简析大泵机组电机运行寿命和功率配套

时间：2024-07-28

黄智丰，吕鹏，吕省三施伟

(1.江苏省江都水利工程管理处;2.江苏江都亚威机床股份有限公司，江苏江都 225200)

0 引言

当前大型泵站正在进行更新改造工程，范围广、工程大、耗资巨。使我们对泵站电机的绝缘使用寿命和配套功率等两个问题十分关注。

读《泵站技术》2009-3期《浅谈大型水泵机组使用寿命问题》后，有些感想，在此发表自己的观点。

该文用许多的数据表明经过了30多年、9万多小时运行的江都一、二站须进行更新改造的理由，但对单一排涝泵站电动机使用寿命可以延长达40年左右的讨论则未涉及。这里我们将补充江都一、二站历年发生的绝缘击穿事故时间，可供专家分析其绝缘老化状况，推断它的使用寿命能否更长一些。

借此机会，讨论电动机功率匹配问题，谨供泵站更新改造参考。

1 江都一、二站兴建和运行概况

江都一、二站于1956年完成规划及初步设计，分别于1963年和1964年竣工。初步设计中，拟装置64ZLB-50(当时为PVP-160)型轴流泵，配套800 kW同步电动机10台。这批订单从1958年开始至1960年结束，陆续交存于江苏省水利厅下属的扬州“太阳宫”仓库。众所周知，1959年至1961年间，国家正处于经济困难时期，工业产品的质量并不好于1958年“大跃进”时期，所以后来便统称为1958年出厂。

为保证能最大程度地发挥泵站的经济效益，江苏省水利厅特别注重泵站选址。几经变迁，直至20世纪60年代初，才将江都一、二站站址定现在的位置，将始拟名“滨江泵站”定名为“江都排灌一、二站”，随即便展开江都排灌一、二站的施工设计，增大装机容量，共16台套，上报国务院审批。这就是为什么1963年竣工的江都一站主电机是1958年生产的，和为什么1964年竣工的江都二站也有2台套为1958年生产的缘由。

2 电动机使用寿命的讨论

江都一、二站主电机是“大跃进”时期生产的。限于当时的技术，全部绝缘材料为云母带和沥青漆，俗称“黑色绝缘”。其缺点是绝容易吸潮。然而经历了30多年9万多小时的运行，得到的回报已经远远大于投资。而我国一般排涝泵站虽兴建了30多年，但实际运行时间在10 000 h以下。是否已经到达老化退役年限，值得深入研究其使用寿命。

据说可以通过绝缘击穿的高发期的时间来分析其老化程度。我们将提供江都一、二站电机绝缘击穿高发期的相关资料，供专家们分析评判电机绝缘严重老化的寿命究竟是30年，抑或是是更长的40年、50年。

江都一站电动机于1963年投入运行，70年代初开始陆续发生绝缘击穿事故。至70年代末，10年期间共发生电机绝缘击穿事故8起。首次是年度检查试验中发生相间击穿事故，接着在运行中陆续发生相对地、相对相击穿事故。此后正如《浅谈大型水泵机组使用寿命问题》一文中所说，由于效仿江都二站维护管理办法，摒弃开机前使用线圈通电加热，快速驱除湿气，提高绝缘电阻吸收比的方法之后，直至1996年最后更新2台电机结束，期间大约16年时间便再未发生绝缘击穿事故，一直处于良好的稳定安全运行状态。

诚然，江都一、二站在1986年曾同时发生过电机绝缘击穿事故。但由于该两次事故发生在1977返厂年更换线圈绝缘之后，与1958年原生产厂电机绝缘无关。并且该两次事故皆因机械振动或电磁振动等外力影响导致绝缘磨损从而发生绝缘击穿事故，属偶发事故，严格来说并非绝缘老化所致。

