雨水泵站電氣設(shè)施常見故障的快速診斷與分析

摘要：目前，國內(nèi)城市雨水提升泵站從建設(shè)規(guī)模、設(shè)備技術(shù)到管理水平都參差不齊。針對電氣設(shè)備故障進(jìn)行分類和重點(diǎn)研判，尋找一種快速診斷電氣故障點(diǎn)位的思路、方法和途徑，對泵站設(shè)備管護(hù)人員給予或多或少的技術(shù)指導(dǎo)，杜絕盲目維修保養(yǎng)甚至因小修變大修的現(xiàn)象發(fā)生，可確保泵站電氣設(shè)備的完好率和城市順利渡汛。

關(guān)鍵詞：雨水泵站；電氣故障；故障診斷

DOI：10.12433/zgkjtz.20232648

當(dāng)前，我國電氣、電子技術(shù)的快速發(fā)展，新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，電氣化自動(dòng)化程度日益提高，從事泵站電氣工作的人員逐年增加。對泵站常見電氣故障進(jìn)行剖析，熟悉掌握故障表現(xiàn)形式，在應(yīng)急情況下快速形成排查故障思路意義重大。

一、泵站電氣設(shè)施設(shè)備

城市雨水提升泵站工作任務(wù)單一，周期性強(qiáng)，進(jìn)入汛期一切工作為城市防汛讓路，泵站之于城市防汛如同人體的心臟，而電氣設(shè)備設(shè)施在泵站中扮演的防汛角色其重要性不言而喻，每年汛期前后進(jìn)入設(shè)備全面保養(yǎng)期，汛期到來全力備戰(zhàn)抗汛，周而復(fù)始。泵站電氣設(shè)備類別較多，按照功能分高（低）壓成套配電柜、變壓器、備用發(fā)電機(jī)組、水泵等電氣控制柜以及電纜等輔助電氣設(shè)施等。按照設(shè)備電源的性質(zhì)又分交流電源和直流電源兩種。

二、電氣設(shè)備故障分類

泵站電氣設(shè)備的動(dòng)力取自于二級負(fù)荷市電或自備柴油發(fā)電機(jī)組（200～1500KW），以某城市某新建自動(dòng)化程度較高的雨水提升泵站為例，終端動(dòng)力設(shè)備又有普通潛污泵或軸流潛污泵（功率較大22～185KW）、排污泵（功率較小7.5～15KW）、排水管道電動(dòng)閥門執(zhí)行器（功率較小）、進(jìn)排水電動(dòng)閘門執(zhí)行器（功率較小）、（反式）格柵除污打撈機(jī)（功率較小2.2～3.0KW）、除臭設(shè)備（功率1.5KW）、送排風(fēng)設(shè)備（功率1.5～3KW）等。電能通過以上電氣設(shè)備轉(zhuǎn)換成動(dòng)力機(jī)械能做功實(shí)現(xiàn)不同的功能，涉及電源、控制、傳輸和三相異步電動(dòng)機(jī)等。

常見故障有：設(shè)備送不上電、電機(jī)啟動(dòng)異常、啟動(dòng)時(shí)間過長致使不能順利切換到正常運(yùn)轉(zhuǎn)等。

（一）電源類故障

三相交流電缺相（多數(shù)高壓熔體熔斷）、欠電壓、斷路器故障以及電氣操作工對配電室停（送）電操作規(guī)程不熟悉等。

（二）終端負(fù)載設(shè)備及附屬設(shè)施類故障

設(shè)備繞組接地故障、電機(jī)繞組相間或電纜絕緣破損老化浸水致使相間短路故障、電機(jī)繞組或電纜斷路故障。

（三）控制回路故障

開關(guān)電源故障（如標(biāo)準(zhǔn)DC24V或DC12V開關(guān)電源無電壓輸出）、信號采集傳感器（變送器）故障（傳感器或集成變送器信號采集孔被異物封堵）、智能儀表串口或網(wǎng)口通訊故障、中間繼電器觸點(diǎn)燒蝕或粘連故障、控制元件老化殘缺、信號線短路或斷路等等。

三、電氣故障排查的基本思路與方向

第一，借助觀察控制柜、配電柜面板上的儀表。現(xiàn)場智能化儀表、中心控制室PLC（Programmable" Logic" Controler）柜以及觸摸屏等現(xiàn)代直觀數(shù)據(jù)讀取控制終端設(shè)備具有故障報(bào)警及數(shù)據(jù)記錄和查詢功能，有助于快速劃定故障范圍，找到疑似故障切入點(diǎn)。

