注水泵高壓電動機過熱保護的故障綜和分析

張德軍 馬軍 何兵

摘 要：聯合站返廠檢修的3臺電動機，對電動機進行拆檢和試驗，電動機繞組耐壓試驗（1.5倍工作電壓），轉子動平衡試驗均合格，檢修未找到電動機發熱原因，基于檢修和運行工況對電動機及注水泵進行綜合工效數據分析，找出電動機發熱的根本原因，從而杜絕電動機過熱引發次生事故的可能性，本文從維護、運行、故障去綜合分析。

關鍵詞：離心注水泵;高壓電動機;故障分析

聯合站3臺高壓離心注水泵2006年6月份投產投用，電動機核定功率630kW、電流44.3A，電壓10kV三相異步隔爆型電動機，截止到2020年8月31日1#、2#、3#電動機分別運行52239h、49793h、56422h，電動機外殼均出現潤滑油滲漏情況，2019年開始電動機頻繁出現軸承高溫報警停機故障，2020年6月間3臺電動機4月初持續高溫報警，返回專業檢修廠檢修期間，均發現電動機繞組及腔體底部帶油有大約5mm厚的潤滑油及凝結水。

1 電動機故障的主要原因

①電動機使用環境的影響。由于電動機長期使用在沙漠環境中，風沙大特別是粉塵量大，工藝介質溫度在相對封閉的廠房散發的熱量導致電動機，工作環境溫度上升，在夏季天氣高溫的工作環境下（最高氣溫40℃），致使絕緣加速老化造成電動機損壞;

②定子繞組過熱的影響。現用的大中型高壓電動機使用時間都在6～10年之后，由于工作環境惡劣，繞組超負載后過熱引發絕緣老化，這種故障返廠檢測才能發現;

③電動機軸承潤滑油密封環磨損（見圖1），造成電機漏油，運行時電動機輸出端為負壓狀態，若軸承密封環磨損導致密封失效，軸承部位潤滑油就會滲入電動機空隙，潤滑油附著線圈繞組表面，并可能對絕緣造成腐蝕;

④電動機不正常振動或噪音容易引起電機的發熱，這種情況是由于轉子動平衡不好，以及軸承不良、轉軸彎曲，端蓋、機座、轉子不同軸心，緊固件松動或電機安裝地基不平、安裝不到位造成的;

⑤電動機空氣冷卻系統故障。該電機為風冷式電動機，尾部有一臺風機吸入冷空氣，冷空氣與繞組運行過程產生熱量通過電動機上部的冷卻器進行熱交換后，運行過程中，電機非輸出端冷卻風機吸入大量空氣，粉塵隨之進入冷卻系統，帶電粉塵進入后附著在冷卻器內表面，造成冷卻器內表面熱阻及風阻增大，繞組散發熱量不能很好攜帶，風冷卻器在日常停機檢維修時一定要注意散熱管的內壁清灰作業，可以有效避免電動機溫升過高被迫停機。

2 電動機常規保養過程中的問題

聯合站3臺高壓電動機2006年投產后，一般電動機檢修周期是隨注水泵保養周期而定，2006年至2010年期間，3臺電動機均完成1次返回電動機維修廠檢修，2011年2#電動機軸承骨架油封與電動機軸接觸面磨痕，深度約2mm，依據從淺槽印跡判斷軸肩處有退火現象，造成表面硬度下降;冷卻風機的葉輪動平衡被破壞;2012年1#電動機同樣問題返廠檢修，對軸頸部位采取鍍鐵工藝修復技術進行修復。2016年3#電動機絕緣性能下降，返廠進行絕緣處理，2019年7月3#電動機繞組高溫報警后，返廠檢修，線圈做1.5倍耐壓試壓合格后，更換電動機引線后返回，2020年5月～6月，2#和3#電動機出現電動機內冷卻風機腔體氣相空間放電（電暈放電），依據現場采取灑水冷卻的方式，部分水汽從電動機輸出端端蓋處吸入腔體后，形成電離層，當繞組的雜散電流形成的電勢差達到一個峰值，在腔體兩端尖銳點放電。考慮到電動機繞組表面存水的情況，進行干燥和絕緣處理。

