注水泵電機過熱原因分析及對策

李寧會

（長慶油田公司設備管理處，西安710021）

注水泵電機過熱原因分析及對策

李寧會

（長慶油田公司設備管理處，西安710021）

解決往復式注水泵電機過熱問題，根據電機溫度的標準、注水泵電機功率配備的標準，測試了注水泵的實際工況和電機實際功率，分析了可能過熱的原因，認為泵電機實際功率達不到額定功率、使用變頻器、供電質量差是電機過熱的原因。

電機；過熱；對策

0 前言

長慶油田公司現有1513臺注水泵，均為往復柱塞泵，皮帶傳動。近年，注水泵電機過熱、燒毀現象比較嚴重。2014年夏天有200多臺電機過熱，有55臺電機另設獨立風扇。采油十廠的慶三注、慶四注、慶三聯3個注水站，共有12臺注水泵，2014年共燒毀10臺電機。注水泵電機過熱問題對注水影響很大。

1 過熱標準

長慶油田注水泵所配電機多是F級絕緣，IP54防護等級的三相異步電機。根據GB/T 20113-2006《電氣絕緣結構熱分級［S］》，F級絕緣的最高工作溫度為155℃，即繞組工作溫度不能超過155℃。根據經驗，從繞組到機殼表面的溫差，F級為30℃，B級為10℃。那么F級絕緣的電機表面溫度在125℃以下都是可以使用。但實際上，許多電機若表面溫度長期超過85℃，就很容易損壞，原因是很多F級絕緣的電機都是依據《GB/T 28575-2012 YE3系列超高效率三相異步電動機技術》等各種GB/T、JB/T的電機技術條件，按B級絕緣考核。因為GB/T 20113-2006《電氣絕緣結構熱分級［S］》“最高工作溫度允許不同于EIS的耐熱等級”。

根據《GB 1032-2012三相異步電動機試驗方法［S］》表3規定，在冷卻介質為25℃時，繞組基準溫度F級為115℃，B級為95℃。在冷卻介質為25℃時，按“基準溫度-繞組至電機外表的傳導溫差=表面溫度”計算，從電機表面測量，F級和B級溫度超過85℃為過熱。

根據《GB 755-2008旋轉電動機定額和性能［S］》表7的規定，200～5000 kW的電機交流繞組溫升極限，用埋置檢溫計法測量F級絕緣為115℃、B級絕緣為90℃。假設環境溫度25℃，按“環境溫度+溫升極限-繞組至電機外表的傳導溫差=表面溫度”計算，標稱F級絕緣按B級絕緣考核的電機表面溫度極限是85℃。以下所說電機過熱指環境溫度25℃時，電機表面溫度在85℃以上。

2 過熱原因分析

電機過熱原因很多，長慶油田注水泵電機基本沒有室溫高、散熱不良、超載、軸承缺油、轉子掃膛、風扇壞或進出風口堵、星三角接線錯誤、維修后的電機性能下降、缺相、電機受潮、頻繁起動等因素造成的過熱。從以下4個方面進行分析。

2.1 核查泵廠家選配電機的額定功率

《GB/T 9234-2008機動往復泵［S］》規定：原動機的功率應比運行狀態的最大功率高5%以上，包括為超過安全泄壓裝置設定壓力的余量。這個表述比較含糊，不便檢查。需要明確計算水功率時，用額定壓力還是用安全閥起跳壓力，用理論排量還是用額定（實際）排量。《GB/T 7784-2006機動往復泵試驗方法［S］》規定的泵效是泵的輸出功率與泵的輸入功率之比，而6.5.1條規定泵的輸入功率為原動機的輸出功率。也就是說泵效中包含了皮帶效率。

以《GB/T 9234-2008機動往復泵［S］》表1中的＞20～31.5 MPa泵為例，取泵效率為0.84，容積系數為0.9，安全閥起跳壓力為1.05倍額定壓力，按實際排量=理論排量×容積系數，水功率N水=壓力×排量，額定水功率N額=額定壓力×額定（實際）排量，電機功率≥水功率÷泵效，可有以下幾種情況（表1）。根據GB，電機的額定功率至少要分別大于額定水功率的1.31倍以上。按這個標準核查在用的幾種泵，注水泵廠家都按標準配備了電機。不存在電機功率配小問題。