第二，對具有代表性的設(shè)備故障重點(diǎn)研判，借助觀察儀表分析故障現(xiàn)象與特征并找到與之相聯(lián)系的設(shè)備作進(jìn)一步深度研判。

第三，切斷有關(guān)負(fù)載支路電源、斷開相關(guān)負(fù)載支路電線電纜，做好記錄標(biāo)記，并采取相應(yīng)的安全措施。

第四，借助檢測儀表探查。如數(shù)字萬用表、兆歐表、電橋、電纜故障尋線儀和鉗形表等。

四、排查故障的方法

（一）儀表示值比對法

該方法直觀、簡便、易操作，對電氣工程師快速劃定故障范圍能起到事半功倍的效果。

1.儀表

目前泵站逐步引入智能三相電流表、智能三相電壓表，而電壓表又有相電壓表和線電壓表之分。

2.劃定故障范圍

一旦正在運(yùn)行的低壓設(shè)備遭遇突然停電，依次從設(shè)備到電源，由低壓到高壓的順序排查，觀測三相電壓指示或指示燈，在哪一級出現(xiàn)無指示或者缺相等，要么無指示外線故障停電，要么此處以下線路或設(shè)備存在疑似故障，做好記錄，待進(jìn)一步探查分析確定。

（二）實(shí)物直觀法

對劃定范圍內(nèi)的電氣元器件、設(shè)施設(shè)備，沿線路走向網(wǎng)格式分塊、分項(xiàng)逐個(gè)檢查摸排，目測元器件顏色的變化、燒蝕的程度、結(jié)構(gòu)的物理變形，以及遺留氣味一起排查，大多能起到一步到位的效果。

依次拉下低壓設(shè)備開關(guān)和高壓設(shè)備開關(guān)，先查低壓后查高壓，先查電源后查負(fù)載，先查一次主線路后查二次控制回路（包括面板按鈕塑料掛鉤是否老化破損）。排查高壓柜牢記搖出手車式高壓斷路器，并懸掛“正在檢修，禁止合閘”標(biāo)牌和在設(shè)備周圍拉上“高壓危險(xiǎn)，嚴(yán)禁靠近”警示帶予以安全提示。

具體操作如下：首先，選準(zhǔn)方向，熟悉掌握電氣閉鎖，機(jī)械閉鎖以及電氣互鎖。沿電源側(cè)到負(fù)荷側(cè)，逐個(gè)打開柜門，分別對主電路線路的絕緣狀況、主電路及控制回路的線路絕緣及線路結(jié)點(diǎn)進(jìn)行一一排查，看有無燒蝕或線頭壓片松動(dòng)、斷裂現(xiàn)象。對于電磁式輔助裝置，銜鐵之間的端部、動(dòng)合觸點(diǎn)有無變形、動(dòng)合觸點(diǎn)之間有無異物滯留。對于儲能式斷路器，如果送不上電，觀察儲能設(shè)備是否良好。面板上的功能指示燈是否正常點(diǎn)亮，如果未點(diǎn)亮，打開配電柜最上一層小柜門，檢查微型斷路器是否推合正常，檢查該微型斷路器電源側(cè)接線端子是否有電，檢查操作電源（直流屏電源柜）是否異常。斷路器手柄“分/合”標(biāo)識與面板上的“分閘/合閘”功能旋鈕和“分閘/合閘”位置指示燈應(yīng)相互一一對應(yīng)，排除不一致。

（三）檢測工具測量法

借用萬用表、兆歐表、鉗形電流表（俗稱卡表或鉗表）、電橋。重點(diǎn)檢查線路電壓指標(biāo)、電氣通斷指標(biāo)、直流電阻指標(biāo)、電氣絕緣指標(biāo)、電流平衡指標(biāo)等。

1.萬用表

檢測交流接觸器線圈的直流電阻，線路電源電壓以及線路通斷等。

2.電橋法

測定電機(jī)定子繞組的直流電阻通常在冷態(tài)下進(jìn)行，小于一歐姆使用雙臂電橋，大于一歐姆使用單臂電橋，一種觀點(diǎn)認(rèn)為三相繞組電阻值與其平均值之差一般不超過4% 。一種觀點(diǎn)認(rèn)為各相電阻值之差（R直max[-]R直min）與三相平均值R平均值之比不得大于5%，過大可認(rèn)為繞組出現(xiàn)短路、斷路，焊接或接觸不良或繞組匝數(shù)有誤。如果誤差值超出上述范圍，則可拿同型號設(shè)備對照比對或查閱相關(guān)設(shè)備的采購試驗(yàn)報(bào)告資料。

