邓楼泵站4 号机组大修电机处理及数据分析

刘海关，刘 辉，李典基

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南250100）

1 引言

邓楼泵站工程是南水北调东线一期工程第十二级抽水梯级泵站，是山东省境内的第六级抽水泵站。一期设计调水流量为100 m3/s，选用4 台3150ZLQ33.5-3.57 型立式机械全调节轴流泵，其中1 台备用，设计扬程3.57 m，设计单机流量33.5 m3/s，配套TL2240-48 型立式同步电动机，单机额定功率2 240 kW，泵站总装机容量8 960 kW。邓楼泵站工程等级为I 等，主要建筑物级别为1 级。

2 大修原因

邓楼泵站4 号机组自2013 年运行以来，已累计运行7 667.81 h，且己超过《NSBD16-2012 南水北调泵站工程管理规程》对机组设备大修周期5～8 年的规定，设备渐趋老化，安全性能下降。2018 年8 月对4 号机组进行大修。

3 大修内容及准备

大修是有计划的和全面的对各部件进行分解、检查、处理。消除设备运转过程中的重大缺陷，更换易损件，修补磨损件，对机组的水平、摆度、同心等进行重新调整。

3.1 大修内容

邓楼泵站4 号机组大修项目主要包括主机组拆卸、安装、测量、试验、起重吊装、焊接等。把握安装质量的关键要素，如固定部分的同心度、高程，转动部分的轴线摆度、垂直度、水平度、间隙等，对关键工序制定专项方案，确保工程质量和安全。

3.2 大修准备

机组大修工作量大、专业性强、检修时间长、工艺水平要求高，要保证大修工作的顺利进行，必须认真进行一系列的准备工作。

根据对机组运行资料的分析，从机组运行中的缺陷及累计运行时数两方面，拟定大修工作计划，配备大修工器具，合理地组织技术力量，制定机组大修进度计划以及场地布置和安全设施等。

3.3 技术资料的搜集整理

资料搜集整理分为3 个阶段：机组解体中的原始资料的搜集、机组检修总装中的资料搜集、大修后试运行记录和资料的搜集。

机组解体，即机组拆机。将电机、水泵的主要部件一一拆开清理、检修。在完成准备工作之后，机组大修主体工作的第一项就是机组解体。

机组解体的过程是进一步搜集机组运行资料的过程，也是进一步确定大修性质，检修方案的依据之一。故对拆机过程中的原始数据必须认真测试、检查、分析、记录。包括各部间隙的测量记录：轴瓦间隙、叶片间隙、空气间隙；叶片、转轮、叶轮外壳气蚀情况的记录：气隙的方位、区域、程度；磨损件的测量记录；固定部件的垂直同心度、水平的测量记录；轴线的摆度、垂直度的测量记录；解体过程中发现的其他情况的记录。

4 4 号机组大修解体电机存在问题及原因分析

4.1 4 号电机转子绝缘偏低的原因分析及处理

4 号机组在近期的运行维护阶段，发现每次开机前转子绝缘偏低，有时转子绕组绝缘低至0.1 MΩ，影响安全开机运行，存在安全隐患。

4.1.1 运行环境的影响

（1）运行环境的影响因素

邓楼泵站主厂房选用4 台立式机械全调节轴流泵，配套TL2240-48 型立式同步电动机，断流方式采用HD60 真空破坏阀断流，断电开阀，非运行期（运行期未运行机组）真空破坏阀阀门常开，致使出水流道弯管水汽与室内环境联通，造成室内机组设备运行环境湿度偏大，机组电机绝缘值偏低。

泵站安装间原设计布设水泵层集水井盖板为篦子盖板，便于观察集水井水位，但同时也使潮湿的集水井和吊物孔形成一个自然的通道，4 号机组就布设在吊物孔旁，湿度大影响电机绕组绝缘值。

（2）运行环境的影响因素处理

增设除湿机。分别在电机层4 号机组旁、水泵层集水井旁安装两台除湿机，与机房空调配合，为设备运行提供安全、干燥的运行环境。

将集水井的篦子进行改造，增设不锈钢盖板，切断水汽的扩散通道。同时日常巡查完毕应及时将真空破坏阀门关闭，使真空破坏阀室与主厂房电机层隔离开，保证电机所处的环境干燥。

4.1.2 转子绕组及阻尼绕组有局部破损

（1）转子绕组及阻尼绕组有局部破损情况

大修解体后，将转子吊出。发现转子绕组及阻尼绕组有局部破损，个别处因长期运行导致绝缘漆脱落。定、转子及磁极处有大量浮尘，局部有少量油垢，这些都会影响电机转子绝缘值。

（2）转子绕组及阻尼绕组局部破损修复处理

将电动机进行烘干处理，将转子绕组破损处重新缠绕绝缘材料，重新喷涂与绝缘等级匹配的电机专用绝缘漆。

4.1.3 定子与转子之间存在油污

（1）存在油污的原因分析

电动机轴承甩油有两种，一种是润滑油经旋转，越过挡油圈甩向电机内部，另一种是润滑油通过旋转，越过盖板缝隙，甩向盖板外部。

机组在运行时，叶片调节机构的轴承，在长时间运行的情况下，油温升高，体积膨胀，就会从观察孔局部渗出，甩落在电机油缸盖板上；推力头内壁与挡油圈内壁因制造安装的缺陷，产生不同程度的偏心，运行中容易向上串油，甩溅到电机内部；电机运行中，随着轴承温度的上升，使油槽内的油和空气体积膨胀，产生油雾，油槽内的油雾随气体从盖板缝隙处外溢，在风机的作用下，油蒸汽在电动机风道内流动，黏附在定子与转子绕组之间。

