高压潜水泵站机组绝缘问题探讨

成占五

（广东省阳江市机电排灌管理总站 广东 阳江 529500）

大型潜水泵与传统长轴轴流泵相比，具有建设周期短、安装调试方便快捷、运行温度低、噪音小等优点，随着潜水电泵在密封、绝缘、冷却和监控等方面有了长足进展，成功地实现了水泵和出水管道的自动耦合，辅以PLC自动控制技术，潜水泵站目前已广泛应用于城市防洪排涝工程中，阳江市城市防洪工程（首期）马南水闸电排站就是其中一例。

1 工程概况

马南水闸电排站为堤身式泵站，与自排水闸联合调度使用，安装了5台南京蓝深泵业集团生产的1600ZDB-125型10kV高压潜水轴流泵机组，单机容量为450kW，机组具有测温、测电流、除湿等功能。自动控制系统采用分步自动方式，由长沙华能自控公司提供。泵站所在地阳江市是我国南方沿海潮湿地区，空气湿度很大。由于机组长期处于潮湿污浊的水中，一年之中开机运行排涝的时间很少，机组绝缘性能降低，对及时防洪排涝造成影响。分析机组绝缘下降原因，并找出合理解决办法是当下泵站管理人员亟待探讨的问题。

2 机组绝缘下降的原因

2.1 运行工况变化

马南水闸电排站承担着城市防洪排涝的任务，在汛期特别是在台风或者洪水期间，马南河水位超过标准水位甚至达到警戒水位时，排涝机组因扬程增加将导致水泵轴功率上升，水泵超负荷运转，容易引起电动机过载造成绝缘老化。此外，排涝期间，由于马南河垃圾杂物很多，因工程资金投入原因，泵站仅设有一道人工拦污栅，杂物拥堵已成常态，致使上游来水不畅，流态紊乱，机组负荷变化大、承载不均，甚至出现机组频繁启停现象，不可避免地导致电机绝缘老化加速。

2.2 设备自身因素

由于定子绕组与定子铁芯、槽楔材质不同，开机期间，定子线圈温度上升较铁芯快，其膨胀程度大于定子铁芯和槽楔；而当机组频繁启停或负载波动较大时，根据定子的结构特点，其绕组线圈被嵌套在定子槽道内，由于热胀冷缩现象和长期运行后绝缘材料特性的变化，槽楔就会出现松动现象；此外，运行中的线圈由于受到不断交变的径向电磁力的作用而发生振动，定子线圈防电晕层逐渐磨损，将会引起电动机槽部定子线圈表面与槽楔、槽壁之间失去良好接触而产生火花放电，最终造成电动机定子绝缘降低或损坏。

2.3 电机所处环境

潜水泵机组长期处于水中，电机与水泵之间采用串联式机械密封，泵内设置有油室漏水报警、电机组绕过热保护、电机腔内防凝露装置、接线盒漏水等装置。但由于水泵电机长期浸泡于水中，水汽分子浸入必然导致电机绝缘缓慢下降，如不及时处置，会引起机组不能启动，强行启动将会造成机组损坏等重大损失。

3 改善绝缘电阻的措施

3.1 改善机组运行工况

合理调节机组开机时间和开机顺序，尽可能地将机组运行区间设置在水泵高效区范围内，尽量避免极低或极高水位运行。马南站在泵站运行计算机操作界面上，特别设置了机组允许开机的最低水位，避免了因水位过低被强行开机的可能。

在泵站开机抽排期间，加强监控，在保证人员安全的前提下，及时疏通拦污栅前被水流冲来的垃圾杂物，停泵期间经常组织人员打捞处理。

3.2 加强绝缘监测

为及时掌握机组绝缘水平，马南站制订了绝缘电阻检测记录管理制度，要求电工人员定期测量机组对地绝缘电阻和吸收比，并把检测记录数据绘制成机组绝缘电阻检测记录趋势图，通过该图，我们可以大体掌握机组绝缘水平。一旦机组绝缘电阻低至电机额定绝缘电阻，则开机运行30min后重新测量。

国家标准GB755《旋转电机基本技术要求》中规定，电机在达到工作温度或温升试验后，绕组相间或绕组对机壳的热态绝缘电阻R应不低于电机额定绝缘电阻RN。RN计算公式为：

式中，UN———电机额定电压（V）；

PN———电机额定功率（kW）。

计算出马南站10kV、450kW机组的绝缘电阻值为9.96MΩ，为保险起见，马南站采取设备厂家提供的绝缘电阻值32MΩ作为标准参考。

按照规定，电机60 s时的绝缘电阻R60与15 s时的绝缘电阻R15的比值K应大于1.3。对于大型电机吸收电流衰减过程延长至数分钟的情况，可用10min绝缘电阻和1min绝缘电阻的比值作为参考。

