李寧會(huì)

（長(zhǎng)慶油田公司設(shè)備管理處，西安710021）

注水泵電機(jī)過(guò)熱原因分析及對(duì)策

李寧會(huì)

（長(zhǎng)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(jī)過(guò)熱問(wèn)題，根據(jù)電機(jī)溫度的標(biāo)準(zhǔn)、注水泵電機(jī)功率配備的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)試了注水泵的實(shí)際工況和電機(jī)實(shí)際功率，分析了可能過(guò)熱的原因，認(rèn)為泵電機(jī)實(shí)際功率達(dá)不到額定功率、使用變頻器、供電質(zhì)量差是電機(jī)過(guò)熱的原因。

電機(jī)；過(guò)熱；對(duì)策

0 前言

長(zhǎng)慶油田公司現(xiàn)有1513臺(tái)注水泵，均為往復(fù)柱塞泵，皮帶傳動(dòng)。近年，注水泵電機(jī)過(guò)熱、燒毀現(xiàn)象比較嚴(yán)重。2014年夏天有200多臺(tái)電機(jī)過(guò)熱，有55臺(tái)電機(jī)另設(shè)獨(dú)立風(fēng)扇。采油十廠的慶三注、慶四注、慶三聯(lián)3個(gè)注水站，共有12臺(tái)注水泵，2014年共燒毀10臺(tái)電機(jī)。注水泵電機(jī)過(guò)熱問(wèn)題對(duì)注水影響很大。

1 過(guò)熱標(biāo)準(zhǔn)

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

根據(jù)《GB 1032-2012三相異步電動(dòng)機(jī)試驗(yàn)方法［S］》表3規(guī)定，在冷卻介質(zhì)為25℃時(shí)，繞組基準(zhǔn)溫度F級(jí)為115℃，B級(jí)為95℃。在冷卻介質(zhì)為25℃時(shí)，按“基準(zhǔn)溫度-繞組至電機(jī)外表的傳導(dǎo)溫差=表面溫度”計(jì)算，從電機(jī)表面測(cè)量，F(xiàn)級(jí)和B級(jí)溫度超過(guò)85℃為過(guò)熱。

根據(jù)《GB 755-2008旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)定額和性能［S］》表7的規(guī)定，200～5000 kW的電機(jī)交流繞組溫升極限，用埋置檢溫計(jì)法測(cè)量F級(jí)絕緣為115℃、B級(jí)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(jī)外表的傳導(dǎo)溫差=表面溫度”計(jì)算，標(biāo)稱F級(jí)絕緣按B級(jí)絕緣考核的電機(jī)表面溫度極限是85℃。以下所說(shuō)電機(jī)過(guò)熱指環(huán)境溫度25℃時(shí)，電機(jī)表面溫度在85℃以上。

2 過(guò)熱原因分析

電機(jī)過(guò)熱原因很多，長(zhǎng)慶油田注水泵電機(jī)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(jìn)出風(fēng)口堵、星三角接線錯(cuò)誤、維修后的電機(jī)性能下降、缺相、電機(jī)受潮、頻繁起動(dòng)等因素造成的過(guò)熱。從以下4個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 核查泵廠家選配電機(jī)的額定功率

《GB/T 9234-2008機(jī)動(dòng)往復(fù)泵［S］》規(guī)定：原動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)比運(yùn)行狀態(tài)的最大功率高5%以上，包括為超過(guò)安全泄壓裝置設(shè)定壓力的余量。這個(gè)表述比較含糊，不便檢查。需要明確計(jì)算水功率時(shí)，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(shí)際）排量?！禛B/T 7784-2006機(jī)動(dòng)往復(fù)泵試驗(yàn)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(dòng)機(jī)的輸出功率。也就是說(shuō)泵效中包含了皮帶效率。

以《GB/T 9234-2008機(jī)動(dòng)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(shí)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(shí)際）排量，電機(jī)功率≥水功率÷泵效，可有以下幾種情況（表1）。根據(jù)GB，電機(jī)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(gè)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(jī)。不存在電機(jī)功率配小問(wèn)題。

表1 不同壓力、排量定義組合

2.2 核查電機(jī)的實(shí)際功率

發(fā)現(xiàn)有的電機(jī)能力達(dá)不到額定值。有的泵在遠(yuǎn)低于額定壓力時(shí)，電機(jī)遠(yuǎn)低于額定功率時(shí)，電機(jī)過(guò)熱。如西259站的5DSB-33.6/25注水泵，排量、壓力均未達(dá)到額定值，溫度卻超限。同樣是280 kW，IP23防護(hù)等級(jí)，B級(jí)絕緣的Y355L1-6電機(jī)，1個(gè)廠家的重2057 kg，而另一個(gè)廠家的則僅有1710 kg；同樣是560 kW，IP23防護(hù)等級(jí)，F(xiàn)級(jí)絕緣的Y500-8電機(jī)，1個(gè)廠家的重5800 kg，而另一個(gè)廠家的則僅有4670 kg。表明后兩個(gè)廠家可能定子、轉(zhuǎn)子的長(zhǎng)度不夠，實(shí)際功率可能達(dá)不到額定功率，兩個(gè)廠家的電機(jī)確實(shí)存在溫度高的問(wèn)題。這種同型號(hào)、不同廠家的電機(jī)，重量相差較大的問(wèn)題，在多種型號(hào)電機(jī)上發(fā)現(xiàn)。

