雨水泵站電氣設施常見故障的快速診斷與分析

摘要：目前，國內城市雨水提升泵站從建設規(guī)模、設備技術到管理水平都參差不齊。針對電氣設備故障進行分類和重點研判，尋找一種快速診斷電氣故障點位的思路、方法和途徑，對泵站設備管護人員給予或多或少的技術指導，杜絕盲目維修保養(yǎng)甚至因小修變大修的現象發(fā)生，可確保泵站電氣設備的完好率和城市順利渡汛。

關鍵詞：雨水泵站；電氣故障；故障診斷

DOI：10.12433/zgkjtz.20232648

當前，我國電氣、電子技術的快速發(fā)展，新技術不斷涌現，電氣化自動化程度日益提高，從事泵站電氣工作的人員逐年增加。對泵站常見電氣故障進行剖析，熟悉掌握故障表現形式，在應急情況下快速形成排查故障思路意義重大。

一、泵站電氣設施設備

城市雨水提升泵站工作任務單一，周期性強，進入汛期一切工作為城市防汛讓路，泵站之于城市防汛如同人體的心臟，而電氣設備設施在泵站中扮演的防汛角色其重要性不言而喻，每年汛期前后進入設備全面保養(yǎng)期，汛期到來全力備戰(zhàn)抗汛，周而復始。泵站電氣設備類別較多，按照功能分高（低）壓成套配電柜、變壓器、備用發(fā)電機組、水泵等電氣控制柜以及電纜等輔助電氣設施等。按照設備電源的性質又分交流電源和直流電源兩種。

二、電氣設備故障分類

泵站電氣設備的動力取自于二級負荷市電或自備柴油發(fā)電機組（200～1500KW），以某城市某新建自動化程度較高的雨水提升泵站為例，終端動力設備又有普通潛污泵或軸流潛污泵（功率較大22～185KW）、排污泵（功率較小7.5～15KW）、排水管道電動閥門執(zhí)行器（功率較小）、進排水電動閘門執(zhí)行器（功率較?。?、（反式）格柵除污打撈機（功率較小2.2～3.0KW）、除臭設備（功率1.5KW）、送排風設備（功率1.5～3KW）等。電能通過以上電氣設備轉換成動力機械能做功實現不同的功能，涉及電源、控制、傳輸和三相異步電動機等。

常見故障有：設備送不上電、電機啟動異常、啟動時間過長致使不能順利切換到正常運轉等。

（一）電源類故障

三相交流電缺相（多數高壓熔體熔斷）、欠電壓、斷路器故障以及電氣操作工對配電室停（送）電操作規(guī)程不熟悉等。

（二）終端負載設備及附屬設施類故障

設備繞組接地故障、電機繞組相間或電纜絕緣破損老化浸水致使相間短路故障、電機繞組或電纜斷路故障。

（三）控制回路故障

開關電源故障（如標準DC24V或DC12V開關電源無電壓輸出）、信號采集傳感器（變送器）故障（傳感器或集成變送器信號采集孔被異物封堵）、智能儀表串口或網口通訊故障、中間繼電器觸點燒蝕或粘連故障、控制元件老化殘缺、信號線短路或斷路等等。

三、電氣故障排查的基本思路與方向

第一，借助觀察控制柜、配電柜面板上的儀表?，F場智能化儀表、中心控制室PLC（Programmable" Logic" Controler）柜以及觸摸屏等現代直觀數據讀取控制終端設備具有故障報警及數據記錄和查詢功能，有助于快速劃定故障范圍，找到疑似故障切入點。

第二，對具有代表性的設備故障重點研判，借助觀察儀表分析故障現象與特征并找到與之相聯系的設備作進一步深度研判。

第三，切斷有關負載支路電源、斷開相關負載支路電線電纜，做好記錄標記，并采取相應的安全措施。

第四，借助檢測儀表探查。如數字萬用表、兆歐表、電橋、電纜故障尋線儀和鉗形表等。

四、排查故障的方法

（一）儀表示值比對法

該方法直觀、簡便、易操作，對電氣工程師快速劃定故障范圍能起到事半功倍的效果。

1.儀表

目前泵站逐步引入智能三相電流表、智能三相電壓表，而電壓表又有相電壓表和線電壓表之分。

2.劃定故障范圍

一旦正在運行的低壓設備遭遇突然停電，依次從設備到電源，由低壓到高壓的順序排查，觀測三相電壓指示或指示燈，在哪一級出現無指示或者缺相等，要么無指示外線故障停電，要么此處以下線路或設備存在疑似故障，做好記錄，待進一步探查分析確定。

（二）實物直觀法

對劃定范圍內的電氣元器件、設施設備，沿線路走向網格式分塊、分項逐個檢查摸排，目測元器件顏色的變化、燒蝕的程度、結構的物理變形，以及遺留氣味一起排查，大多能起到一步到位的效果。

