地鐵潛水排污泵的故障分析及對策

帥品格

(南昌軌道交通地鐵運(yùn)營有限公司，江西 南昌 330072)

摘要：針對地鐵潛水排污泵出現(xiàn)的自耦裝置漏水、葉輪松脫、電機(jī)燒毀等故障，提出了對自耦裝置增加楔卡、葉輪增加防松裝置、葉輪防反轉(zhuǎn)優(yōu)化、完善電氣保護(hù)等改進(jìn)措施，切實(shí)有效地解決了潛水排污泵實(shí)際使用過程中的一系列問題。

關(guān)鍵詞：地鐵；潛水排污泵；故障；自耦裝置；葉輪；電機(jī)

收稿日期：2015-06-26

作者簡介：王兆力(1986—)，男，陜西西安人，助理工程師，研究方向：地鐵供電。

收稿日期：2015-08-04

作者簡介：帥品格(1981—)，男，江西南昌人，研究方向：電氣工程及其自動化。

表9　不開啟APF時(shí)系統(tǒng)電流總諧波畸變率

表10　開啟APF時(shí)系統(tǒng)電流總諧波畸變率

4測試結(jié)論

通過分析測試數(shù)據(jù)可知，沒開啟APF時(shí)，各負(fù)載及系統(tǒng)電壓、電流諧波較高，電流諧波超出國標(biāo)要求。開啟APF補(bǔ)償后，電壓、電流諧波都有所改善。從補(bǔ)償后的測試結(jié)果看，開啟APF補(bǔ)償后，電流諧波降到國標(biāo)要求值以下。地鐵400 V系統(tǒng)負(fù)載普遍有很大的諧波成分，有必要進(jìn)行補(bǔ)償。

5APF補(bǔ)償能效分析

假定有功負(fù)載輸出恒定且功率因數(shù)保持不變(即負(fù)載基波電流恒定)，則系統(tǒng)側(cè)視在電流IS變化如下：

設(shè)負(fù)載電流為IL,負(fù)載基波電流為ILF，系統(tǒng)側(cè)電流畸變率為THDIS，負(fù)載側(cè)電流畸變率為THDIL。

濾波器投入前IS-OFF=IL，THDIS-OFF=THDIL，則：

濾波器投入后IS=IL，THDIS-ON=10%THDIL，則：

考慮到濾波器實(shí)際功耗<負(fù)載基波電流，濾波器投入前后系統(tǒng)視在電流的差值IS-ON-IS-OFF約為：

DIS=負(fù)載基波電流ILF×

當(dāng)THDIL=35%時(shí)，濾波器投入前后DIS減小5.5%。考慮到功率因數(shù)的上升，上述電流差值只是保守的計(jì)算。

結(jié)論：只要容量選擇合理、足夠，電力有源濾波器投運(yùn)前后負(fù)載電流將減少5%以上，能耗利用率相對提升5%以上。

6結(jié)語

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電能質(zhì)量問題引起了越來越廣泛的關(guān)注。本文介紹了諧波的概念，分析了地鐵400 V低壓系統(tǒng)的諧波特性及危害，并對比了APF投入前后的諧波治理情況，對投入APF提高電網(wǎng)能效做了分析。APF對于城市軌道交通諧波治理起到了明顯的改善作用，提升了地鐵電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量，在今后的地鐵電力系統(tǒng)中，有必要采用APF設(shè)備進(jìn)行諧波補(bǔ)償。

[參考文獻(xiàn)]

[1] GB/T14549—1993電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波[S].

1地鐵區(qū)間排水系統(tǒng)

區(qū)間消防廢水和結(jié)構(gòu)滲漏水由區(qū)間隧道兩側(cè)道床排水溝收集后，經(jīng)預(yù)埋的排水管排入?yún)^(qū)間廢水泵房的集水池。區(qū)間廢水由潛水排污泵提升至壓力排水管，經(jīng)區(qū)間隧道引至車站，由車站統(tǒng)一排至室外壓力井后，排入市政排水系統(tǒng)。

區(qū)間廢水泵房集水池內(nèi)設(shè)潛水排污泵兩臺(部分區(qū)間設(shè)三臺)，平時(shí)一用一備，輪換使用，消防或必要時(shí)可同時(shí)使用。

