注水泵高壓電動(dòng)機(jī)過(guò)熱保護(hù)的故障綜和分析

張德軍 馬軍 何兵

摘 要：聯(lián)合站返廠檢修的3臺(tái)電動(dòng)機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行拆檢和試驗(yàn)，電動(dòng)機(jī)繞組耐壓試驗(yàn)（1.5倍工作電壓），轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)均合格，檢修未找到電動(dòng)機(jī)發(fā)熱原因，基于檢修和運(yùn)行工況對(duì)電動(dòng)機(jī)及注水泵進(jìn)行綜合工效數(shù)據(jù)分析，找出電動(dòng)機(jī)發(fā)熱的根本原因，從而杜絕電動(dòng)機(jī)過(guò)熱引發(fā)次生事故的可能性，本文從維護(hù)、運(yùn)行、故障去綜合分析。

關(guān)鍵詞：離心注水泵;高壓電動(dòng)機(jī);故障分析

聯(lián)合站3臺(tái)高壓離心注水泵2006年6月份投產(chǎn)投用，電動(dòng)機(jī)核定功率630kW、電流44.3A，電壓10kV三相異步隔爆型電動(dòng)機(jī)，截止到2020年8月31日1#、2#、3#電動(dòng)機(jī)分別運(yùn)行52239h、49793h、56422h，電動(dòng)機(jī)外殼均出現(xiàn)潤(rùn)滑油滲漏情況，2019年開(kāi)始電動(dòng)機(jī)頻繁出現(xiàn)軸承高溫報(bào)警停機(jī)故障，2020年6月間3臺(tái)電動(dòng)機(jī)4月初持續(xù)高溫報(bào)警，返回專業(yè)檢修廠檢修期間，均發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)繞組及腔體底部帶油有大約5mm厚的潤(rùn)滑油及凝結(jié)水。

1 電動(dòng)機(jī)故障的主要原因

①電動(dòng)機(jī)使用環(huán)境的影響。由于電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期使用在沙漠環(huán)境中，風(fēng)沙大特別是粉塵量大，工藝介質(zhì)溫度在相對(duì)封閉的廠房散發(fā)的熱量導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)，工作環(huán)境溫度上升，在夏季天氣高溫的工作環(huán)境下（最高氣溫40℃），致使絕緣加速老化造成電動(dòng)機(jī)損壞;

②定子繞組過(guò)熱的影響。現(xiàn)用的大中型高壓電動(dòng)機(jī)使用時(shí)間都在6～10年之后，由于工作環(huán)境惡劣，繞組超負(fù)載后過(guò)熱引發(fā)絕緣老化，這種故障返廠檢測(cè)才能發(fā)現(xiàn);

③電動(dòng)機(jī)軸承潤(rùn)滑油密封環(huán)磨損（見(jiàn)圖1），造成電機(jī)漏油，運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出端為負(fù)壓狀態(tài)，若軸承密封環(huán)磨損導(dǎo)致密封失效，軸承部位潤(rùn)滑油就會(huì)滲入電動(dòng)機(jī)空隙，潤(rùn)滑油附著線圈繞組表面，并可能對(duì)絕緣造成腐蝕;

④電動(dòng)機(jī)不正常振動(dòng)或噪音容易引起電機(jī)的發(fā)熱，這種情況是由于轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不好，以及軸承不良、轉(zhuǎn)軸彎曲，端蓋、機(jī)座、轉(zhuǎn)子不同軸心，緊固件松動(dòng)或電機(jī)安裝地基不平、安裝不到位造成的;

