關(guān)于萬莊站聯(lián)合試運行過程中機(jī)組的故障分析及處理

徐 靜

（蚌埠市水利勘測設(shè)計院 蚌埠 233000）

1 概述

萬莊排灌站位于茨淮新河南岸、懷遠(yuǎn)縣找郢鄉(xiāng)，為堤后式灌排結(jié)合站，屬茨淮新河灌區(qū)骨干水源工程中的一級提水站，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)增產(chǎn)豐收作出了很大貢獻(xiàn)。該站始建于1974年，2010～2011年間完成了可研及初設(shè)的上報，2012年開工對該站進(jìn)行拆除重建，并于2013年5月投入試運行。

該站設(shè)計灌溉面積2.4萬畝、排澇面積20.0km2，重建泵站設(shè)計灌溉流量2.40m3/s，設(shè)計抽排流量9.0m3/s、自排流量21.0m3/s；安裝4臺900ZLB-85型立式軸流泵，配套電機(jī)分別為 2臺 Y4002-12（185kW），2 臺 Y4001-12（160kW），總裝機(jī)690kW。

2 泵站試運行驗收過程中出現(xiàn)的問題

2013年5月初，在泵站土建工程已基本完成，主機(jī)組安裝完畢，供電有保障的情況下，對該泵站進(jìn)行了試運行驗收。

泵站的試運行按照規(guī)范要求，先進(jìn)行單臺機(jī)組的試運行，再進(jìn)行全站機(jī)組的聯(lián)合運行。單臺機(jī)組試運行過程中，每臺機(jī)組均表現(xiàn)良好，可以正常啟動且穩(wěn)定運行；在聯(lián)合運行過程中，啟動1號機(jī)組，待其進(jìn)入穩(wěn)定運行狀態(tài)后，接著啟動2號機(jī)組，經(jīng)過多次嘗試，但2號機(jī)組始終無法啟動。在此情況下，又嘗試開啟了其他兩臺機(jī)組，仍然是同樣的情況。

現(xiàn)場對供電線路、配電柜、變壓器、電壓等問題逐一進(jìn)行排查，均未發(fā)現(xiàn)任何問題。在排除其他問題的情況下，結(jié)合試運行過程中的各種現(xiàn)象，從水泵的角度對造成該故障的原因進(jìn)行分析。

3 對機(jī)組無法啟動問題的分析

萬莊站為灌排結(jié)合泵站，機(jī)組聯(lián)合試運行時，正值當(dāng)?shù)毓喔绕?，因此，結(jié)合泵站的規(guī)劃參數(shù)以及廠家提供的900ZLB-85型立式軸流泵的性能曲線，對聯(lián)合試運行過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。

3.1 計算水泵軸功率及三相異步電動機(jī)實際輸出功率

以1#機(jī)組為例進(jìn)行計算。

3.1.1 水泵的軸功率

式中：ρ—水的密度，一般為1000kg/m3；

Q—水泵的流量，m3/s；

H—水泵的揚程，m；

g—重力加速度，m/s2；

η泵—水泵的效率，查相應(yīng)水泵性能曲線可得。

試運行期間，實測泵站凈揚程約為H凈=2.6m，損失揚程估算約為ΔH=1.8m，即泵站總揚程H總=4.40m。設(shè)計水泵安裝角度采用0°，對照圖1的水泵性能曲線查得，水泵此時的流量Q=3.1m3/s，η泵＝85%。

在此工況下，1#機(jī)組水泵軸功率為：

3.1.2 三相異步電動機(jī)實際輸出功率式中：Un—實際電壓，kV；

In—實際電流，A；

η—電動機(jī)效率。

現(xiàn)場開機(jī)時，配電柜上顯示的電壓電流值分別為U實=0.37kV，I實=425A，從電機(jī)銘牌上查得電機(jī)效率η=0.91，功率因數(shù)cos=0.75。

由以上數(shù)據(jù)計算得出，1#機(jī)組電動機(jī)的實際輸出功率為：

3.2 計算結(jié)果分析

從理論上來說，水泵軸功率就是水泵實際輸入的凈功率，即電機(jī)輸給水泵的功率。如果不考慮其他因素，應(yīng)該等于電機(jī)的輸入功率乘以電機(jī)的效率，即N=P實。

由以上的計算可以看出：

（1）N≠P實，水泵軸功率與電動機(jī)實際輸出功率不同，與理論相違背。

（2）N＜P實，水泵軸功率小于電機(jī)實際輸出功率，水泵軸功率計算中采用的流量揚程可能存在問題.