集水池水位必須保持在安全水位，否則影響地鐵的行車安全，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)城市的交通運(yùn)輸系統(tǒng)癱瘓。潛水排污泵是區(qū)間排水系統(tǒng)的核心，也是保障廢水能夠順利排出的關(guān)鍵。

2潛水排污泵結(jié)構(gòu)和工作原理

潛水排污泵機(jī)組主要由潛水排污泵、自耦裝置和排水管道組成，自耦裝置固定在集水池底部，用于連接潛水排污泵和排水管道，如圖1所示。

圖1　潛水排污泵安裝原理圖

自耦裝置進(jìn)水口法蘭和潛水排污泵出水口法蘭的上方有一對楔卡，當(dāng)潛水排污泵從集水池上方沿導(dǎo)桿降落時(shí)，自耦裝置進(jìn)水口法蘭上方的楔卡和潛水排污泵出水口法蘭上方的楔卡卡到一起，在潛水排污泵自重和楔卡斜面的作用下，兩個(gè)法蘭面將會貼合在一起，實(shí)現(xiàn)管路連接。

集水池內(nèi)設(shè)四個(gè)水位，分別為超低報(bào)警水位、停泵水位、第一臺泵啟泵水位和第二臺泵啟泵水位(同時(shí)為超高報(bào)警水位)。當(dāng)發(fā)生超低水位報(bào)警時(shí)，控制回路保證兩臺泵均處于停泵狀態(tài)；當(dāng)水位到達(dá)停泵水位時(shí)，兩臺泵均能停止工作；當(dāng)水位到達(dá)第一臺泵啟泵水位時(shí)，第一臺泵啟動；當(dāng)水位上升到第二臺泵啟泵水位時(shí)，控制回路保證兩臺泵均處于運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)發(fā)出超高水位報(bào)警。

3潛水排污泵故障分析

3.1潛水排污泵與自耦裝置連接處漏水

潛水排污泵與自耦裝置依靠一對楔卡連接，但并未完全固定，在外力作用下，潛水排污泵存在以楔卡為支點(diǎn)的前后左右擺動。

潛水排污泵在啟動、停止或異常狀態(tài)下，易發(fā)生劇烈抖動，造成潛水排污泵與自耦裝置連接處的錯(cuò)位，導(dǎo)致漏水的發(fā)生。另外，廢水中的泥沙、雜物也容易造成法蘭貼合面縫隙的產(chǎn)生，導(dǎo)致漏水的發(fā)生。漏水會使?jié)撍盼郾玫呐潘δ艽蟠蛘劭凵踔羻适В乙自斐蓾撍盼郾靡蜷L時(shí)間運(yùn)行導(dǎo)致的故障發(fā)生。

3.2潛水排污泵葉輪松脫、損壞

潛水排污泵葉輪與泵軸底端齊平，泵軸軸向有螺孔，固定螺桿旋入螺孔將葉輪固定在泵軸上。由于固定螺桿未作防松處理，在機(jī)組振動或葉輪反轉(zhuǎn)情況下，固定螺桿很容易松動，最終導(dǎo)致葉輪松動、脫落。

潛水排污泵采用的閉式單葉片葉輪，雖然其無堵塞且抗纏繞性能優(yōu)良，但是由于單葉片結(jié)構(gòu)不是軸對稱的，加之在運(yùn)行中單邊脈沖出流，所以其徑向力很大，容易造成泵軸的徑向竄動，導(dǎo)致葉輪松脫。另外，因潛水排污泵反轉(zhuǎn)也具備排水功能，導(dǎo)致實(shí)際使用過程中反轉(zhuǎn)排水現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，長期反轉(zhuǎn)運(yùn)行，不但容易造成葉輪松脫，而且容易引起電機(jī)過熱。

3.3潛水排污泵電機(jī)線圈燒毀

電機(jī)線圈燒毀主要是過電流引起的，表現(xiàn)為自耦裝置漏水導(dǎo)致電機(jī)長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行、廢水進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部引起的線圈短路、泵軸及葉輪松脫等機(jī)械故障引起的過負(fù)荷運(yùn)行等，另外散熱不良引起的過熱也會導(dǎo)致線圈燒毀。