3.兆歐表

泵站每年汛期長達(dá)四個(gè)月之久，其他八個(gè)月則處于閑置狀態(tài)。有關(guān)資料顯示，對于停用三個(gè)月以上的電動(dòng)機(jī)，保養(yǎng)期間或啟動(dòng)前應(yīng)檢查電機(jī)繞組相與相之間、相對機(jī)殼（地）的絕緣電阻值。值得注意的是，由于潛污泵體常年被雨水浸泡，檢查電機(jī)繞組相與相之間的絕緣電阻很不現(xiàn)實(shí)，因此，僅僅檢測相對機(jī)殼（地）的絕緣電阻值。目前泵站裝備額定電壓380V的三相異步電機(jī)，使用500V的兆歐表測量絕緣電阻，以120轉(zhuǎn)/分的速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)手柄，待表盤指針穩(wěn)定時(shí)讀出示值，測得的絕緣電阻值應(yīng)≥0.5兆歐，如果絕緣電阻值小于0.5兆歐，就應(yīng)對電機(jī)繞組進(jìn)行干燥處理。

4.鉗形電流表

基本用途類似萬用表，除用于測量線路電壓、通斷外，最大的優(yōu)點(diǎn)是檢測設(shè)備工作電流十分方便，不用斷開線路直接卡測運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的三相動(dòng)態(tài)電流是否異常。

五、共性電氣故障

（一）缺相故障

電動(dòng)機(jī)缺相將導(dǎo)致嚴(yán)重的轉(zhuǎn)子發(fā)熱燒毀電機(jī)，當(dāng)一相電流I相l(xiāng)t;10%Ie（I相相電流，Ie額定電流），另兩相電流I相gt;Ie，并持續(xù)時(shí)間達(dá)到缺相延時(shí)時(shí)間，缺相保護(hù)動(dòng)作。處理此類故障不止更換熔斷器或維修斷路器及控制設(shè)備，重點(diǎn)查明并排除負(fù)載側(cè)無短路故障、無漏電接地故障等，而后由電源側(cè)一級一級“試送電”觀察是否正常。

首先，利用面板上的儀表進(jìn)行初判。通過旋轉(zhuǎn)控制柜上線電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)旋鈕，分別觀察UAB、UBC、UCA電壓示值或觀察相電壓UA、UB、UC示值。其次，借助低壓試電筆、高壓驗(yàn)電器進(jìn)一步確認(rèn)。低壓電路用500V低壓試電筆或萬用表在變壓器低壓側(cè)以下逐級測量逐相的相電壓，直到找到缺相點(diǎn)位并查明原因，做好記錄待進(jìn)一步處理。對于高壓電路，選用與電源電壓同等級10KV且合格的高壓驗(yàn)電器分別對變壓器一次高壓側(cè)、手車式高壓主進(jìn)柜、手車式高壓隔離柜上下進(jìn)出三相主線進(jìn)行驗(yàn)電，高壓驗(yàn)電器與疑似帶電體最近距離不得少于80mm ，直到找到缺相點(diǎn)位并查明原因，待進(jìn)一步處理。

（二）電壓欠壓故障

三相異步電動(dòng)機(jī)當(dāng)電源電壓變動(dòng)范圍在額定電壓的-5%～+10%以內(nèi)運(yùn)行可保持額定容量不變。在低于80%額定電壓下長期運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)會過熱而損壞絕緣。假如長期運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)電源電壓經(jīng)過測量突破了額定電壓的10%，分別觀察控制柜電源電壓和測量電動(dòng)機(jī)接線端電壓，前者屬于變電設(shè)施原因，后者多為線導(dǎo)體材質(zhì)及截面大小原因所致。

三相異步電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)要考慮電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電壓降落，該保護(hù)裝置的動(dòng)作具有短暫延時(shí)設(shè)計(jì)，當(dāng)電源欠電壓時(shí)，保護(hù)裝置延遲一定的時(shí)間后將電源切斷。控制柜應(yīng)有帶時(shí)限0.5S的低電壓保護(hù)，電壓整定值應(yīng)為40%～50%的額定電壓，動(dòng)作于斷開控制電動(dòng)機(jī)的斷路器。在電機(jī)啟動(dòng)過程中，通過觀察三相電壓表或旋轉(zhuǎn)線電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)旋鈕觀察電壓示值是否過多偏離標(biāo)準(zhǔn)額定電壓，以致進(jìn)入電壓整定值范圍觸發(fā)保護(hù)器動(dòng)作。

