簡(jiǎn)析大泵機(jī)組電機(jī)運(yùn)行壽命和功率配套

黃智豐，呂 鵬，呂省三 施 偉

(1.江蘇省江都水利工程管理處;2.江蘇江都亞威機(jī)床股份有限公司，江蘇 江都 225200)

0 引言

當(dāng)前大型泵站正在進(jìn)行更新改造工程，范圍廣、工程大、耗資巨。使我們對(duì)泵站電機(jī)的絕緣使用壽命和配套功率等兩個(gè)問(wèn)題十分關(guān)注。

讀《泵站技術(shù)》2009-3期《淺談大型水泵機(jī)組使用壽命問(wèn)題》后，有些感想，在此發(fā)表自己的觀(guān)點(diǎn)。

該文用許多的數(shù)據(jù)表明經(jīng)過(guò)了30多年、9萬(wàn)多小時(shí)運(yùn)行的江都一、二站須進(jìn)行更新改造的理由，但對(duì)單一排澇泵站電動(dòng)機(jī)使用壽命可以延長(zhǎng)達(dá)40年左右的討論則未涉及。這里我們將補(bǔ)充江都一、二站歷年發(fā)生的絕緣擊穿事故時(shí)間，可供專(zhuān)家分析其絕緣老化狀況，推斷它的使用壽命能否更長(zhǎng)一些。

借此機(jī)會(huì)，討論電動(dòng)機(jī)功率匹配問(wèn)題，謹(jǐn)供泵站更新改造參考。

1 江都一、二站興建和運(yùn)行概況

江都一、二站于1956年完成規(guī)劃及初步設(shè)計(jì)，分別于1963年和1964年竣工。初步設(shè)計(jì)中，擬裝置64ZLB-50(當(dāng)時(shí)為PVP-160)型軸流泵，配套800 kW同步電動(dòng)機(jī)10臺(tái)。這批訂單從1958年開(kāi)始至1960年結(jié)束，陸續(xù)交存于江蘇省水利廳下屬的揚(yáng)州“太陽(yáng)宮”倉(cāng)庫(kù)。眾所周知，1959年至1961年間，國(guó)家正處于經(jīng)濟(jì)困難時(shí)期，工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量并不好于1958年“大躍進(jìn)”時(shí)期，所以后來(lái)便統(tǒng)稱(chēng)為1958年出廠(chǎng)。

為保證能最大程度地發(fā)揮泵站的經(jīng)濟(jì)效益，江蘇省水利廳特別注重泵站選址。幾經(jīng)變遷，直至20世紀(jì)60年代初，才將江都一、二站站址定現(xiàn)在的位置，將始擬名“濱江泵站”定名為“江都排灌一、二站”，隨即便展開(kāi)江都排灌一、二站的施工設(shè)計(jì)，增大裝機(jī)容量，共16臺(tái)套，上報(bào)國(guó)務(wù)院審批。這就是為什么1963年竣工的江都一站主電機(jī)是1958年生產(chǎn)的，和為什么1964年竣工的江都二站也有2臺(tái)套為1958年生產(chǎn)的緣由。

2 電動(dòng)機(jī)使用壽命的討論

江都一、二站主電機(jī)是“大躍進(jìn)”時(shí)期生產(chǎn)的。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)，全部絕緣材料為云母帶和瀝青漆，俗稱(chēng)“黑色絕緣”。其缺點(diǎn)是絕容易吸潮。然而經(jīng)歷了30多年9萬(wàn)多小時(shí)的運(yùn)行，得到的回報(bào)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于投資。而我國(guó)一般排澇泵站雖興建了30多年，但實(shí)際運(yùn)行時(shí)間在10 000 h以下。是否已經(jīng)到達(dá)老化退役年限，值得深入研究其使用壽命。

據(jù)說(shuō)可以通過(guò)絕緣擊穿的高發(fā)期的時(shí)間來(lái)分析其老化程度。我們將提供江都一、二站電機(jī)絕緣擊穿高發(fā)期的相關(guān)資料，供專(zhuān)家們分析評(píng)判電機(jī)絕緣嚴(yán)重老化的壽命究竟是30年，抑或是是更長(zhǎng)的40年、50年。

江都一站電動(dòng)機(jī)于1963年投入運(yùn)行，70年代初開(kāi)始陸續(xù)發(fā)生絕緣擊穿事故。至70年代末，10年期間共發(fā)生電機(jī)絕緣擊穿事故8起。首次是年度檢查試驗(yàn)中發(fā)生相間擊穿事故，接著在運(yùn)行中陸續(xù)發(fā)生相對(duì)地、相對(duì)相擊穿事故。此后正如《淺談大型水泵機(jī)組使用壽命問(wèn)題》一文中所說(shuō)，由于效仿江都二站維護(hù)管理辦法，摒棄開(kāi)機(jī)前使用線(xiàn)圈通電加熱，快速驅(qū)除濕氣，提高絕緣電阻吸收比的方法之后，直至1996年最后更新2臺(tái)電機(jī)結(jié)束，期間大約16年時(shí)間便再未發(fā)生絕緣擊穿事故，一直處于良好的穩(wěn)定安全運(yùn)行狀態(tài)。

