電動機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

某發電廠同步并網系統強迫風冷裝置風機電動機的定子繞組引出線截面積為16 mm2。現場反饋設備長期運行后引出線經常發生溫升過高現象，導致電動機繞組引出線燒損，發電機組有降負荷風險。

同步并網系統的主要功能是通過負荷開關合閘將發電機發出的電能輸送至主變壓器，經主變壓器升壓后與電網并網。該系統由發電機輸出端子封套、分相隔離連接母線、負荷開關、自動同步器和強迫空氣冷卻系統組成。強迫空氣冷卻系統主要為發電機輸出端子封套、分相隔離連接母線、負荷開關等設備進行強迫通風換氣冷卻。

1 根本原因分析

據現場實測，該風機電動機正常工況下運行電流曾達到57 A，而電動機額定電流為55 A，負載率達到104 %，可見電動機存在長期滿載甚至過載運行的可能。考慮到該電動機運行最大電流未被檢測到，實際過載情況可能更加嚴重。

GB/T 26921—2011《電機系統 (風機、泵、空氣壓縮機)優化設計指南》中規定：對風機機組、泵機組啟動、制動和過載能力沒有特殊要求時，電動機的額定功率按式(1)計算：

式中：Pm——電動機功率(kW)；

Pp——額定流量下的軸功率 (kW)；

ηt——傳動效率；

α——余量。

當Pp小于55 kW時，α在0.1—0.2內取值；當Pp在55—250 kW時，α在0.05—0.15內取值；當Pp大于250 kW時，α在0.02—0.05內取值。在計算過程中，α取0.15；風機機組采用皮帶傳動，ηt取0.95。根據廠家說明書，20 ℃時風機軸功率為26.39 kW，此時電動機的功率為：

高于20 ℃時，風機軸功率為24.63 kW，此時電動機的功率為：

該風機電動機的型號為M3BP200MLA4，額定功率為30 kW。與計算結果對比可見，高于20 ℃時，風機負載已非常接近電動機的額定功率；在20 ℃時，超出了額定功率，這不符合風機電動機選型的設計要求。綜上所述，此問題的根本原因是風機電動機選型不合理，電動機額定功率偏小。

2 改進方案

2.1 風機電動機本體換型方案

依據《工業與民用配電設計手冊》以及上述計算結果，應選擇功率高1個等級的37 kW電動機替代原電動機。現采用ABB公司的M3BP200MLB4型電動機替代原M3BP200MLA4型電動機。2種電動機的主要參數如表1所示。換型后的電動機具有一定的備用功率，可滿足多種條件工況下的功率需求。

根據現場運行電流與換型前電動機額定電流的對比，可估算正常工況下電動機負載約為30 kW，換型后的負載率為 30/37×100 %=81 %。

表1 電動機的參數對比

2.2 電動機進線電纜換型方案

根據《工業與民用配電設計手冊》規定，對于換型后的37 kW電動機，需將進線銅芯電纜截面積由 16 mm2增大為 25 mm2。

2.3 電動機斷路器換型方案

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

表2 斷路器的參數對比

2.4 換型后設備校驗

2.4.1 風機電動機

(1) 額定轉速：換型前 1 480 r/min，換型后1 479 r/min。負載要求 1 280 r/min，滿足要求。

(2) 堵轉轉矩：換型前540.4 N·m；換型后618.8 N·m，換型后的電動機能夠正常啟動。

(3) 其他性能：換型后，電動機防護等級IP55，絕緣等級F，溫升等級B，與換型前電動機一致，滿足要求。

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

2.4.2 電動機進線電纜

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

2.4.3 電動機斷路器

(1) 斷路器熱過載保護整定范圍：56—80 A；電動機額定電流：67A，位于熱保護范圍內。據現場反饋的風機負荷電流，換型后的斷路器熱保護定值設定為70 A，約等于電動機1.05倍額定電流。

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

(3) 斷路器短路分斷能力：15 kA(400 V/50 Hz)。據資料查詢可知，斷路器上游變壓器容量為800 kVA，阻抗電壓為 6 %，聯接方式為“Dyn”。據DL/T 5153—2014《火力發電廠廠用電設計技術規程》中規定，當線路電纜截面及導體材料不同時，應按式(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 (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 (Ω·mm2/m)。

銅 的 電 阻 系 數 為 0.017 5 Ω·mm2/m， 鋁的 電 阻 系 數 為 0.028 3 Ω·mm2/m。 據 現 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，斷路器分斷能力滿足要求。

(4) 當電動機回路發生單相短路時，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 結論

自同步并網系統強迫風冷裝置風機電動機改造1年多以來，該發電廠定期檢測電動機及其引出線的溫度，未發現有溫升過高現象。運行實踐證明，此次改造是合理的，也是必需的，不僅降低了發電機組停機的風險，還確保了發電廠穩定的經濟效益，值得在同類電廠中推廣應用，具有一定的示范價值和參考意義。

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

2 國家能源局．DL/T 5153—2014火力發電廠廠用電設計技術規程[S]．北京：中國標準出版社，2014.

3 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會．GB/T 26921—2011電機系統(風機、泵、空氣壓縮機)優化設計指南[S]．北京：中國標準出版社，2011.