（三）過載運(yùn)行故障

電機(jī)過載情況通常比較復(fù)雜，電機(jī)軸承損壞或電機(jī)軸偏心，電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間過長，控制斷路器與電機(jī)不匹配、維修后的電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子間隙過大、潛污泵吸入口被異物卡死等都可能導(dǎo)致電機(jī)過載。

三相異步電動(dòng)機(jī)的過載保護(hù)應(yīng)躲過正常的短暫過載現(xiàn)象，可斷開控制電動(dòng)機(jī)的斷路器，在電機(jī)啟動(dòng)時(shí)閉鎖或者觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作時(shí)限大于電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間。當(dāng)電機(jī)瞬時(shí)電流I瞬時(shí)≥1.2倍的線路額定電流時(shí)，動(dòng)作時(shí)間t≤10min；當(dāng)電機(jī)電流I瞬時(shí)≥8倍的額定電流時(shí)，動(dòng)作時(shí)間t≤10ms，故障燈亮起同時(shí)水泵停止運(yùn)行。

（四）漏電故障

電氣設(shè)施設(shè)備絕緣損壞導(dǎo)致不該帶電的金屬框架、外殼帶電接地。常見的有電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子繞組因絕緣漆損壞直接接觸電機(jī)外殼漏電，電動(dòng)機(jī)掃堂轉(zhuǎn)子接地漏電、電動(dòng)機(jī)電源電纜絕緣破損漏電等。

六、典型故障

（一）電動(dòng)機(jī)

為電動(dòng)機(jī)傳遞能流的開關(guān)、熔斷器、電動(dòng)機(jī)繞組、軟啟動(dòng)器、交流接觸器以及控制回路涉及按鈕、轉(zhuǎn)換開關(guān)控制電線等故障。

（1）電動(dòng)機(jī)不啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)漏電或電纜老化破損、繞組相間短路或電纜短路、電動(dòng)機(jī)定子或轉(zhuǎn)子斷路、電動(dòng)機(jī)電源未接通（檢查電源電壓以及開關(guān)、線路、觸頭、電動(dòng)機(jī)引出線等）、控制線路故障（通常保險(xiǎn)燒毀、觸點(diǎn)粘連、節(jié)點(diǎn)線頭脫落、按鈕及轉(zhuǎn)換開關(guān)等開關(guān)塑料配件老化破損）等。（2）電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中控制斷路器斷開。泵體吸入口被異物卡死、某相繞組對地短路、電機(jī)供電電纜相間短路等。（3）通電后電動(dòng)機(jī)嗡嗡作響異常啟動(dòng)。電源電壓過低、缺相、泵體吸入口被異物卡死等。（4）電動(dòng)機(jī)泵振動(dòng)異常劇烈并伴有異響。可能是單相運(yùn)行，檢查交流接觸器的動(dòng)合觸點(diǎn)、熔體通斷。（5）三相電流失去平衡且電流示值波動(dòng)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后如果某相電流與三相電流平均值之差大于平均值的10%，即可確認(rèn)三相電流不平衡。使用萬用表電壓檔檢查電動(dòng)機(jī)電源引入柜母排三相電源電壓是否平衡，如果電源電壓平衡，故障在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，應(yīng)進(jìn)一步使用雙臂電橋測量電動(dòng)機(jī)各相定子繞組直流電阻是否平衡。

（二）潛污泵保護(hù)器

1. BBM-II型潛水泵保護(hù)模塊和ZJK-05型水泵多功能保護(hù)器。

2. UNT-MMI-B電機(jī)泵綜合保護(hù)器即智能MCC控制保護(hù)裝置，兼有電源缺相、過載、過流、欠壓、過壓、相序、漏電、電流不平衡以及超分段等多種保護(hù)功能。

七、建議措施

加強(qiáng)電氣設(shè)備管理，配電設(shè)施定期作預(yù)防性試驗(yàn)，對于雨水泵站，通常取經(jīng)驗(yàn)值三年為周期，重點(diǎn)范圍如測試電氣裝置的絕緣電阻，N線和PE線以及橋架等電位跨接線保護(hù)導(dǎo)線導(dǎo)電的連續(xù)性測試，接地極接地電阻測試，直接觸電防護(hù)措施的檢測等。泵站大修或替換設(shè)備，重新核算供電負(fù)荷率以及配套的一致性，使用同一臺變壓器的潛污泵，嚴(yán)禁多臺水泵同時(shí)起動(dòng)，一臺潛污泵不可以多次連續(xù)起動(dòng)，避免電機(jī)過熱燒毀。

八、結(jié)束語

通過對雨水泵站電氣設(shè)備的常見故障剖析推演，有助于加強(qiáng)設(shè)備管理，確保城市圓滿順利渡汛。

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