誠(chéng)然，江都一、二站在1986年曾同時(shí)發(fā)生過(guò)電機(jī)絕緣擊穿事故。但由于該兩次事故發(fā)生在1977返廠(chǎng)年更換線(xiàn)圈絕緣之后，與1958年原生產(chǎn)廠(chǎng)電機(jī)絕緣無(wú)關(guān)。并且該兩次事故皆因機(jī)械振動(dòng)或電磁振動(dòng)等外力影響導(dǎo)致絕緣磨損從而發(fā)生絕緣擊穿事故，屬偶發(fā)事故，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)并非絕緣老化所致。

下文將部分摘錄《江都水利樞紐工程事故匯編》中關(guān)于江都一、二站電動(dòng)機(jī)歷年絕緣擊穿介紹，予以交代。［1］

1986-6-6T 20∶46，一站運(yùn)行人員聽(tīng)見(jiàn)一聲巨響后發(fā)現(xiàn)7號(hào)主電機(jī)保護(hù)動(dòng)作，跳閘停機(jī)，7號(hào)主機(jī)北側(cè)有一股煙。初查發(fā)現(xiàn):7號(hào)主機(jī)B、C兩相相間斷路，C相對(duì)鐵心有擊穿現(xiàn)象。吊出上機(jī)架和轉(zhuǎn)子后進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，以出線(xiàn)端順時(shí)針為序的第15、16槽一組線(xiàn)圈(C相)下端部和第29、30槽一組線(xiàn)圈(B相)下端部都與端箍短路，第9槽線(xiàn)圈(C相)與鐵心短路。事故的主要原因:一站8臺(tái)800 kW立式同步電機(jī)系1960年出廠(chǎng)，1963年投運(yùn)。1977年因電磁噪聲隨勵(lì)磁電流增減而變化，經(jīng)上級(jí)批準(zhǔn)送回原廠(chǎng)重疊硅鋼片，更換線(xiàn)圈。返修后硅鋼片退火，疊壓不緊，磁性能改變。振動(dòng)依然存在，線(xiàn)圈由原浸膠云母絕緣換為全粉云母帶絕緣。這種線(xiàn)圈固化后硬度大，質(zhì)脆，上、下端箍亦是鋼性材料。在運(yùn)行中，特別是啟動(dòng)過(guò)程中，因機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)，電子線(xiàn)圈與上、下端箍磨損嚴(yán)重，破壞了表面絕緣，故在絕緣磨損嚴(yán)重的薄弱處一相首先對(duì)下端箍擊穿，而另一相也在磨損薄弱處擊穿并通過(guò)下端箍造成相間斷路。

1986-6-29T 6∶45，二站運(yùn)行人員突然聽(tīng)到1號(hào)主機(jī)方向發(fā)生強(qiáng)烈的異常聲響，并看到1號(hào)主電機(jī)東北側(cè)竄出一股電弧光，隨后冒出濃烈的煙霧。于此同時(shí)1號(hào)主電動(dòng)機(jī)保護(hù)動(dòng)作，跳閘停機(jī)。當(dāng)即檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)主電機(jī)因C相過(guò)流繼電器動(dòng)作而跳閘，1號(hào)主電機(jī)東北方位某些定子線(xiàn)圈下端部與端箍處有明顯燒傷痕跡，部分線(xiàn)圈嚴(yán)重變形。吊出轉(zhuǎn)子進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，以A相進(jìn)線(xiàn)端順時(shí)針為序的第16槽線(xiàn)圈(C相)下端部和第23槽線(xiàn)圈(B相)下端部同時(shí)與端箍短路，造成B、C相間短路，短路電弧對(duì)鐵心放電。事故主要原因:二站共8臺(tái)800 kW的立式同步電機(jī)，1號(hào)主電動(dòng)機(jī)于1960年出廠(chǎng)，1965年投運(yùn)。1977年，改機(jī)運(yùn)行中東北角上部硅鋼片突然發(fā)出隨勵(lì)磁電流增大而增大的異常聲音，經(jīng)上級(jí)同意送回原廠(chǎng)返修后，線(xiàn)圈換成全粉云母帶絕緣，但硅鋼片的波浪變形問(wèn)題仍然存在，運(yùn)行是異常聲響沒(méi)有減輕，啟動(dòng)時(shí)噪聲較以前更嚴(yán)重，采用全粉云母帶絕緣的線(xiàn)圈，固化后硬度大、質(zhì)脆，在運(yùn)行中特別是啟動(dòng)過(guò)程中，受機(jī)械振動(dòng)及超標(biāo)的電磁振動(dòng)，于鋼性材料的端箍長(zhǎng)期磨損，絕緣受損嚴(yán)重，導(dǎo)致薄弱處的兩相先后對(duì)下端箍擊穿形成相間短路，局部線(xiàn)圈燒壞。電動(dòng)機(jī)返修后，線(xiàn)圈與端箍之間綁扎松緊不均，緊的地方使絕緣部分壓陷很深，松的地方線(xiàn)圈端部與端箍之間有間隙，加之振動(dòng)，加劇了線(xiàn)圈與端箍之間的磨損，是事故的主要原因。

