電動機(jī)引出線燒毀事故的原因分析及改造

黃子健

(中廣核研究院有限公司，廣東 深圳 518031)

0 引言

某發(fā)電廠同步并網(wǎng)系統(tǒng)強(qiáng)迫風(fēng)冷裝置風(fēng)機(jī)電動機(jī)的定子繞組引出線截面積為16 mm2?，F(xiàn)場反饋設(shè)備長期運行后引出線經(jīng)常發(fā)生溫升過高現(xiàn)象，導(dǎo)致電動機(jī)繞組引出線燒損，發(fā)電機(jī)組有降負(fù)荷風(fēng)險。

同步并網(wǎng)系統(tǒng)的主要功能是通過負(fù)荷開關(guān)合閘將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能輸送至主變壓器，經(jīng)主變壓器升壓后與電網(wǎng)并網(wǎng)。該系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)輸出端子封套、分相隔離連接母線、負(fù)荷開關(guān)、自動同步器和強(qiáng)迫空氣冷卻系統(tǒng)組成。強(qiáng)迫空氣冷卻系統(tǒng)主要為發(fā)電機(jī)輸出端子封套、分相隔離連接母線、負(fù)荷開關(guān)等設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)迫通風(fēng)換氣冷卻。

1 根本原因分析

據(jù)現(xiàn)場實測，該風(fēng)機(jī)電動機(jī)正常工況下運行電流曾達(dá)到57 A，而電動機(jī)額定電流為55 A，負(fù)載率達(dá)到104 %，可見電動機(jī)存在長期滿載甚至過載運行的可能?？紤]到該電動機(jī)運行最大電流未被檢測到，實際過載情況可能更加嚴(yán)重。

GB/T 26921—2011《電機(jī)系統(tǒng) (風(fēng)機(jī)、泵、空氣壓縮機(jī))優(yōu)化設(shè)計指南》中規(guī)定：對風(fēng)機(jī)機(jī)組、泵機(jī)組啟動、制動和過載能力沒有特殊要求時，電動機(jī)的額定功率按式(1)計算：

式中：Pm——電動機(jī)功率(kW)；

Pp——額定流量下的軸功率 (kW)；

ηt——傳動效率；

α——余量。

當(dāng)Pp小于55 kW時，α在0.1—0.2內(nèi)取值；當(dāng)Pp在55—250 kW時，α在0.05—0.15內(nèi)取值；當(dāng)Pp大于250 kW時，α在0.02—0.05內(nèi)取值。在計算過程中，α取0.15；風(fēng)機(jī)機(jī)組采用皮帶傳動，ηt取0.95。根據(jù)廠家說明書，20 ℃時風(fēng)機(jī)軸功率為26.39 kW，此時電動機(jī)的功率為：

高于20 ℃時，風(fēng)機(jī)軸功率為24.63 kW，此時電動機(jī)的功率為：

該風(fēng)機(jī)電動機(jī)的型號為M3BP200MLA4，額定功率為30 kW。與計算結(jié)果對比可見，高于20 ℃時，風(fēng)機(jī)負(fù)載已非常接近電動機(jī)的額定功率；在20 ℃時，超出了額定功率，這不符合風(fēng)機(jī)電動機(jī)選型的設(shè)計要求。綜上所述，此問題的根本原因是風(fēng)機(jī)電動機(jī)選型不合理，電動機(jī)額定功率偏小。

2 改進(jìn)方案

2.1 風(fēng)機(jī)電動機(jī)本體換型方案

依據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》以及上述計算結(jié)果，應(yīng)選擇功率高1個等級的37 kW電動機(jī)替代原電動機(jī)?，F(xiàn)采用ABB公司的M3BP200MLB4型電動機(jī)替代原M3BP200MLA4型電動機(jī)。2種電動機(jī)的主要參數(shù)如表1所示。換型后的電動機(jī)具有一定的備用功率，可滿足多種條件工況下的功率需求。

根據(jù)現(xiàn)場運行電流與換型前電動機(jī)額定電流的對比，可估算正常工況下電動機(jī)負(fù)載約為30 kW，換型后的負(fù)載率為 30/37×100 %=81 %。

表1 電動機(jī)的參數(shù)對比

2.2 電動機(jī)進(jìn)線電纜換型方案

根據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》規(guī)定，對于換型后的37 kW電動機(jī)，需將進(jìn)線銅芯電纜截面積由 16 mm2增大為 25 mm2。

2.3 電動機(jī)斷路器換型方案

原電動機(jī)斷路器為GV3P65型，可以為30 kW電動機(jī)提供熱過載保護(hù)及短路保護(hù)。電動機(jī)升功率至37 kW后，額定電流約為67 A。依據(jù)施耐德電動機(jī)斷路器的選型原理，選定該公司生產(chǎn)的GV3ME80型電動機(jī)斷路器替換原GV3P65型電動機(jī)斷路器。2種斷路器的主要參數(shù)如表2所示。

表2 斷路器的參數(shù)對比

2.4 換型后設(shè)備校驗

2.4.1 風(fēng)機(jī)電動機(jī)