⑤電動(dòng)機(jī)空氣冷卻系統(tǒng)故障。該電機(jī)為風(fēng)冷式電動(dòng)機(jī)，尾部有一臺(tái)風(fēng)機(jī)吸入冷空氣，冷空氣與繞組運(yùn)行過(guò)程產(chǎn)生熱量通過(guò)電動(dòng)機(jī)上部的冷卻器進(jìn)行熱交換后，運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)非輸出端冷卻風(fēng)機(jī)吸入大量空氣，粉塵隨之進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，帶電粉塵進(jìn)入后附著在冷卻器內(nèi)表面，造成冷卻器內(nèi)表面熱阻及風(fēng)阻增大，繞組散發(fā)熱量不能很好攜帶，風(fēng)冷卻器在日常停機(jī)檢維修時(shí)一定要注意散熱管的內(nèi)壁清灰作業(yè)，可以有效避免電動(dòng)機(jī)溫升過(guò)高被迫停機(jī)。

2 電動(dòng)機(jī)常規(guī)保養(yǎng)過(guò)程中的問(wèn)題

聯(lián)合站3臺(tái)高壓電動(dòng)機(jī)2006年投產(chǎn)后，一般電動(dòng)機(jī)檢修周期是隨注水泵保養(yǎng)周期而定，2006年至2010年期間，3臺(tái)電動(dòng)機(jī)均完成1次返回電動(dòng)機(jī)維修廠檢修，2011年2#電動(dòng)機(jī)軸承骨架油封與電動(dòng)機(jī)軸接觸面磨痕，深度約2mm，依據(jù)從淺槽印跡判斷軸肩處有退火現(xiàn)象，造成表面硬度下降;冷卻風(fēng)機(jī)的葉輪動(dòng)平衡被破壞;2012年1#電動(dòng)機(jī)同樣問(wèn)題返廠檢修，對(duì)軸頸部位采取鍍鐵工藝修復(fù)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。2016年3#電動(dòng)機(jī)絕緣性能下降，返廠進(jìn)行絕緣處理，2019年7月3#電動(dòng)機(jī)繞組高溫報(bào)警后，返廠檢修，線圈做1.5倍耐壓試壓合格后，更換電動(dòng)機(jī)引線后返回，2020年5月～6月，2#和3#電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)冷卻風(fēng)機(jī)腔體氣相空間放電（電暈放電），依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采取灑水冷卻的方式，部分水汽從電動(dòng)機(jī)輸出端端蓋處吸入腔體后，形成電離層，當(dāng)繞組的雜散電流形成的電勢(shì)差達(dá)到一個(gè)峰值，在腔體兩端尖銳點(diǎn)放電?？紤]到電動(dòng)機(jī)繞組表面存水的情況，進(jìn)行干燥和絕緣處理。

3 注水泵葉輪減級(jí)改造后電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況

聯(lián)系站對(duì)注水泵2017年進(jìn)行減級(jí)改造，由10級(jí)降為7級(jí)，注水泵流量均超出額定值，2#泵流量達(dá)到100m3/h以上，3#泵流量達(dá)到130m3/h以上，出口壓力降低至10MPa，運(yùn)行過(guò)程中2#、3#電動(dòng)機(jī)軸承部位出現(xiàn)高溫，輸出端軸承部位溫度≥70℃，電動(dòng)機(jī)殼體表面溫度均在50℃以上，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間均不超過(guò)2h。對(duì)比1#泵電機(jī)高溫報(bào)警停機(jī)次數(shù)少，電動(dòng)機(jī)殼體表面溫度小于40℃，運(yùn)行工況平穩(wěn);

電動(dòng)機(jī)安裝在室內(nèi)，新疆夏季室外地表溫度均超過(guò)40℃，工藝介質(zhì)溫度入口為50±5℃，強(qiáng)制通風(fēng)機(jī)風(fēng)量8000m3/h，廠房容積為6000m3，室內(nèi)通風(fēng)量不能滿足需求，電動(dòng)機(jī)散發(fā)的熱量無(wú)法攜帶出廠房，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸承部位高溫75℃保護(hù)停機(jī)。

4 電動(dòng)機(jī)進(jìn)行效能計(jì)算

注水泵配用的YKK-500型電動(dòng)機(jī)根據(jù)國(guó)內(nèi)公開(kāi)的文獻(xiàn)資料，一般機(jī)械效率為75%～87%之間，本次計(jì)算采用86%計(jì)算，電動(dòng)機(jī)輸出有效視在功率542kW。

