注水泵电机过热原因分析及对策

2016-12-20李宁会

设备管理与维修 2016年11期

关键词：注水泵排量温升

李宁会

（长庆油田公司设备管理处，西安710021）

注水泵电机过热原因分析及对策

李宁会

（长庆油田公司设备管理处，西安710021）

解决往复式注水泵电机过热问题，根据电机温度的标准、注水泵电机功率配备的标准，测试了注水泵的实际工况和电机实际功率，分析了可能过热的原因，认为泵电机实际功率达不到额定功率、使用变频器、供电质量差是电机过热的原因。

电机；过热；对策

0 前言

长庆油田公司现有1513台注水泵，均为往复柱塞泵，皮带传动。近年，注水泵电机过热、烧毁现象比较严重。2014年夏天有200多台电机过热，有55台电机另设独立风扇。采油十厂的庆三注、庆四注、庆三联3个注水站，共有12台注水泵，2014年共烧毁10台电机。注水泵电机过热问题对注水影响很大。

1 过热标准

长庆油田注水泵所配电机多是F级绝缘，IP54防护等级的三相异步电机。根据GB/T 20113-2006《电气绝缘结构热分级［S］》，F级绝缘的最高工作温度为155℃，即绕组工作温度不能超过155℃。根据经验，从绕组到机壳表面的温差，F级为30℃，B级为10℃。那么F级绝缘的电机表面温度在125℃以下都是可以使用。但实际上，许多电机若表面温度长期超过85℃，就很容易损坏，原因是很多F级绝缘的电机都是依据《GB/T 28575-2012 YE3系列超高效率三相异步电动机技术》等各种GB/T、JB/T的电机技术条件，按B级绝缘考核。因为GB/T 20113-2006《电气绝缘结构热分级［S］》“最高工作温度允许不同于EIS的耐热等级”。

根据《GB 1032-2012三相异步电动机试验方法［S］》表3规定，在冷却介质为25℃时，绕组基准温度F级为115℃，B级为95℃。在冷却介质为25℃时，按“基准温度-绕组至电机外表的传导温差=表面温度”计算，从电机表面测量，F级和B级温度超过85℃为过热。

根据《GB 755-2008旋转电动机定额和性能［S］》表7的规定，200～5000 kW的电机交流绕组温升极限，用埋置检温计法测量F级绝缘为115℃、B级绝缘为90℃。假设环境温度25℃，按“环境温度+温升极限-绕组至电机外表的传导温差=表面温度”计算，标称F级绝缘按B级绝缘考核的电机表面温度极限是85℃。以下所说电机过热指环境温度25℃时，电机表面温度在85℃以上。

2 过热原因分析

电机过热原因很多，长庆油田注水泵电机基本没有室温高、散热不良、超载、轴承缺油、转子扫膛、风扇坏或进出风口堵、星三角接线错误、维修后的电机性能下降、缺相、电机受潮、频繁起动等因素造成的过热。从以下4个方面进行分析。

2.1 核查泵厂家选配电机的额定功率

《GB/T 9234-2008机动往复泵［S］》规定：原动机的功率应比运行状态的最大功率高5%以上，包括为超过安全泄压装置设定压力的余量。这个表述比较含糊，不便检查。需要明确计算水功率时，用额定压力还是用安全阀起跳压力，用理论排量还是用额定（实际）排量。《GB/T 7784-2006机动往复泵试验方法［S］》规定的泵效是泵的输出功率与泵的输入功率之比，而6.5.1条规定泵的输入功率为原动机的输出功率。也就是说泵效中包含了皮带效率。

以《GB/T 9234-2008机动往复泵［S］》表1中的＞20～31.5 MPa泵为例，取泵效率为0.84，容积系数为0.9，安全阀起跳压力为1.05倍额定压力，按实际排量=理论排量×容积系数，水功率N水=压力×排量，额定水功率N额=额定压力×额定（实际）排量，电机功率≥水功率÷泵效，可有以下几种情况（表1）。根据GB，电机的额定功率至少要分别大于额定水功率的1.31倍以上。按这个标准核查在用的几种泵，注水泵厂家都按标准配备了电机。不存在电机功率配小问题。

表1 不同压力、排量定义组合

2.2 核查电机的实际功率

发现有的电机能力达不到额定值。有的泵在远低于额定压力时，电机远低于额定功率时，电机过热。如西259站的5DSB-33.6/25注水泵，排量、压力均未达到额定值，温度却超限。同样是280 kW，IP23防护等级，B级绝缘的Y355L1-6电机，1个厂家的重2057 kg，而另一个厂家的则仅有1710 kg；同样是560 kW，IP23防护等级，F级绝缘的Y500-8电机，1个厂家的重5800 kg，而另一个厂家的则仅有4670 kg。表明后两个厂家可能定子、转子的长度不够，实际功率可能达不到额定功率，两个厂家的电机确实存在温度高的问题。这种同型号、不同厂家的电机，重量相差较大的问题，在多种型号电机上发现。

2.3 在普通电机上使用变频器

长庆油田近十年大量推广变频器，基本都是在普通电机上使用。注水泵用变频器已有835台，占55%。使用情况如下。

（1）降频运行。电机风扇输出的风量减小，易导致电机过热。现场发现了许多这种情况。离心泵降频降速时，泵的输出功率以转速的3次方下降，所以电机不会过热。但在泵负荷较小时，也可能不过热。如额定20 MPa的泵，在10 MPa工作，电机30 Hz运行时并不过热。

（2）不降频运行。实测靖三联合站4号注水泵电机，型号YB2-355M2-4，工频运行温升36.7℃，变频器下50 Hz运行温升38.8℃。在变频器驱动下50 Hz运行的电机比没有变频器时工频下的电机温升高20%［1，4］。

由于变频器产生的脉冲电压峰值大大高于额定电压的许可波动范围，对绝缘层有伤害，长期使用变频器，会导致电机温度升高［2］。不论那种形式的变频器，在运行中均产生不同程度的谐波电压和电流，使电机在非正弦电压、电流下运行。高次谐波会引起电机定子铜耗、转子铜（铝）耗、铁耗及附加损耗的增加，最为显著的是转子铜（铝）耗。因为异步电机是以接近于基波频率所对应的同步转速旋转的，因此，高次谐波电压以较大的转差切割转子导条后，便会产生很大的转子损耗。除此之外，还需考虑因集肤效应所产生的附加铜耗。这些损耗都会使电机额外发热，效率降低，输出功率减小［3］。

2.4 供电质量

根据《GB/T 1232电能质量供电电压偏差［S］》，正常电压的波动范围应是±7%。根据《GB/T14549电能质量公用电网谐波［S］》，正常的电压总谐波畸变率应是小于5%。测试中发现某些注水站电压、电压总谐波畸变率超出范围。

当电压过高时，导致电机的定子磁通接近饱和状态，出现电流急剧增大，电机效率下降，发热严重；当电压过低时，运行中的电机，负载一定时，为维持输出功率，电流必然增大，电流增大绕组的电阻损耗大，从而电机温升增高；三相电压不平衡时，也会导致电机温度升高。谐波电流会对电机引起附加铁损和铜损，使设备温升过高，降低绝缘强度，其次是产生振动并发出噪声。抽测了21台温度高的电机。电压超标有3台，谐波超标有10台，使用变频器的12台。

综上所述，各个站的注水泵电机过热原因不尽相同，是由多方面造成的，有电机厂家在电机实际功率方面的问题，有用户使用变频器的问题，有供电质量问题。