一起深井泵電機繞組絕緣降低的原因分析

王海濤

摘 要： 通過對一起深井水泵電機絕緣降低，繞組燒毀故障的原因分析，對導致故障的原因進行了查找并進行電纜截面計算，通過增加電纜截面降低電壓降，達到深井泵電機的機端電壓要求。

關鍵詞： 電機絕緣；電壓降；電纜截面

1、故障現象：

2017年8月某日我單位生活區1#深井泵在運行中因電流突然增大停機，后電氣人員對電機進行絕緣測試，電機對地絕緣電阻0.2MΩ；后又啟動運行1小時左右跳機，電機絕緣為0，后提泵解體后電機繞組燒毀。我單位生活區深井泵井下深度300米，靜水位270米，配套電機YQS250-132井用潛水三相異步電機，電機功率132kW，額定電壓380V，額定電流260A；電機電源電纜為JHS型防水橡套電纜，電纜截面為95mm2銅芯。

2、故障原因分析：

2.1故障判定

電機解體后檢查發現定子繞組發熱變色，造成相間短路。調取運行記錄，電機正常運行電流在250-260A波動，負荷電流較為平穩，水泵額定出水量為80m3/h，實際出水量為60-70m3/h；從運行情況上看，電機沒有過載運行，為何會導致定子繞組發熱。

后通過對電機手冊的解讀，電機額定電壓是指電機出線接線端子處的電壓，而此水泵電機距電氣柜距離300米，電機供電電纜310米，會不會是由于電源電壓由于電纜壓降導致電機運行電壓達不到規定值，一般為額定電壓的+10～-5%。

2.2原因分析

現電纜采用的單芯95 mm2銅芯JHS型防水橡套電纜，為了確定電壓降是否超過規定值，現對電纜進行了核算。

傳統的電纜截面選擇方法可分為4類：①按允許發熱條件選擇，也就是按允許載流量選擇；②按經濟電流密度選擇；③按允許電壓損失校驗；④按機械強度校驗。根據上述方法對現使用的電纜進行計算：

2.2.1按允許載流量進行計算：

一般規定運行中的導體電纜溫度應不超過規定的長期允許工作溫度：JHS型防水橡套電纜65℃。根據這一原則，在選擇電纜截面時，必須滿足下列條件：

Imax≤I0K

式中：Imax——通過的最大連續負荷載流量（A）；

I0 ——指定條件下的長期允許載流量（A）；

K ——長期允許載流量修正系數。

根據上述條件查電纜手冊得：單芯銅芯橡套絕緣電纜1×95mm2，最大連續負荷載流量為345（A），25℃。由于敷設在深井井管內，管內設計溫度最高為20℃，溫度修正系數K按1.0選擇。

通過溫度的修正后該電纜的連續負荷載流量為345（A），滿足電機額定電流260（A）的要求。

2.2.2按經濟電流密度進行計算：

從工程投資考慮電纜導體截面的選擇，不僅要考慮電纜線路的初始成本，還要同時考慮電纜在壽命期間的電能損耗成本，因此要從經濟電流密度來選擇電纜截面。

由于采用單芯電纜，在井管中敷設，年負荷利用小時按3000～5000小時考慮，按表1經濟電流密度2.25 A/mm2考慮，按照下式計算電纜截面Sj。

式中：Imax——最大負荷電流（A）；

J——經濟電流密度（A/mm2）；

計算得出Sj=260/2.25=115.56 mm2，無法滿足要求。宜采用截面為120mm2的電纜。

2.2.3按允許電壓損失進行計算：

當電流通過電線電纜時，由于線路中存在阻抗，必然產生電壓損失（電壓降），線路越長，截面越小，電壓的損失越大，即電壓降越多。所以一般規定：照明線路中允許相對電壓降不應超過2.5～5%，戶內動力線路不應超過4～6%允許值，輸配電線路不應超過7%。如果線路電壓降超過允許值，設備的供電電壓將無法達到設計要求。這種情況下應適當增大電纜截面，使之達到要求。

在低壓線路中，當給定了負載的電功率P，送電距離L，所允許的相對電壓降為ε時，則電纜截面Sj按下式計算：

式中：P——負載的電功率（KW）；

L——送電線路距離（m）；

C——根據導體材料及送電電壓確定的線路功率系數（見下表2）

ε——允許的相對電壓降（%）

根據深井泵現場情況已知L=310m P=132KW ε=5，表中查得C=76.5

代入上式：S=（132×310）÷（76.5×5）=106.98mm2>95 mm2

應選擇線路截面為120mm2的電纜方能滿足電動機接線處電壓降不大于5%的要求。

2.2.4按機械強度進行校驗：

一般電纜截面大于16 mm2時，機械強度滿足要求。

通過上述計算發現，按允許發熱與條件按機械強度校驗選擇95 mm2電纜滿足要求，但是按經濟電流密度與允許電壓損失校驗計算電纜的截面偏小，應選擇120 mm2的電纜。而當電機機端電壓降低時會造成電機定子繞組發熱，電機的輸出功率降低。

3 處理措施

根據上述計算結果分析，由于電纜選擇截面偏小，造成電纜運行電壓降超過允許范圍，導致深井泵電機機端電壓偏低，長時間運行定子繞組發熱，絕緣降低后電機繞組短路停機。隨后對此深井的電纜進更換為120 mm2的電纜，同時訂購電纜對其余幾臺深井泵的電纜也進行分批更換。

4 結束語

通過對這起故障的分析，發現雖然初期深井泵采用的電纜截面雖在電纜的發熱條件下滿足現場要求，但是對于電纜的電壓降并未進行校驗，致使在運行過程中電纜的電壓降超過允許范圍，導致電機運行電壓偏低。今后對于此類長距離電纜供電線路，必須從幾個方面進行校驗，已達到設備的規定使用要求，有效的防范了此類問題的發生。endprint