潜水泵电机漏水事故.pdf

R e s e a r c h a n d Di s c u s s i o n 潜 水 泵 电机 漏 水 事 故 文 ／ 林永超 福州市马尾区水 利工程建设管理处 前言与立式泵相比， 潜水泵具有结构紧凑 ， 安装简单， 无需 冷却， 维护方便等优点， 目前被广泛应用于各行各业。潜水泵长期 在水下工作， 对设备的密封防水性能要求非常高， 如果潜水泵电机 漏水没有及时发现及时处理， 会造成潜水泵电机线圈短路烧毁， 造 成较大经济损失，福州马尾兴安排涝站 2 0 0 8年就发生过此类事 故， 仅维修费用就近三十万元。 一 、排涝站简介兴安排涝站是马尾区防洪排涝体系中非常 重要的水利工程， 排涝站采用高压供电， 总容量为 2 X 1 2 5 0 k V A， 排涝站主设 备为八台 9 ∞ QZ B 一 1 o o型潜 水轴 流泵 ， 单泵净重 5吨 ， 额定流量 Q 3 ． 2 m3 ／ s ，潜水泵电机功率 P 2 5 0 k W，额定 电压 U 3 8 0 V， 额定 电流 1 5 1 9 A。潜水泵采用软 启动 方式 ， 其主 电源 回 路配置断路器 AB B S 6 N 、 接触器 AB B E H 5 5 、 软启动器 施耐 德 A T S 4 6 C4 8 N 见附图一， 电气主接线图 ， 二次回路配备一套潜 水泵综合保护器。因运行电流大， 每台潜水泵配备三根动力电缆， 型号为 Y Cw3 x7 0 1 3 5 ，每根动力电缆只接潜水泵电机 U 、 V、 W 三相 中一相 ， 动力电缆中的接地线芯接潜水泵外 壳 ； 除动力电缆 外 ， 潜水泵还配备一根 1 O芯保护信号电缆， 用于将潜水泵电机内 部漏水、定子超温、轴承超温等故障信号传输至潜水泵综合保护 器 ， 通过综合保护器及时切断主电源 ， 保护电机。 二 、 事故情 况说 明0 8年汛 后 ， 在对 潜水泵进行 常规保 养 时 发现， 有多台水泵动力电缆出现不同程度磨损， 部份电缆中铜线芯 磨损过半甚至被磨断， 拆开潜水泵端盖进一步检查， 发现这几台潜 水泵电机内部不同程度漏水， 电机内部都是水油混合物 ， 电机下腔 油室内用于润滑冷却的机油几乎漏光，由此分析电机漏水 已有数 月之久。但在 O 8年汛期潜水泵运行基本正常， 电机漏水保护未动 作， 仅运行电流比往年稍大。 l 三、 漏水事故原 因分析 1 、 现场发现电缆破损处基本都位于电缆与潜水泵顶部三角形 吊杆相接触的位置， 而且电缆破损形状也与吊杆外形尺寸吻合。 我 们断定， 因电缆固定方式不正确 ， 潜水泵运行时水流搅动电缆与吊 杆长期磨擦造成破损， 潜水泵运行时电机线圈发热， 电机内部温度 高 ， 停止运行后电机腔内部温度下降压力降低， 电机外部的水从电 缆破口处顺着电缆被吸入电机内部，因各台潜水泵运行次数和时 间不 同， 所以潜水 电机内部漏水程度也不相同 。 又因排涝站 每年运 行次数不多， 每次运行的时间短 ， 而且这几台潜水泵电机绝缘等级 高 均为 F级绝缘 ， 电机线圈幸运没有短路烧坏。但电机内部进 水， 电机转子负荷增大运行不平衡， 造成电机运行电流稍高， 下机 械密封损坏， 机油泄漏。 2 、 潜水泵电机结构大体分为三部份 见附图二， 潜水泵结构 图 ， 上腔是接线腔 ， 底部铸有一圆形积水槽， 安装一个浮子开关 C 见附图三， 浮子开关 ， 当上腔进水时， 首先汇集到积水槽内， 浮子 开关的浮球上浮引起触点导通，触发潜水泵综合保护器中的继电 器动作； 中间是电机定子和转子， 下腔是机油室， 内部安装一个泄 漏探头， 检测由下机械密封进入油室的漏水。 由于此次事故由上腔 漏水引起 ， 故检查重点是浮子开关为何失灵。 当拆开水泵上盖后发 现， 虽然积水槽内积水已满 ， 浮子开关的浮球也有上浮 ， 但仔细观 察发现浮子开关的金属触点上覆盖了一层极薄的浮油杂质，使触 点不能真正导通。 