（2）油污的处理

将解体后的定子转子用空压机吹扫灰尘，用电机清洗剂清理，重新喷涂电机专用绝缘漆。上机架安装过程中，调整挡油圈与机组固定部分的同心度，更换耐油密封圈，加强油槽盖板的密封性能。检查油槽盖板呼吸器，保持油缸液面与大气连通，平衡内外压力。大修后油缸加油时，油位不宜过高，一般以加至导轴瓦的中心为宜。

4.2 4 号机组空气间隙的测量与调整

定子铁心与转子磁极之间的间隙称为空气间隙。空气间隙是否符合要求，除了取决于设备本身的制造工艺优劣之外，还取决于大修安装质量的好坏。主要反映在垂直同心、定中心两大要素。

根据安装标准的规定，最大最小空气间隙与平均间隙值的差值均不能超过间隙值的±10%。否则，由于间隙不等，引起磁拉力不均匀，导致机组运行的摆动，因此，必须对空气间隙进行测量与调整。

4.2.1 空气间隙值的测定对比

自制楔形竹塞尺与外径千分尺配合使用，竹塞尺长度约20～30 cm，将电机按8 个方位分别测量、记录。测量时应注意用力均匀，测量结果可以两人进行复测比对，消除人为误差。

表1 电机拆解前空气间隙原始测量记录表 单位：mm

表2 电机大修安装后空气间隙测量记录表 单位：mm

说明：①测量方法：竹制契形尺与千分尺配合；②质量标准：参照“电动机厂家图纸”执行，电机最小气隙（磁极最高处）为3.5，其各测量平均值与名义值之差不得大于名义值的10%，其各间隙与平均间隙之差不超过平均间隙的±10%。

4.2.2 空气间隙测量结果对比分析

大修前空气间隙原始测量值不合格，最大间隙比=（最大间隙-平均间隙）/平均间隙=15.6%，最小间隙比=（最小间隙-平均间隙）/平均间隙=-14.6%，分析原因：

（1）机组垂直同心度被破坏

因4 号机组长期运行，引起固定部分的变化，使得定子的垂直同心度最大偏差超过规定允许值。根据立式机组的结构特点，要保证空气间隙值在允许范围内，就必须使电动机定子、转子的中心轴线在允许范围内的铅垂线上，为满足这一要求，通常是以水泵轴颈对其轴窝的中心位置进行调整，这就是转动部分定中心的工序，如果定中心发生差错，势必影响空气间隙的正确性。定子的垂直中心位置是根据水导轴窝的中心位置来进行测量调整的，如果定子与水导轴窝的垂直同轴度发生差错，将影响空气间隙。

（2）前期大轴定中心的安装质量

转子中心线与水导轴颈的中心线是否在同一铅垂线上也是一个影响因素。这是由机组轴线测量和调整以及转动部分垂直度的测量和调整来决定的，即使水泵大轴定中心正确，转动部分轴线的垂直度不符合要求，也将导致空气间隙不合格。

经查阅原始档案资料，机组安装过程中定中心数据及资料符合规范要求，故排除前期安装定中心因素的影响。

（3）停机过程受短时水推力的外界干扰

机组采用真空破坏阀断流，停机瞬间阀的电气控制系统也同步断电，阀瓣开启，大气进入阀体破坏虹吸，水体在自重下，从出水流道弯管最高点向两边分流，给叶轮短时带来巨大反向水推力，使得电机有短暂性反向转动，由于受力并非均衡稳定，使得机组转动部分未停靠在实际中心线上，从而影响了电机空气间隙的测量值。

调整方法：

（1）移动定子使空气间隙合格，并使其中心与水导轴承窝的中心在同一铅垂线上。

（2）检查调整转动部分的垂直度，重新定轴线的中心，满足空气间隙的要求。

5 合理机组大修周期的重要性及建议

大型泵站机组大修工作是一项繁重复杂的工作，零部件多，质量要求高，施工时间长。完成大修工作除在纯技术方面的准确和质量要求较高外，还必须在如何合理的、准确的确定大修周期，降低大修费用等方面做大量工作。合理的确定大修周期尤为重要。

影响机组大修周期的主要因素与运行有关，除考核机组运行台时外，还应在日常管理中加强设备监测及对比，综合考虑各方面因素，根据运行经验，对设备作出准确安全评估。如此次4 号机组大修中，因运行中未出现异常噪音及震动，根据运行经验机组安装高程满足要求，故推力瓦安装高程未进行调整。而电动机推力头属过渡配合，每拆一次配合间隙就会增大，在运行中出现不均衡就会带来振动、噪音。

建议可根据机组设备实际运行情况，合理地确定大修周期，不仅可以消除设备长期使用形成的弊病，延长设备寿命，保证运行的稳定性、可靠性，还可以避免因大修周期短而带来的不经济。同时科学地改造设备，使机组更加安全、高效运行，充分发挥大修的意义和价值，为大型泵站的安全运行提供管理经验，从而更好地服务调水工作，使经济效益、社会效益和环境效益最大化。