表1 不同壓力、排量定義組合

2.2 核查電機的實際功率

發現有的電機能力達不到額定值。有的泵在遠低于額定壓力時，電機遠低于額定功率時，電機過熱。如西259站的5DSB-33.6/25注水泵，排量、壓力均未達到額定值，溫度卻超限。同樣是280 kW，IP23防護等級，B級絕緣的Y355L1-6電機，1個廠家的重2057 kg，而另一個廠家的則僅有1710 kg；同樣是560 kW，IP23防護等級，F級絕緣的Y500-8電機，1個廠家的重5800 kg，而另一個廠家的則僅有4670 kg。表明后兩個廠家可能定子、轉子的長度不夠，實際功率可能達不到額定功率，兩個廠家的電機確實存在溫度高的問題。這種同型號、不同廠家的電機，重量相差較大的問題，在多種型號電機上發現。

2.3 在普通電機上使用變頻器

長慶油田近十年大量推廣變頻器，基本都是在普通電機上使用。注水泵用變頻器已有835臺，占55%。使用情況如下。

（1）降頻運行。電機風扇輸出的風量減小，易導致電機過熱。現場發現了許多這種情況。離心泵降頻降速時，泵的輸出功率以轉速的3次方下降，所以電機不會過熱。但在泵負荷較小時，也可能不過熱。如額定20 MPa的泵，在10 MPa工作，電機30 Hz運行時并不過熱。

（2）不降頻運行。實測靖三聯合站4號注水泵電機，型號YB2-355M2-4，工頻運行溫升36.7℃，變頻器下50 Hz運行溫升38.8℃。在變頻器驅動下50 Hz運行的電機比沒有變頻器時工頻下的電機溫升高20%［1，4］。

由于變頻器產生的脈沖電壓峰值大大高于額定電壓的許可波動范圍，對絕緣層有傷害，長期使用變頻器，會導致電機溫度升高［2］。不論那種形式的變頻器，在運行中均產生不同程度的諧波電壓和電流，使電機在非正弦電壓、電流下運行。高次諧波會引起電機定子銅耗、轉子銅（鋁）耗、鐵耗及附加損耗的增加，最為顯著的是轉子銅（鋁）耗。因為異步電機是以接近于基波頻率所對應的同步轉速旋轉的，因此，高次諧波電壓以較大的轉差切割轉子導條后，便會產生很大的轉子損耗。除此之外，還需考慮因集膚效應所產生的附加銅耗。這些損耗都會使電機額外發熱，效率降低，輸出功率減小［3］。

2.4 供電質量

根據《GB/T 1232電能質量供電電壓偏差［S］》，正常電壓的波動范圍應是±7%。根據《GB/T14549電能質量公用電網諧波［S］》，正常的電壓總諧波畸變率應是小于5%。測試中發現某些注水站電壓、電壓總諧波畸變率超出范圍。

當電壓過高時，導致電機的定子磁通接近飽和狀態，出現電流急劇增大，電機效率下降，發熱嚴重；當電壓過低時，運行中的電機，負載一定時，為維持輸出功率，電流必然增大，電流增大繞組的電阻損耗大，從而電機溫升增高；三相電壓不平衡時，也會導致電機溫度升高。諧波電流會對電機引起附加鐵損和銅損，使設備溫升過高，降低絕緣強度，其次是產生振動并發出噪聲。抽測了21臺溫度高的電機。電壓超標有3臺，諧波超標有10臺，使用變頻器的12臺。

綜上所述，各個站的注水泵電機過熱原因不盡相同，是由多方面造成的，有電機廠家在電機實際功率方面的問題，有用戶使用變頻器的問題，有供電質量問題。

3 對策

（1）對電機廠提出保證電機實際功率達標的具體要求，電機出廠應帶型式試驗報告，測試電機的冷態繞組電阻是否與型式試驗報告一致，三相繞組電阻是否一致。

（2）在往復式注水泵上使用變頻器時，應同步使用變頻電機，變頻器的諧波應在規定之內。

（3）在現場進行負荷測試，驗證電機實際功率能否達到額定功率。在現場，當注水泵在額定壓力、額定排量下長期工作時，電機表面溫度不應超過85℃。

（4）改善供電質量。調整電網，減少電壓波動范圍；減少三相不平衡；治理諧波污染。

［1］滿永奎，韓安榮.通用變頻器及其應用［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［2］Roger c Dugan，etc.電力系統電能質量［M］.中國電力出版社，2012.

［3］劉晉平.電網諧波對電動機運行的影響分析［J］.科研情報開發與經濟，2006，16（23）:193-194.

［4］王耀榮，何志偉，胡少強.用變頻器供電時高次諧波對普通型電動機溫升的影響淺析［J］.電機電器技術，2004，（4）：14.

〔編輯 凌瑞〕

TE974

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2016.11.19