去除杂质层后重新测量漏水信号线， 漏水信号正 常输出。 估计是排涝站周边众多企业排放生产废水造成水质污染， 污水造成浮球卡死、 开关失灵 另一方面， 浮球体积太小， 浮力不够 3 6 安全与健 康2 0 0 9 ． 8 ． 上 R e s e a r c h a nd Di s c us s i o n 析 与 整 改 也是浮子开关失灵的原因之一。 3 、潜水泵主电源回路中的断路器与软启动器都具有过流、 缺 相、 相问短路、 欠压等保护功能， 前面已介绍， 潜水泵电机每相接一 根动力电缆，每根动力电缆都有三条主线芯，一条线芯磨损或磨 断， 另两条线芯的载流量相应增大 ， 对该相电流基本没有影啊’ ， 不 存在缺相和欠压。事故中几台潜水泵都只有一相动力电缆破损露 出铜导线 ， 也不存在相间短路、 过流情况 ， 因此断路器和软启动器 保护没有动作是正常的。潜水泵电机单相电缆破损漏电造成单相 对地短路， 应检查排涝站电气设备中零序电流保护系统是否正常 排涝站采用变压器中性点直接接地的保护接零接地系统 在此系 j 统中发生单相短路时， 接地短路电流较大， 短路电流经故障点流向 变压器中性点，通过安装在中性线上的零序 电流互感器作用于零 宇继电器或其它保护装置实现保护 称为零序电流保护o 一排涝站零 序保护系统中零序电流互感器变比为6 0 0 ／ 5 A , 零序保护装置采,e l _1 T P R - 1 型综合变压器保护装置，其保护作用于排涝站主变压器高 压侧开关。综合变压器保护装置低压侧零序反时限保护二次侧额 定电流 I S L 整定范围是 0 ． 4 N1 ． 1 7 5 l N 2 - - - 5 ． 8 7 5 A I N 5 A ， 按中 性线上的零序电流互感器变比折算一次侧电流为 2 4 0 - v 7 0 5 A， 时 间常数 T 整定范围是 2 ～3 2 S 。排涝站潜水泵安装在钢制井筒 中， 井筒与接地网可靠连接 ， 工作时电缆破 口处位于水下， 单相短 路电流通过水介质传到井筒壁再流回变压器中性点。以井筒接地 电阻 4 Q 计算， 忽略水的电阻， 反应到综合变压器保护装置上的二 次侧电流为 2 2 0 V4 1 1 6 0 0 1 5 O ．4 6 A小 于零序电流保护最小 整定值。 排涝站建成已近十年， 接地网老化， 接地电阻增大 舰 场测 量约为 1 2 f1 ， 经井筒流回中性点的短路电流更小 ， 更不足以触发 保护动作。 另一方面， 潜水泵外壳通过三条动力电缆中的接地线芯 直接接到电气控制柜接地铜排， 因接地线芯的电阻很小， 由接地线 芯通过的短路电流很大，但因为电缆与吊杆之间的磨擦接触是由 水流搅动引起 ， 两者间没有稳定而牢固的连接， 只是瞬间接触、 磨 擦 ， 接地线芯通过的短路电流不稳定且时间极短 ， 小于保护整定时 间， 也不足以触发保护动作。 四 ≮ 整．改措施 一 l 改进潜水泵电缆固定方式。原固定方式是把潜水泵电缆绑 扎在一根铁链上，然后将铁链两端固定在潜水泵吊杆和井筒盖之 间 L 因现场条件限制， 无法傲到先固定铁链后绑扎电缆 ， 因电缆的 重量很大， 链条字 L 上电缆后无法拉直 ， 潜水泵运行时链条和电缆都 会随水流晃动， 而’且幅度不小 可能会谴成绑丰 L 电缆的扎带脱落 ， 电缆松脱。 用钢丝绳固定也存在同样缺点。 目前国内一些潜水泵厂 家采 用 电缆 干 式 安装 用一 根 大 口径钢 管 2 5 0 mm～ 安全与健 康2 0 0 9 ． 8 ． 