綜上所述，大致可以小結(jié)為以下兩點(diǎn)。

(1)江都一站首批使用的電機(jī)為1958年前生產(chǎn)，使用“黑色絕緣”材料，絕緣強(qiáng)度低，防潮能力差。1963年投入運(yùn)行后，于70年代初首次發(fā)生絕緣擊穿事故，至70年代末截止，10年時(shí)間中，共發(fā)生絕緣擊穿故障8次，為故障高發(fā)期，但此后由于維護(hù)保養(yǎng)得以改善，特別是摒棄了線(xiàn)圈通電干燥，快速提高絕緣電阻吸收比的做法后，直至1996年更新改造結(jié)束，又安全運(yùn)行了16年，從出廠(chǎng)到報(bào)廢共39年使用壽命。

(2)江都二站電動(dòng)機(jī)約生產(chǎn)與1958年，同為“黑色絕緣”，但由于維護(hù)保養(yǎng)得當(dāng)，從1964年首次投入運(yùn)行，至1998年更新改造，共安全運(yùn)行了35年。

如果按通常意義上理解絕緣老化的定義，應(yīng)是在運(yùn)行中頻頻出現(xiàn)擊穿、短路等故障，影響設(shè)備安全運(yùn)行和效益發(fā)揮時(shí)，方可稱(chēng)之為絕緣老化。而將江都一、二站電機(jī)定義為絕緣老化，筆者認(rèn)為言之尚早。

3 大泵配用電機(jī)功率討論

全調(diào)節(jié)葉片角度的大泵，可以在不停機(jī)的狀態(tài)下通過(guò)葉片調(diào)節(jié)使水泵在較大揚(yáng)程范圍內(nèi)使電機(jī)在額定功率以下安全穩(wěn)定運(yùn)行，從而保證電機(jī)在高效區(qū)范圍內(nèi)。而半調(diào)節(jié)水泵，因在運(yùn)行中不能調(diào)節(jié)葉片角度，使得大泵運(yùn)行揚(yáng)程范圍又比較寬廣，配套電機(jī)運(yùn)行功率自然相差很大，難免處于低效區(qū)工作。

實(shí)例分析:

江都一、二站選用64ZLB-50型軸流泵，設(shè)計(jì)揚(yáng)程8 m，配用800 kW同步電機(jī)。為方便討論，先介紹電機(jī)銘牌:額定功率800 kW，效率92%，功率因素0.9超前，額定電流92 A。

江都一、二站運(yùn)行初期，葉片角度按水泵出廠(chǎng)角度0°運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn):由于經(jīng)常運(yùn)行揚(yáng)程遠(yuǎn)低于水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程，電機(jī)負(fù)載率過(guò)低，電機(jī)運(yùn)行效率較低，因此，一般泵站將葉片角度調(diào)至2°，當(dāng)實(shí)際運(yùn)行揚(yáng)程高達(dá)9 m左右運(yùn)行時(shí)，電機(jī)輸出功率在800 kW左右，負(fù)載率80%左右，正處于高效區(qū)。這說(shuō)明原配用電機(jī)匹配余量偏大，運(yùn)行效率遠(yuǎn)達(dá)不到最高效率。而一些通過(guò)提高電機(jī)配套功率以保證泵站安全運(yùn)行的觀(guān)點(diǎn)是值得商榷的。尤其值得即將更新改造的泵站關(guān)注。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)早期興建的大型泵站，有待完善的配套項(xiàng)目和急迫改造的缺陷，如新建擋洪門(mén)，清污設(shè)施，解決虹吸式軸流泵站啟動(dòng)振動(dòng)現(xiàn)象，改造其它配套工程等等。本文討論電機(jī)使用壽命的目的在于是否有可能節(jié)省更新改造項(xiàng)目和經(jīng)費(fèi)，并將其投入到更有效的項(xiàng)目改造的可能性。

［1］劉慶龍.江都水利樞紐工程-工程事故匯編［R］.江都水利工程管理處，1998.