(1) 額定轉(zhuǎn)速：換型前 1 480 r/min，換型后1 479 r/min。負(fù)載要求 1 280 r/min，滿足要求。

(2) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：換型前540.4 N·m；換型后618.8 N·m，換型后的電動機(jī)能夠正常啟動。

(3) 其他性能：換型后，電動機(jī)防護(hù)等級IP55，絕緣等級F，溫升等級B，與換型前電動機(jī)一致，滿足要求。

(4) 電動機(jī)安裝尺寸校驗：2種電動機(jī)的安裝方式相同、尺寸一致，可確保電動機(jī)與原電動機(jī)的傳動裝置連接良好，現(xiàn)場安裝不會受到影響。

2.4.2 電動機(jī)進(jìn)線電纜

據(jù)《工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊》可知，正常條件下電動機(jī)的電壓偏差允許值為±5 %。電動機(jī)上游變壓器至電動機(jī)斷路器的電纜截面積為35 mm2，長度約為100 m；電動機(jī)斷路器至電動機(jī)的電纜截面積為25 mm2，由于長度不超過10 m，計算時該段可以近似忽略。當(dāng)電動機(jī)功率因數(shù)為0.9時，截面積為35 mm2的1 kV交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜用于 380 V 系統(tǒng)的電壓損失約為 0.271 %/(A·km)，則當(dāng)電流取電動機(jī)額定電流67 A時，電動機(jī)的壓降約為 0.271 %×0.1×67=1.816 %，處于電動機(jī)電壓偏差±5 %的允許范圍內(nèi)。

2.4.3 電動機(jī)斷路器

(1) 斷路器熱過載保護(hù)整定范圍：56—80 A；電動機(jī)額定電流：67A，位于熱保護(hù)范圍內(nèi)。據(jù)現(xiàn)場反饋的風(fēng)機(jī)負(fù)荷電流，換型后的斷路器熱保護(hù)定值設(shè)定為70 A，約等于電動機(jī)1.05倍額定電流。

(2) 斷路器磁脫扣電流：1 040 A；電動機(jī)最大啟動電流：67.2×7.1≈477 A，斷路器磁脫扣電流能夠躲過電動機(jī)最大啟動電流。

(3) 斷路器短路分?jǐn)嗄芰Γ?5 kA(400 V/50 Hz)。據(jù)資料查詢可知，斷路器上游變壓器容量為800 kVA，阻抗電壓為 6 %，聯(lián)接方式為“Dyn”。據(jù)DL/T 5153—2014《火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定，當(dāng)線路電纜截面及導(dǎo)體材料不同時，應(yīng)按式(2)歸算至同一截面的鋁芯電纜長度，再按此長度查取短路電流。

式中：Lc——歸算至同一截面的鋁芯電纜計算長度 (m)；

L1、S1、ρ1——分別為鋁芯電纜的長度 (m)、 截面 (mm2)、電阻系數(shù) (Ω· mm2/m)；

L2、S2、ρ2——分別為不同截面不同材料的 電纜長度 (m)、截面 (mm2)、 電阻系數(shù) (Ω·mm2/m)。

銅 的 電 阻 系 數(shù) 為 0.017 5 Ω·mm2/m， 鋁的 電 阻 系 數(shù) 為 0.028 3 Ω·mm2/m。 據(jù) 現(xiàn) 場實際情況，銅芯電纜長度取100 m，截面積為35 mm2，按式(2)歸算成鋁芯電纜計算長度為100×35×0.017 5/35/0.028 3≈61.8 m（L1忽略）。查DL/T 5153—2014可知，回路三相短路電流約為 3 300 A，小于 15 kA，斷路器分?jǐn)嗄芰M足要求。

(4) 當(dāng)電動機(jī)回路發(fā)生單相短路時，短路電流值可作為最小短路電流用以校驗斷路器靈敏度；該值也可通過查找相應(yīng)的計算曲線獲得。銅芯電纜長度100 m(歸算成鋁芯電纜計算長度為61.8 m)、截面積為 35 mm2時，查 DL/T 5153—2014 可知，單相短路電流約為1 600 A。由斷路器磁脫扣電流為1 040 A 可得：1 600/1 040=1.54，大于 1.5，故斷路器靈敏度滿足要求。

3 結(jié)論

自同步并網(wǎng)系統(tǒng)強(qiáng)迫風(fēng)冷裝置風(fēng)機(jī)電動機(jī)改造1年多以來，該發(fā)電廠定期檢測電動機(jī)及其引出線的溫度，未發(fā)現(xiàn)有溫升過高現(xiàn)象。運行實踐證明，此次改造是合理的，也是必需的，不僅降低了發(fā)電機(jī)組停機(jī)的風(fēng)險，還確保了發(fā)電廠穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)效益，值得在同類電廠中推廣應(yīng)用，具有一定的示范價值和參考意義。

1 中國航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計研究院．工業(yè)與民用配電設(shè)計手冊(第三版)[M]．北京：中國電力出版社，2005.

2 國家能源局．DL/T 5153—2014火力發(fā)電廠廠用電設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

3 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會．GB/T 26921—2011電機(jī)系統(tǒng)(風(fēng)機(jī)、泵、空氣壓縮機(jī))優(yōu)化設(shè)計指南[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.