下文将部分摘录《江都水利枢纽工程事故汇编》中关于江都一、二站电动机历年绝缘击穿介绍，予以交代。［1］

1986-6-6T 20∶46，一站运行人员听见一声巨响后发现7号主电机保护动作，跳闸停机，7号主机北侧有一股烟。初查发现:7号主机B、C两相相间断路，C相对铁心有击穿现象。吊出上机架和转子后进一步检查发现，以出线端顺时针为序的第15、16槽一组线圈(C相)下端部和第29、30槽一组线圈(B相)下端部都与端箍短路，第9槽线圈(C相)与铁心短路。事故的主要原因:一站8台800 kW立式同步电机系1960年出厂，1963年投运。1977年因电磁噪声随励磁电流增减而变化，经上级批准送回原厂重叠硅钢片，更换线圈。返修后硅钢片退火，叠压不紧，磁性能改变。振动依然存在，线圈由原浸胶云母绝缘换为全粉云母带绝缘。这种线圈固化后硬度大，质脆，上、下端箍亦是钢性材料。在运行中，特别是启动过程中，因机械振动和电磁振动，电子线圈与上、下端箍磨损严重，破坏了表面绝缘，故在绝缘磨损严重的薄弱处一相首先对下端箍击穿，而另一相也在磨损薄弱处击穿并通过下端箍造成相间断路。

1986-6-29T 6∶45，二站运行人员突然听到1号主机方向发生强烈的异常声响，并看到1号主电机东北侧窜出一股电弧光，随后冒出浓烈的烟雾。于此同时1号主电动机保护动作，跳闸停机。当即检查发现1号主电机因C相过流继电器动作而跳闸，1号主电机东北方位某些定子线圈下端部与端箍处有明显烧伤痕迹，部分线圈严重变形。吊出转子进一步检查发现，以A相进线端顺时针为序的第16槽线圈(C相)下端部和第23槽线圈(B相)下端部同时与端箍短路，造成B、C相间短路，短路电弧对铁心放电。事故主要原因:二站共8台800 kW的立式同步电机，1号主电动机于1960年出厂，1965年投运。1977年，改机运行中东北角上部硅钢片突然发出随励磁电流增大而增大的异常声音，经上级同意送回原厂返修后，线圈换成全粉云母带绝缘，但硅钢片的波浪变形问题仍然存在，运行是异常声响没有减轻，启动时噪声较以前更严重，采用全粉云母带绝缘的线圈，固化后硬度大、质脆，在运行中特别是启动过程中，受机械振动及超标的电磁振动，于钢性材料的端箍长期磨损，绝缘受损严重，导致薄弱处的两相先后对下端箍击穿形成相间短路，局部线圈烧坏。电动机返修后，线圈与端箍之间绑扎松紧不均，紧的地方使绝缘部分压陷很深，松的地方线圈端部与端箍之间有间隙，加之振动，加剧了线圈与端箍之间的磨损，是事故的主要原因。

综上所述，大致可以小结为以下两点。

(1)江都一站首批使用的电机为1958年前生产，使用“黑色绝缘”材料，绝缘强度低，防潮能力差。1963年投入运行后，于70年代初首次发生绝缘击穿事故，至70年代末截止，10年时间中，共发生绝缘击穿故障8次，为故障高发期，但此后由于维护保养得以改善，特别是摒弃了线圈通电干燥，快速提高绝缘电阻吸收比的做法后，直至1996年更新改造结束，又安全运行了16年，从出厂到报废共39年使用寿命。

(2)江都二站电动机约生产与1958年，同为“黑色绝缘”，但由于维护保养得当，从1964年首次投入运行，至1998年更新改造，共安全运行了35年。

如果按通常意义上理解绝缘老化的定义，应是在运行中频频出现击穿、短路等故障，影响设备安全运行和效益发挥时，方可称之为绝缘老化。而将江都一、二站电机定义为绝缘老化，笔者认为言之尚早。

3 大泵配用电机功率讨论

全调节叶片角度的大泵，可以在不停机的状态下通过叶片调节使水泵在较大扬程范围内使电机在额定功率以下安全稳定运行，从而保证电机在高效区范围内。而半调节水泵，因在运行中不能调节叶片角度，使得大泵运行扬程范围又比较宽广，配套电机运行功率自然相差很大，难免处于低效区工作。

实例分析:

江都一、二站选用64ZLB-50型轴流泵，设计扬程8 m，配用800 kW同步电机。为方便讨论，先介绍电机铭牌:额定功率800 kW，效率92%，功率因素0.9超前，额定电流92 A。

江都一、二站运行初期，叶片角度按水泵出厂角度0°运行时发现:由于经常运行扬程远低于水泵设计扬程，电机负载率过低，电机运行效率较低，因此，一般泵站将叶片角度调至2°，当实际运行扬程高达9 m左右运行时，电机输出功率在800 kW左右，负载率80%左右，正处于高效区。这说明原配用电机匹配余量偏大，运行效率远达不到最高效率。而一些通过提高电机配套功率以保证泵站安全运行的观点是值得商榷的。尤其值得即将更新改造的泵站关注。