上 3 7 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 w w w . b z f x w . c o m Re s e a r c h a n d Di s c u s s i o n 3 0 0 ram 通过 专用模具套在 潜水泵端盖 上 ， 上 端从井筒 盖中间开口处穿出固定， 潜水泵电缆被套在钢管中， 钢管与 模具 、 模 具与潜水泵端盖之 间通过密封件密封 ， 因此钢 管内 无水 ， 钢管两端 固定 后 ， 管内的 电缆 受到严密保护 ， 基本不 受外力作用。但 是这种方式必须对 潜水 泵端 盖与井盖进行 结构改造 ， 还要制作专用模具和夹具， 成本高， 而且安装程 序复杂， 需投入较多的人力物力， 不适合在排涝站实施。经 过反复比较， 我们在吸收上述两种方法优点的基础上， 设计 了电缆钢性固定法， 具体如下 以 4 0 mm 镀锌管为原料， 制成上下同宽的钢梯 ，宽度与潜水泵两侧吊耳之间的距离 相同， 梯子下方以锁扣固定在潜水泵吊耳上， 梯子高度与井 沿齐平或略低。 梯子先与潜水泵固定， 再随潜水泵吊入井筒 中安装到位， 安装工人顺此梯下到井底， 将潜水泵动力电缆 与控制电缆由下至上逐步固定在钢梯横档上 为保护电缆， 我们还为电缆套上 P V C钢丝管，最后将钢梯顶部固定在 井沿， 封好井盖。 因钢梯钢性强， 几乎不受水力影响， 固定在 钢梯上的电缆安全性能大大提高。 2 、 更换潜水泵漏 水保护元件 。 在发生漏水 后， 若无法及 时切断电源， 将使事故范围扩大， 受损程度加深。浮子开关 灵敏度不高， 而且容易卡死失灵， 已渐被淘汰。经与潜水泵 厂家协商，我们提议将浮子开关更换成结构更加简单但却 更加有效的漏水探头 见附 图三， 同样安装在积水槽 中， 当 潜水泵上腔进水时，首先会汇入积水槽，只要探棒接触到 水， 探棒所接正极就与金属压片所接负极导通， 输出信号至 潜水泵综合保护器 ，通 过综合保 护器切 断主回路电源 并发 出漏水 信号 ， 管理 人员可以及 时发现故障点 ， 采取措施 ， 避 免事故进一步加大。 3 、 增加分段高灵敏度零序继电保护。排涝站专用变压 器只为三相潜水泵电机供电 ， 在正常情况 下， 变压器三相 电 流向量和为零， 即中性线电流为零， 或者只有很小的不平衡 电流， 中性线上的零序互感器二次侧也为零或者电流很小。 当发生单相短路时 ， 零序 互感器二次侧会 出现较大电流 。 触 发零序保护装置动作。目前排涝站使用的 I P R 一 1 型综合变 压器保护装置由于各项零序保护整定值太大 ， 单台潜水泵 单相短路时难以动作 ，而且零序保护动作于主变压器高压 侧开关， 动作时会影响其它无故障设备的正常运行 台变 压器给四台水泵供电 。目前零序保护可以按灵敏度高低进 行分级分段保护，因此我们拟为每台潜水泵增设高灵敏度 零序继 电保 护。 零序继 电保 护整定值设定非常关键 ， 因为系 统三相 电流存在不平 衡 ， 保护整定值设定太高或太低 ， 将导 致保护不会动作或经常性非故障停机， 影响正常生产。 根据 排涝站多年运行记录 ，八台潜水泵三相 电流不平衡基 本保 持在1 0 A之间， 经过测算， 为每台潜水泵增设一套零序继 电保护装置 ， 包括 Y R L J B 1 2 0 J型零序电流互感器， 变比为 1 0 0 ／ 5 A， GL 一 1 O型电流继电器 ， 设定动作电流为 2 A 折算 到一次侧电流为 4 0 A ， 继电器一对常闭触点串联在主接触 器 电磁 线圈回路 上 ， 保护动作时断开主接触器主接点 ， 切 断 电机主 电源。 五、 结束语 电缆破 损造成潜水 泵电机漏水是 比较常见 的事 故 ， 应 针对性地采取防范措施。排涝站经过此次整改和半年试运 行， 目前八台潜水泵运行良好， 特别是我们设计的电缆钢性 固定法， 未发现有电缆松动、 磨损情况， 达到整改目的。 _ 编 辑 ／陈志华 3 8 安全与健康 2 0 0 9 ． 8 ． 上