3 注水泵葉輪減級改造后電動機運行工況

聯系站對注水泵2017年進行減級改造，由10級降為7級，注水泵流量均超出額定值，2#泵流量達到100m3/h以上，3#泵流量達到130m3/h以上，出口壓力降低至10MPa，運行過程中2#、3#電動機軸承部位出現高溫，輸出端軸承部位溫度≥70℃，電動機殼體表面溫度均在50℃以上，連續運行時間均不超過2h。對比1#泵電機高溫報警停機次數少，電動機殼體表面溫度小于40℃，運行工況平穩;

電動機安裝在室內，新疆夏季室外地表溫度均超過40℃，工藝介質溫度入口為50±5℃，強制通風機風量8000m3/h，廠房容積為6000m3，室內通風量不能滿足需求，電動機散發的熱量無法攜帶出廠房，從而導致轉子軸承部位高溫75℃保護停機。

4 電動機進行效能計算

注水泵配用的YKK-500型電動機根據國內公開的文獻資料，一般機械效率為75%～87%之間，本次計算采用86%計算，電動機輸出有效視在功率542kW。

4.1 注水泵軸功率計算

流量為80m3/h，改造后揚程1030m，（介質為清水），聯合站污水的密度采用1.14，綜合機械效能0.9，重力加速度9.81。聯合站多級離心泵軸功率334kW，電動機輸出功率541kW，目前配用功率630kW。注水泵葉輪減級改造后，根據現場實際流量進行計算得出如下結果：

4.2 結論

目前注水泵減級改造后，工頻狀態下，實際流量低于120m3/h，電動機現有功率完全滿足要求，不會超負載運行。當流量超過120m3/h電動機處于超負載運行。根據目前運行數據分析，在額定流量80m3/h下進行運行，注水泵的綜合機械效率只有54%，達不到經濟運行的的要求，電動機無功功率（在電容功率因數補償）預計占到40%以上。注水泵葉輪減級后，通過計算得知注水泵超流量運行后，負荷過重導致電動機繞組發熱量增加，引起軸承部位長期處于高溫狀態，導致高溫報警頻繁停機，同時長期高溫運行引發電動機繞組絕緣失效，軸承使用壽命縮短等問題頻繁。

5 維修保養需要加強的措施

注水泵電動機漏油，在3000h及8000h等級保養必須更換易損件擋油環和甩油環。監測電動機前后軸瓦側間隙并隨時調整，電動機轉子腔內進油采取清理底部潤滑油。加強日常巡檢和例行保養，注意監控機組潤滑油漏失量，確保機組安全運行。

6 建議

①制定電動機返廠合理的檢修周期，制定電動機返廠檢修隱患排查作業項目及檢修工序，由專業人員進行檢測和預判;

②建議根據改造后的注水泵實際運行參數，選擇配用功率在800kW電動機確保，確保油田注水安穩常滿優的運行;

③建立電動機監測模型，有針對性開展電動機振動監測，注水泵振動監測同時電動機進行監測，通過數據預判發現電動機可能的故障，避免事故的發生。開展站隊日常振動監測，通過定時定點的監測，摸索振動值分析振動源;

④定期開展能效測定，通過現場取得的數據進行計算，制定合理的運行條件，避免超負載運行。

參考文獻：

[1]周有均，周立新，謝嵐.高壓電機試運轉振動異常的分析與處理[J].新世紀水泥導報，2010（6）.

[2]劉世雄.一起高壓電機故障原因分析及對策[J].電工技術，2011（1）.

作者簡介：

張德軍（1975- ），男，漢族，新疆庫爾勒市人，技師，主要從事設備管理工作。