導(dǎo)致電機(jī)線圈燒毀的原因有很多，根本在于相關(guān)的保護(hù)措施(如短路保護(hù)、漏水保護(hù)和過熱保護(hù))是否齊全到位，有的是保護(hù)措施不齊全，如缺少缺相保護(hù)；有的是未按要求將保護(hù)信號接入控制系統(tǒng)，如將兩臺泵的漏水保護(hù)信號并聯(lián)(會導(dǎo)致一臺泵漏水，系統(tǒng)有報(bào)警，但兩臺泵均不能工作的情況發(fā)生)、過熱保護(hù)信號并聯(lián)(會導(dǎo)致一臺泵發(fā)生過熱，系統(tǒng)卻不報(bào)警，過熱泵繼續(xù)工作直至燒毀的情況發(fā)生)等。

4改進(jìn)措施

4.1潛水排污泵與自耦裝置增加一對楔卡

在自耦裝置進(jìn)水口法蘭和潛水排污泵出水口法蘭的下方增加一對楔卡，此楔卡可設(shè)計(jì)為彈性鋼片形式，便于水泵的取放。增設(shè)此楔卡后，自耦裝置和潛水排污泵的接口法蘭將完美貼合，不會受外力影響發(fā)生錯(cuò)位，也不會因進(jìn)入泥沙等雜物導(dǎo)致漏水事故發(fā)生。

兩對楔卡的存在，不僅從理論上解決了潛水排污泵與自耦裝置的連接問題，也從實(shí)際運(yùn)用上徹底解決了自耦裝置的漏水問題。

4.2增加防松裝置，采用防反轉(zhuǎn)葉輪

在葉輪后端泵軸上增加止動墊圈、防松螺母，止動墊圈分別向防松螺母和固定螺栓的側(cè)面折彎貼緊，使防松螺母和固定螺栓成為同向運(yùn)動的共同體，由于防松螺母的左旋與固定螺栓的右旋形成互鎖，故此裝置能有效地解決葉輪松動脫落的問題。

對葉輪作優(yōu)化處理，將單葉片葉輪改為螺旋槳狀葉輪，一方面提高其運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性，另一方面使其在反轉(zhuǎn)時(shí)排水壓力大大降低，減少反轉(zhuǎn)時(shí)對泵的不利影響，同時(shí)便于技術(shù)人員安裝調(diào)試時(shí)快速區(qū)分正反轉(zhuǎn)。

4.3完善電機(jī)相關(guān)保護(hù)措施

電機(jī)內(nèi)的漏水探頭用作漏水檢測，當(dāng)有水進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部時(shí)，漏水信號接通并發(fā)出報(bào)警信號，同時(shí)切斷電源。電機(jī)內(nèi)的溫控開關(guān)，常溫時(shí)為常閉狀態(tài)，當(dāng)定子溫度超過125 ℃時(shí)，開關(guān)打開，電機(jī)過熱報(bào)警的同時(shí)切斷電源。

兩臺泵的漏水保護(hù)信號、過熱保護(hù)信號需分別接入控制器，不可并聯(lián)連接，以切實(shí)實(shí)現(xiàn)泵的單獨(dú)保護(hù)功能。

其他保護(hù)措施如缺相保護(hù)，也必須實(shí)現(xiàn)，以防止電機(jī)因缺相而燒毀。

5結(jié)論

(1) 本文針對地鐵潛水排污泵的常見故障，提出對自耦裝置增加楔卡、葉輪增加防松裝置、葉輪防反轉(zhuǎn)優(yōu)化、完善電氣保護(hù)等改進(jìn)措施，切實(shí)有效地解決了潛水排污泵實(shí)際使用過程中存在的一系列問題。

(2) 本文對潛水排污泵的故障分析及對策，將為潛水排污泵的升級改造和后期地鐵建設(shè)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的參考意見。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉竹溪，劉景植.水泵及水泵站[M].4版.北京：中國水利水電出版社，2009.

[2]張翠鳳.機(jī)電設(shè)備診斷與維修技術(shù)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.