4.1 注水泵軸功率計(jì)算

流量為80m3/h，改造后揚(yáng)程1030m，（介質(zhì)為清水），聯(lián)合站污水的密度采用1.14，綜合機(jī)械效能0.9，重力加速度9.81。聯(lián)合站多級(jí)離心泵軸功率334kW，電動(dòng)機(jī)輸出功率541kW，目前配用功率630kW。注水泵葉輪減級(jí)改造后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際流量進(jìn)行計(jì)算得出如下結(jié)果：

4.2 結(jié)論

目前注水泵減級(jí)改造后，工頻狀態(tài)下，實(shí)際流量低于120m3/h，電動(dòng)機(jī)現(xiàn)有功率完全滿足要求，不會(huì)超負(fù)載運(yùn)行。當(dāng)流量超過(guò)120m3/h電動(dòng)機(jī)處于超負(fù)載運(yùn)行。根據(jù)目前運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，在額定流量80m3/h下進(jìn)行運(yùn)行，注水泵的綜合機(jī)械效率只有54%，達(dá)不到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的的要求，電動(dòng)機(jī)無(wú)功功率（在電容功率因數(shù)補(bǔ)償）預(yù)計(jì)占到40%以上。注水泵葉輪減級(jí)后，通過(guò)計(jì)算得知注水泵超流量運(yùn)行后，負(fù)荷過(guò)重導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)繞組發(fā)熱量增加，引起軸承部位長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，導(dǎo)致高溫報(bào)警頻繁停機(jī)，同時(shí)長(zhǎng)期高溫運(yùn)行引發(fā)電動(dòng)機(jī)繞組絕緣失效，軸承使用壽命縮短等問(wèn)題頻繁。

5 維修保養(yǎng)需要加強(qiáng)的措施

注水泵電動(dòng)機(jī)漏油，在3000h及8000h等級(jí)保養(yǎng)必須更換易損件擋油環(huán)和甩油環(huán)。監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)前后軸瓦側(cè)間隙并隨時(shí)調(diào)整，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子腔內(nèi)進(jìn)油采取清理底部潤(rùn)滑油。加強(qiáng)日常巡檢和例行保養(yǎng)，注意監(jiān)控機(jī)組潤(rùn)滑油漏失量，確保機(jī)組安全運(yùn)行。

6 建議

①制定電動(dòng)機(jī)返廠合理的檢修周期，制定電動(dòng)機(jī)返廠檢修隱患排查作業(yè)項(xiàng)目及檢修工序，由專業(yè)人員進(jìn)行檢測(cè)和預(yù)判;

②建議根據(jù)改造后的注水泵實(shí)際運(yùn)行參數(shù)，選擇配用功率在800kW電動(dòng)機(jī)確保，確保油田注水安穩(wěn)常滿優(yōu)的運(yùn)行;

③建立電動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)模型，有針對(duì)性開(kāi)展電動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，注水泵振動(dòng)監(jiān)測(cè)同時(shí)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)判發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)可能的故障，避免事故的發(fā)生。開(kāi)展站隊(duì)日常振動(dòng)監(jiān)測(cè)，通過(guò)定時(shí)定點(diǎn)的監(jiān)測(cè)，摸索振動(dòng)值分析振動(dòng)源;

④定期開(kāi)展能效測(cè)定，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，制定合理的運(yùn)行條件，避免超負(fù)載運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]周有均，周立新，謝嵐.高壓電機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)異常的分析與處理[J].新世紀(jì)水泥導(dǎo)報(bào)，2010（6）.

[2]劉世雄.一起高壓電機(jī)故障原因分析及對(duì)策[J].電工技術(shù)，2011（1）.

作者簡(jiǎn)介：

張德軍（1975- ），男，漢族，新疆庫(kù)爾勒市人，技師，主要從事設(shè)備管理工作。