依次拉下低壓設備開關和高壓設備開關，先查低壓后查高壓，先查電源后查負載，先查一次主線路后查二次控制回路（包括面板按鈕塑料掛鉤是否老化破損）。排查高壓柜牢記搖出手車式高壓斷路器，并懸掛“正在檢修，禁止合閘”標牌和在設備周圍拉上“高壓危險，嚴禁靠近”警示帶予以安全提示。

具體操作如下：首先，選準方向，熟悉掌握電氣閉鎖，機械閉鎖以及電氣互鎖。沿電源側到負荷側，逐個打開柜門，分別對主電路線路的絕緣狀況、主電路及控制回路的線路絕緣及線路結點進行一一排查，看有無燒蝕或線頭壓片松動、斷裂現象。對于電磁式輔助裝置，銜鐵之間的端部、動合觸點有無變形、動合觸點之間有無異物滯留。對于儲能式斷路器，如果送不上電，觀察儲能設備是否良好。面板上的功能指示燈是否正常點亮，如果未點亮，打開配電柜最上一層小柜門，檢查微型斷路器是否推合正常，檢查該微型斷路器電源側接線端子是否有電，檢查操作電源（直流屏電源柜）是否異常。斷路器手柄“分/合”標識與面板上的“分閘/合閘”功能旋鈕和“分閘/合閘”位置指示燈應相互一一對應，排除不一致。

（三）檢測工具測量法

借用萬用表、兆歐表、鉗形電流表（俗稱卡表或鉗表）、電橋。重點檢查線路電壓指標、電氣通斷指標、直流電阻指標、電氣絕緣指標、電流平衡指標等。

1.萬用表

檢測交流接觸器線圈的直流電阻，線路電源電壓以及線路通斷等。

2.電橋法

測定電機定子繞組的直流電阻通常在冷態(tài)下進行，小于一歐姆使用雙臂電橋，大于一歐姆使用單臂電橋，一種觀點認為三相繞組電阻值與其平均值之差一般不超過4% 。一種觀點認為各相電阻值之差（R直max[-]R直min）與三相平均值R平均值之比不得大于5%，過大可認為繞組出現短路、斷路，焊接或接觸不良或繞組匝數有誤。如果誤差值超出上述范圍，則可拿同型號設備對照比對或查閱相關設備的采購試驗報告資料。

3.兆歐表

泵站每年汛期長達四個月之久，其他八個月則處于閑置狀態(tài)。有關資料顯示，對于停用三個月以上的電動機，保養(yǎng)期間或啟動前應檢查電機繞組相與相之間、相對機殼（地）的絕緣電阻值。值得注意的是，由于潛污泵體常年被雨水浸泡，檢查電機繞組相與相之間的絕緣電阻很不現實，因此，僅僅檢測相對機殼（地）的絕緣電阻值。目前泵站裝備額定電壓380V的三相異步電機，使用500V的兆歐表測量絕緣電阻，以120轉/分的速度順時針旋轉手柄，待表盤指針穩(wěn)定時讀出示值，測得的絕緣電阻值應≥0.5兆歐，如果絕緣電阻值小于0.5兆歐，就應對電機繞組進行干燥處理。

4.鉗形電流表

基本用途類似萬用表，除用于測量線路電壓、通斷外，最大的優(yōu)點是檢測設備工作電流十分方便，不用斷開線路直接卡測運轉電動機的三相動態(tài)電流是否異常。

五、共性電氣故障

（一）缺相故障

電動機缺相將導致嚴重的轉子發(fā)熱燒毀電機，當一相電流I相l(xiāng)t;10%Ie（I相相電流，Ie額定電流），另兩相電流I相gt;Ie，并持續(xù)時間達到缺相延時時間，缺相保護動作。處理此類故障不止更換熔斷器或維修斷路器及控制設備，重點查明并排除負載側無短路故障、無漏電接地故障等，而后由電源側一級一級“試送電”觀察是否正常。

首先，利用面板上的儀表進行初判。通過旋轉控制柜上線電壓轉換開關旋鈕，分別觀察UAB、UBC、UCA電壓示值或觀察相電壓UA、UB、UC示值。其次，借助低壓試電筆、高壓驗電器進一步確認。低壓電路用500V低壓試電筆或萬用表在變壓器低壓側以下逐級測量逐相的相電壓，直到找到缺相點位并查明原因，做好記錄待進一步處理。對于高壓電路，選用與電源電壓同等級10KV且合格的高壓驗電器分別對變壓器一次高壓側、手車式高壓主進柜、手車式高壓隔離柜上下進出三相主線進行驗電，高壓驗電器與疑似帶電體最近距離不得少于80mm ，直到找到缺相點位并查明原因，待進一步處理。

（二）電壓欠壓故障

三相異步電動機當電源電壓變動范圍在額定電壓的-5%～+10%以內運行可保持額定容量不變。在低于80%額定電壓下長期運行，電動機會過熱而損壞絕緣。假如長期運行的電動機電源電壓經過測量突破了額定電壓的10%，分別觀察控制柜電源電壓和測量電動機接線端電壓，前者屬于變電設施原因，后者多為線導體材質及截面大小原因所致。