K值小则表示绝缘结构的安全性能差。当所测的绝缘电阻值低于规定的数值时，须进行干燥，提高绝缘电阻和电气强度，以保证电机安全起动、稳定运行。

因此，密切留意机组绝缘电阻和吸收比的变化情况，成为泵站日常管理过程中的重点，是确保机组安全运行的基础。

3.3 改善机组绝缘电阻的措施

机组绝缘下降后必须对电机进行干燥处理。常用处理方法有：电机自带防潮电加热装置、三相交流电干燥法、励磁线圈干燥法、外置热源干燥法。励磁线圈干燥法也叫涡流干燥法，即在电动机定子线圈铁芯上绕上励磁线圈，并通入交流电，使定子产生磁通，依靠其铁损来干燥电动机定子，这种方法的缺点是操作复杂，不通用；外置热源干燥法通常用于干燥小型电机，不适用于马南站这样的大型电机。

3.1.1 启动机组运行，改善绝缘电阻

马南站潜水电泵机组安装了防潮电加热装置，平时始终处于工作状态。如果机组绝缘电阻允许开机运行，我们则利用电机本身铜损加热，提高绝缘水平。在进水池水位满足开机条件下，开泵运行30分钟，通过电动机运行加热消除湿汽，从而达到提升机组绝缘水平的目的。

3.1.2 三相交流电干燥法

冬季马南河水位很低，无法满足开机条件，或机组绝缘电阻已低至不能启动机组运行，则采用三相交流电干燥法。

（1）三相交流电干燥法的工作原理。

将电机通入低压电流，利用电机本身的铜损来加热。电机转动时，定子绕组形成的旋转磁场拖动转子旋转，而转子中感应电流所产生的磁场也在定子绕组感应出反电势，也就是我们说的感抗，起到阻止电机定子电流增加的作用。

电机的最大转矩与加给电机的电压的平方成正比，所加电压越低，电机的最大转矩也会急剧下降，当电压下降到使电机堵转时，上述反电势也没有了，电机就像接在电源中的一个电感元件，只有其自身的电阻和电感，自然电流会大大增加。电机的温度会急剧升高，由于三相交流电外特性，电机将在短时间内烧毁，因此，电机在干燥时不允许发生电机堵转。

（2）操作要求。

干燥所使用电压一般是电机额定电压的4%～10%，马南站电机额定电压为10kV，所使用的干燥电压400V为额定电压的4%，满足要求。将400V三相交流电通入电机定子绕组，无论采取何种接线方法，通过可调电阻将通入定子绕组电流控制在额定工作电流的30%～50%之间，得到的效果较好，既不会因电流过大破坏绕组绝缘，又不会因电流太小烘干温度不够，达不到干燥效果。采用此方法时，应注意以下五点：

①机组必须可靠接地，防止触电事故。

②对绕线异步电机，为避免电刷和滑环局部过热，应在转子引出线或滑环接线螺栓位置短路转子绕组。

③注意防止转子局部过热区域温度超过加热允许温度。

④电机升温不能过快，温度上升速度一般为（5～8）℃ /h。

⑤在干燥过程中，应及时测量绕组温度及绝缘电阻，用温度计测量的温度不得超过80℃，开始每15min记录一次，以后每1 h记录一次。当绝缘电阻达到规定值并稳定2～3小时后，可停止干燥。

图1 烘干接线示意图

如通入三相交流电不能满足要求，则应采用直流电焊机进行直流电加热干燥。采用直流电进行干燥时，电流值及绕组温度与单相交流电的方法相同。

4 推动泵站技改，加装自动清污机械和静态绝缘电阻监控仪

马南站因工程总投资原因，没有安装自动清污机械，仅有一道人工拦污栅。开机运行时，栅前垃圾杂物影响了机组进水流态，降低了机组运行工作效率。人工清污效率低下，不能使进水池水流变得平顺，消除水泵运行工况不佳的问题，应积极争取开展泵站技术改造，增设自动清污机械，改善流态，延长机组使用寿命。

目前，我国大部分高压潜水电泵生产厂家尚无对高压潜水电机的静态电阻的监测，普遍采用的是对潜水电机在动态运行过程中进行监测的保护措施。配备HDS-1型高压潜水电泵静态绝缘电阻监控仪，是潜水电泵的一级保护。在10kV大型潜水泵休闲季节或停泵间隙，自动、连续对高压潜水电机的绝缘进行监控，提示预警或在使用前能及时、安全投入运行。绝缘电阻静态监控仪作为对高压潜水电机停机状态下的绝缘电阻监控措施，可极大地提高机组运行的安全性和可靠性，也可减少人为操作失误引起的损失。

5 结语

大型高压潜水电泵随着生产工艺的提高已普遍应用于城市防洪排涝工程中，机组绝缘问题不及时解决将会造成重大财产和人员损失。监控机组的绝缘电阻对保证机组正常安全运行显得尤为重要，作为泵站管理人员，应始终保持高度的责任心，密切注意机组绝缘变化情况，保证机组安全运行。陕西水利