2.3 在普通電機(jī)上使用變頻器

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

（1）降頻運(yùn)行。電機(jī)風(fēng)扇輸出的風(fēng)量減小，易導(dǎo)致電機(jī)過(guò)熱?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)了許多這種情況。離心泵降頻降速時(shí)，泵的輸出功率以轉(zhuǎn)速的3次方下降，所以電機(jī)不會(huì)過(guò)熱。但在泵負(fù)荷較小時(shí)，也可能不過(guò)熱。如額定20 MPa的泵，在10 MPa工作，電機(jī)30 Hz運(yùn)行時(shí)并不過(guò)熱。

（2）不降頻運(yùn)行。實(shí)測(cè)靖三聯(lián)合站4號(hào)注水泵電機(jī)，型號(hào)YB2-355M2-4，工頻運(yùn)行溫升36.7℃，變頻器下50 Hz運(yùn)行溫升38.8℃。在變頻器驅(qū)動(dòng)下50 Hz運(yùn)行的電機(jī)比沒有變頻器時(shí)工頻下的電機(jī)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(dòng)范圍，對(duì)絕緣層有傷害，長(zhǎng)期使用變頻器，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)溫度升高［2］。不論那種形式的變頻器，在運(yùn)行中均產(chǎn)生不同程度的諧波電壓和電流，使電機(jī)在非正弦電壓、電流下運(yùn)行。高次諧波會(huì)引起電機(jī)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?yàn)楫惒诫姍C(jī)是以接近于基波頻率所對(duì)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(huì)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(huì)使電機(jī)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(dòng)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(cè)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(guò)高時(shí)，導(dǎo)致電機(jī)的定子磁通接近飽和狀態(tài)，出現(xiàn)電流急劇增大，電機(jī)效率下降，發(fā)熱嚴(yán)重；當(dāng)電壓過(guò)低時(shí)，運(yùn)行中的電機(jī)，負(fù)載一定時(shí)，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(jī)溫升增高；三相電壓不平衡時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致電機(jī)溫度升高。諧波電流會(huì)對(duì)電機(jī)引起附加鐵損和銅損，使設(shè)備溫升過(guò)高，降低絕緣強(qiáng)度，其次是產(chǎn)生振動(dòng)并發(fā)出噪聲。抽測(cè)了21臺(tái)溫度高的電機(jī)。電壓超標(biāo)有3臺(tái)，諧波超標(biāo)有10臺(tái)，使用變頻器的12臺(tái)。

綜上所述，各個(gè)站的注水泵電機(jī)過(guò)熱原因不盡相同，是由多方面造成的，有電機(jī)廠家在電機(jī)實(shí)際功率方面的問(wèn)題，有用戶使用變頻器的問(wèn)題，有供電質(zhì)量問(wèn)題。

3 對(duì)策

（1）對(duì)電機(jī)廠提出保證電機(jī)實(shí)際功率達(dá)標(biāo)的具體要求，電機(jī)出廠應(yīng)帶型式試驗(yàn)報(bào)告，測(cè)試電機(jī)的冷態(tài)繞組電阻是否與型式試驗(yàn)報(bào)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(shí)，應(yīng)同步使用變頻電機(jī)，變頻器的諧波應(yīng)在規(guī)定之內(nèi)。

（3）在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行負(fù)荷測(cè)試，驗(yàn)證電機(jī)實(shí)際功率能否達(dá)到額定功率。在現(xiàn)場(chǎng)，當(dāng)注水泵在額定壓力、額定排量下長(zhǎng)期工作時(shí)，電機(jī)表面溫度不應(yīng)超過(guò)85℃。

（4）改善供電質(zhì)量。調(diào)整電網(wǎng)，減少電壓波動(dòng)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(jī)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(guó)電力出版社，2012.

［3］劉晉平.電網(wǎng)諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的影響分析［J］.科研情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16（23）:193-194.

［4］王耀榮，何志偉，胡少?gòu)?qiáng).用變頻器供電時(shí)高次諧波對(duì)普通型電動(dòng)機(jī)溫升的影響淺析［J］.電機(jī)電器技術(shù)，2004，（4）：14.

〔編輯 凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.19