)熱，電機(jī)的輸出功率降低。

3 處理措施

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果分析，由于電纜選擇截面偏小，造成電纜運(yùn)行電壓降超過(guò)允許范圍，導(dǎo)致深井泵電機(jī)機(jī)端電壓偏低，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行定子繞組發(fā)熱，絕緣降低后電機(jī)繞組短路停機(jī)。隨后對(duì)此深井的電纜進(jìn)更換為120 mm2的電纜，同時(shí)訂購(gòu)電纜對(duì)其余幾臺(tái)深井泵的電纜也進(jìn)行分批更換。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)這起故障的分析，發(fā)現(xiàn)雖然初期深井泵采用的電纜截面雖在電纜的發(fā)熱條件下滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，但是對(duì)于電纜的電壓降并未進(jìn)行校驗(yàn)，致使在運(yùn)行過(guò)程中電纜的電壓降超過(guò)允許范圍，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行電壓偏低。今后對(duì)于此類長(zhǎng)距離電纜供電線路，必須從幾個(gè)方面進(jìn)行校驗(yàn)，已達(dá)到設(shè)備的規(guī)定使用要求，有效的防范了此類問(wèn)題的發(fā)生。endprint