三相異步電動機低電壓保護要考慮電動機起動時電壓降落，該保護裝置的動作具有短暫延時設計，當電源欠電壓時，保護裝置延遲一定的時間后將電源切斷。控制柜應有帶時限0.5S的低電壓保護，電壓整定值應為40%～50%的額定電壓，動作于斷開控制電動機的斷路器。在電機啟動過程中，通過觀察三相電壓表或旋轉線電壓轉換開關旋鈕觀察電壓示值是否過多偏離標準額定電壓，以致進入電壓整定值范圍觸發(fā)保護器動作。

（三）過載運行故障

電機過載情況通常比較復雜，電機軸承損壞或電機軸偏心，電機啟動時間過長，控制斷路器與電機不匹配、維修后的電機轉子與定子間隙過大、潛污泵吸入口被異物卡死等都可能導致電機過載。

三相異步電動機的過載保護應躲過正常的短暫過載現象，可斷開控制電動機的斷路器，在電機啟動時閉鎖或者觸發(fā)保護動作時限大于電機啟動時間。當電機瞬時電流I瞬時≥1.2倍的線路額定電流時，動作時間t≤10min；當電機電流I瞬時≥8倍的額定電流時，動作時間t≤10ms，故障燈亮起同時水泵停止運行。

（四）漏電故障

電氣設施設備絕緣損壞導致不該帶電的金屬框架、外殼帶電接地。常見的有電動機定子、轉子繞組因絕緣漆損壞直接接觸電機外殼漏電，電動機掃堂轉子接地漏電、電動機電源電纜絕緣破損漏電等。

六、典型故障

（一）電動機

為電動機傳遞能流的開關、熔斷器、電動機繞組、軟啟動器、交流接觸器以及控制回路涉及按鈕、轉換開關控制電線等故障。

（1）電動機不啟動。電動機漏電或電纜老化破損、繞組相間短路或電纜短路、電動機定子或轉子斷路、電動機電源未接通（檢查電源電壓以及開關、線路、觸頭、電動機引出線等）、控制線路故障（通常保險燒毀、觸點粘連、節(jié)點線頭脫落、按鈕及轉換開關等開關塑料配件老化破損）等。（2）電動機運行中控制斷路器斷開。泵體吸入口被異物卡死、某相繞組對地短路、電機供電電纜相間短路等。（3）通電后電動機嗡嗡作響異常啟動。電源電壓過低、缺相、泵體吸入口被異物卡死等。（4）電動機泵振動異常劇烈并伴有異響?？赡苁菃蜗噙\行，檢查交流接觸器的動合觸點、熔體通斷。（5）三相電流失去平衡且電流示值波動。電動機起動后如果某相電流與三相電流平均值之差大于平均值的10%，即可確認三相電流不平衡。使用萬用表電壓檔檢查電動機電源引入柜母排三相電源電壓是否平衡，如果電源電壓平衡，故障在電動機內部，應進一步使用雙臂電橋測量電動機各相定子繞組直流電阻是否平衡。

（二）潛污泵保護器

1. BBM-II型潛水泵保護模塊和ZJK-05型水泵多功能保護器。

2. UNT-MMI-B電機泵綜合保護器即智能MCC控制保護裝置，兼有電源缺相、過載、過流、欠壓、過壓、相序、漏電、電流不平衡以及超分段等多種保護功能。

七、建議措施

加強電氣設備管理，配電設施定期作預防性試驗，對于雨水泵站，通常取經驗值三年為周期，重點范圍如測試電氣裝置的絕緣電阻，N線和PE線以及橋架等電位跨接線保護導線導電的連續(xù)性測試，接地極接地電阻測試，直接觸電防護措施的檢測等。泵站大修或替換設備，重新核算供電負荷率以及配套的一致性，使用同一臺變壓器的潛污泵，嚴禁多臺水泵同時起動，一臺潛污泵不可以多次連續(xù)起動，避免電機過熱燒毀。

八、結束語

通過對雨水泵站電氣設備的常見故障剖析推演，有助于加強設備管理，確保城市圓滿順利渡汛。

參考文獻：

[1]方大千，方成.《實用輸配電速查速算手冊》[M].北京：化學工業(yè)出版社，2013.

[2]簡明維修電工手冊編寫組.簡明維修電工手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993.

[3]芮靜康.常見電氣故障快速診斷與維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[4]李坤宅.施工現場臨時用電安全技術規(guī)范實施手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[5]中華人民共和國水利部.泵站設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2011.

[6]王廣仁.電工安全作業(yè)手冊[M].北京：中國電力出版社，2003.

[7]王厚余.低壓電氣裝置的設計安裝和檢驗[M].北京：中國電力出版社，2012.

[8]河北省建設工程安全生產監(jiān)督管理辦公室.建筑電工[M].石家莊：河北人民出版社，2013.