注水泵高压电动机过热保护的故障综和分析

张德军 马军 何兵

摘 要：联合站返厂检修的3台电动机，对电动机进行拆检和试验，电动机绕组耐压试验（1.5倍工作电压），转子动平衡试验均合格，检修未找到电动机发热原因，基于检修和运行工况对电动机及注水泵进行综合工效数据分析，找出电动机发热的根本原因，从而杜绝电动机过热引发次生事故的可能性，本文从维护、运行、故障去综合分析。

关键词：离心注水泵;高压电动机;故障分析

联合站3台高压离心注水泵2006年6月份投产投用，电动机核定功率630kW、电流44.3A，电压10kV三相异步隔爆型电动机，截止到2020年8月31日1#、2#、3#电动机分别运行52239h、49793h、56422h，电动机外壳均出现润滑油渗漏情况，2019年开始电动机频繁出现轴承高温报警停机故障，2020年6月间3台电动机4月初持续高温报警，返回专业检修厂检修期间，均发现电动机绕组及腔体底部带油有大约5mm厚的润滑油及凝结水。

1 电动机故障的主要原因

①电动机使用环境的影响。由于电动机长期使用在沙漠环境中，风沙大特别是粉尘量大，工艺介质温度在相对封闭的厂房散发的热量导致电动机，工作环境温度上升，在夏季天气高温的工作环境下（最高气温40℃），致使绝缘加速老化造成电动机损坏;

②定子绕组过热的影响。现用的大中型高压电动机使用时间都在6～10年之后，由于工作环境恶劣，绕组超负载后过热引发绝缘老化，这种故障返厂检测才能发现;

③电动机轴承润滑油密封环磨损（见图1），造成电机漏油，运行时电动机输出端为负压状态，若轴承密封环磨损导致密封失效，轴承部位润滑油就会渗入电动机空隙，润滑油附着线圈绕组表面，并可能对绝缘造成腐蚀;

④电动机不正常振动或噪音容易引起电机的发热，这种情况是由于转子动平衡不好，以及轴承不良、转轴弯曲，端盖、机座、转子不同轴心，紧固件松动或电机安装地基不平、安装不到位造成的;

⑤电动机空气冷却系统故障。该电机为风冷式电动机，尾部有一台风机吸入冷空气，冷空气与绕组运行过程产生热量通过电动机上部的冷却器进行热交换后，运行过程中，电机非输出端冷却风机吸入大量空气，粉尘随之进入冷却系统，带电粉尘进入后附着在冷却器内表面，造成冷却器内表面热阻及风阻增大，绕组散发热量不能很好携带，风冷却器在日常停机检维修时一定要注意散热管的内壁清灰作业，可以有效避免电动机温升过高被迫停机。

2 电动机常规保养过程中的问题

聯合站3台高压电动机2006年投产后，一般电动机检修周期是随注水泵保养周期而定，2006年至2010年期间，3台电动机均完成1次返回电动机维修厂检修，2011年2#电动机轴承骨架油封与电动机轴接触面磨痕，深度约2mm，依据从浅槽印迹判断轴肩处有退火现象，造成表面硬度下降;冷却风机的叶轮动平衡被破坏;2012年1#电动机同样问题返厂检修，对轴颈部位采取镀铁工艺修复技术进行修复。2016年3#电动机绝缘性能下降，返厂进行绝缘处理，2019年7月3#电动机绕组高温报警后，返厂检修，线圈做1.5倍耐压试压合格后，更换电动机引线后返回，2020年5月～6月，2#和3#电动机出现电动机内冷却风机腔体气相空间放电（电晕放电），依据现场采取洒水冷却的方式，部分水汽从电动机输出端端盖处吸入腔体后，形成电离层，当绕组的杂散电流形成的电势差达到一个峰值，在腔体两端尖锐点放电。考虑到电动机绕组表面存水的情况，进行干燥和绝缘处理。

3 注水泵叶轮减级改造后电动机运行工况

联系站对注水泵2017年进行减级改造，由10级降为7级，注水泵流量均超出额定值，2#泵流量达到100m3/h以上，3#泵流量达到130m3/h以上，出口压力降低至10MPa，运行过程中2#、3#电动机轴承部位出现高温，输出端轴承部位温度≥70℃，电动机壳体表面温度均在50℃以上，连续运行时间均不超过2h。对比1#泵电机高温报警停机次数少，电动机壳体表面温度小于40℃，运行工况平稳;

电动机安装在室内，新疆夏季室外地表温度均超过40℃，工艺介质温度入口为50±5℃，强制通风机风量8000m3/h，厂房容积为6000m3，室内通风量不能满足需求，电动机散发的热量无法携带出厂房，从而导致转子轴承部位高温75℃保护停机。

4 电动机进行效能计算

注水泵配用的YKK-500型电动机根据国内公开的文献资料，一般机械效率为75%～87%之间，本次计算采用86%计算，电动机输出有效视在功率542kW。

4.1 注水泵轴功率计算

流量为80m3/h，改造后扬程1030m，（介质为清水），联合站污水的密度采用1.14，综合机械效能0.9，重力加速度9.81。联合站多级离心泵轴功率334kW，电动机输出功率541kW，目前配用功率630kW。注水泵叶轮减级改造后，根据现场实际流量进行计算得出如下结果：

4.2 结论

目前注水泵减级改造后，工频状态下，实际流量低于120m3/h，电动机现有功率完全满足要求，不会超负载运行。当流量超过120m3/h电动机处于超负载运行。根据目前运行数据分析，在额定流量80m3/h下进行运行，注水泵的综合机械效率只有54%，达不到经济运行的的要求，电动机无功功率（在电容功率因数补偿）预计占到40%以上。注水泵叶轮减级后，通过计算得知注水泵超流量运行后，负荷过重导致电动机绕组发热量增加，引起轴承部位长期处于高温状态，导致高温报警频繁停机，同时长期高温运行引发电动机绕组绝缘失效，轴承使用寿命缩短等问题频繁。

5 维修保养需要加强的措施

注水泵电动机漏油，在3000h及8000h等级保养必须更换易损件挡油环和甩油环。监测电动机前后轴瓦侧间隙并随时调整，电动机转子腔内进油采取清理底部润滑油。加强日常巡检和例行保养，注意监控机组润滑油漏失量，确保机组安全运行。

6 建议

①制定电动机返厂合理的检修周期，制定电动机返厂检修隐患排查作业项目及检修工序，由专业人员进行检测和预判;

②建议根据改造后的注水泵实际运行参数，选择配用功率在800kW电动机确保，确保油田注水安稳常满优的运行;

③建立电动机监测模型，有针对性开展电动机振动监测，注水泵振动监测同时电动机进行监测，通过数据预判发现电动机可能的故障，避免事故的发生。开展站队日常振动监测，通过定时定点的监测，摸索振动值分析振动源;

④定期开展能效测定，通过现场取得的数据进行计算，制定合理的运行条件，避免超负载运行。

参考文献：

[1]周有均，周立新，谢岚.高压电机试运转振动异常的分析与处理[J].新世纪水泥导报，2010（6）.

[2]刘世雄.一起高压电机故障原因分析及对策[J].电工技术，2011（1）.

作者简介：

张德军（1975- ），男，汉族，新疆库尔勒市人，技师，主要从事设备管理工作。