（3）P實=185.9kW＞P=185kW，水泵的實際輸出功率大于電動機(jī)配套功率，即1#機(jī)組在試運行工況運行期間，電動機(jī)處于過載狀態(tài)。

表1 萬莊站設(shè)計與實際安裝水泵機(jī)組性能對比表

3.3 與原設(shè)計成果進(jìn)行對比

萬莊站為灌排結(jié)合泵站，主機(jī)組設(shè)計采用2臺灌排結(jié)合，2臺單排澇的組合布置方式，主電動機(jī)容量的選擇按《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB50265-2010）中10.3.2.1條之規(guī)定，按水泵運行期間可能出現(xiàn)的最大軸功率進(jìn)行選配，并留有一定的儲備系數(shù)。

按現(xiàn)場布置，1#機(jī)為灌排結(jié)合機(jī)組，根據(jù)立式軸流泵的特性，結(jié)合泵站規(guī)劃參數(shù)可知，灌溉最高工況下水泵軸功率即為該臺水泵的最大軸功率。

以1#機(jī)組為例，結(jié)合原設(shè)計采用的36ZLB-85型立式軸流泵性能曲線（見圖1）將原設(shè)計與實際安裝水泵各工況下的性能參數(shù)進(jìn)行對比（見表1）。

從以上對比結(jié)果可以看出：

（1）原設(shè)計計算最大軸功率P軸=158.3kW＜P配=185kW，配套系數(shù)1.17，滿足規(guī)范設(shè)計要求。

（2）實際安裝水泵計算最大軸功率P軸=191.7kW＞P配=185kW，明顯不滿足規(guī)范要求的主電動機(jī)選配原則，在實際運行過程中造成電機(jī)過載。

3.4 現(xiàn)場實測

萬莊站布置了東、西兩孔灌溉涵，試運行期間，對兩涵洞出水量進(jìn)行了測定。在僅開1#機(jī)組的情況下，兩涵總過水流量達(dá)到約3.5m3/s。泵站凈揚程H凈=2.6m，損失揚程ΔH=0.2Q2=0.2×3.52=2.45m，水泵軸功率約為P測=9.81×3.5×5.05/0.85=204kW。

4 解決問題

4.1 分析總結(jié)

圖1 原設(shè)計采用的36ZLB-85型立式軸流泵性能曲線圖

圖2 水泵工作點曲線圖

參照廠家提供的水泵性能曲線計算得出的水泵軸功率與電機(jī)實際輸出功率相差很大，說明水泵在該工況下，實際流量、揚程與0°性能曲線不符。

通過實測流量揚程計算出的水泵軸功率，可以反應(yīng)出在試運行期間，水泵實際出水流量過大，導(dǎo)致泵段損失增加，總揚程過大，水泵軸功率超出電機(jī)所能承受的極限值，電機(jī)過載。

考慮到實測流量以及水頭損失計算的偏差，可以認(rèn)為此時的水泵實際軸功率與電機(jī)輸出功率是相符的。

4.2 提出解決方案

將水泵的性能曲線Q～H和裝置特征曲線Q～H需以同一比例畫在同一坐標(biāo)系中，將各安裝角度下的水泵工作參數(shù)列表進(jìn)行分析（見圖2、表2、表3）。其中：Q～H曲線為廠家提供，Q～H需曲線為 H需=H+ΔH=H+0.2Q2，H 為各工況下的凈揚程。

表2 灌溉設(shè)計工況下水泵工作參數(shù)表

結(jié)合復(fù)核計算以及表2、表3的參數(shù)研究，考慮在不更換主電動機(jī)以及電氣設(shè)備的前提下，將水泵葉片安裝角度由目前的安裝角度調(diào)整為-2°或-4°即可。調(diào)整后的水泵在設(shè)計工況下，流量可以滿足灌溉設(shè)計要求，工作點處于高效區(qū)；在最高工況下，配套電動機(jī)不會過載。

4.3 返廠調(diào)整

在確定了處理方案后，與廠家一起制定了水泵葉片角度調(diào)整的方案：（1）將配套功率為185kW的水泵葉片角度入負(fù)方向調(diào)整4°，即在原葉片角度基礎(chǔ)上往負(fù)方向旋轉(zhuǎn)8mm；（2）將配套功率為160kW的水泵葉片角度入負(fù)方向調(diào)整6°，即在原葉片角度基礎(chǔ)上往負(fù)方向旋轉(zhuǎn)11mm。

調(diào)整后，萬莊站重新進(jìn)行了試運行驗收。試運行過程中，所有機(jī)組均能一次順利啟動成功，啟動平穩(wěn)，運行期間設(shè)備運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、正常，未發(fā)生異常情況。

表3 灌溉最高工況下水泵工作參數(shù)表

5 總結(jié)

由此次事故中可知，相同型號的水泵，不同廠家所能達(dá)到的性能可能會有所不同。中標(biāo)廠家應(yīng)根據(jù)招標(biāo)圖紙，結(jié)合自己設(shè)備的性能曲線，核算水泵的最大軸功率，并與設(shè)計方溝通確認(rèn)，方可避免此類事故的再次發(fā)生