电动机引出线烧毁事故的原因分析及改造

黄子健

(中广核研究院有限公司，广东 深圳 518031)

0 引言

某发电厂同步并网系统强迫风冷装置风机电动机的定子绕组引出线截面积为16 mm2。现场反馈设备长期运行后引出线经常发生温升过高现象，导致电动机绕组引出线烧损，发电机组有降负荷风险。

同步并网系统的主要功能是通过负荷开关合闸将发电机发出的电能输送至主变压器，经主变压器升压后与电网并网。该系统由发电机输出端子封套、分相隔离连接母线、负荷开关、自动同步器和强迫空气冷却系统组成。强迫空气冷却系统主要为发电机输出端子封套、分相隔离连接母线、负荷开关等设备进行强迫通风换气冷却。

1 根本原因分析

据现场实测，该风机电动机正常工况下运行电流曾达到57 A，而电动机额定电流为55 A，负载率达到104 %，可见电动机存在长期满载甚至过载运行的可能。考虑到该电动机运行最大电流未被检测到，实际过载情况可能更加严重。

GB/T 26921—2011《电机系统 (风机、泵、空气压缩机)优化设计指南》中规定：对风机机组、泵机组启动、制动和过载能力没有特殊要求时，电动机的额定功率按式(1)计算：

式中：Pm——电动机功率(kW)；

Pp——额定流量下的轴功率 (kW)；

ηt——传动效率；

α——余量。

当Pp小于55 kW时，α在0.1—0.2内取值；当Pp在55—250 kW时，α在0.05—0.15内取值；当Pp大于250 kW时，α在0.02—0.05内取值。在计算过程中，α取0.15；风机机组采用皮带传动，ηt取0.95。根据厂家说明书，20 ℃时风机轴功率为26.39 kW，此时电动机的功率为：

高于20 ℃时，风机轴功率为24.63 kW，此时电动机的功率为：

该风机电动机的型号为M3BP200MLA4，额定功率为30 kW。与计算结果对比可见，高于20 ℃时，风机负载已非常接近电动机的额定功率；在20 ℃时，超出了额定功率，这不符合风机电动机选型的设计要求。综上所述，此问题的根本原因是风机电动机选型不合理，电动机额定功率偏小。

2 改进方案

2.1 风机电动机本体换型方案

依据《工业与民用配电设计手册》以及上述计算结果，应选择功率高1个等级的37 kW电动机替代原电动机。现采用ABB公司的M3BP200MLB4型电动机替代原M3BP200MLA4型电动机。2种电动机的主要参数如表1所示。换型后的电动机具有一定的备用功率，可满足多种条件工况下的功率需求。

根据现场运行电流与换型前电动机额定电流的对比，可估算正常工况下电动机负载约为30 kW，换型后的负载率为 30/37×100 %=81 %。

表1 电动机的参数对比

2.2 电动机进线电缆换型方案

根据《工业与民用配电设计手册》规定，对于换型后的37 kW电动机，需将进线铜芯电缆截面积由 16 mm2增大为 25 mm2。

2.3 电动机断路器换型方案

原电动机断路器为GV3P65型，可以为30 kW电动机提供热过载保护及短路保护。电动机升功率至37 kW后，额定电流约为67 A。依据施耐德电动机断路器的选型原理，选定该公司生产的GV3ME80型电动机断路器替换原GV3P65型电动机断路器。2种断路器的主要参数如表2所示。

表2 断路器的参数对比

2.4 换型后设备校验

2.4.1 风机电动机

(1) 额定转速：换型前 1 480 r/min，换型后1 479 r/min。负载要求 1 280 r/min，满足要求。

(2) 堵转转矩：换型前540.4 N·m；换型后618.8 N·m，换型后的电动机能够正常启动。

(3) 其他性能：换型后，电动机防护等级IP55，绝缘等级F，温升等级B，与换型前电动机一致，满足要求。

(4) 电动机安装尺寸校验：2种电动机的安装方式相同、尺寸一致，可确保电动机与原电动机的传动装置连接良好，现场安装不会受到影响。

2.4.2 电动机进线电缆

据《工业与民用配电设计手册》可知，正常条件下电动机的电压偏差允许值为±5 %。电动机上游变压器至电动机断路器的电缆截面积为35 mm2，长度约为100 m；电动机断路器至电动机的电缆截面积为25 mm2，由于长度不超过10 m，计算时该段可以近似忽略。当电动机功率因数为0.9时，截面积为35 mm2的1 kV交联聚乙烯绝缘电力电缆用于 380 V 系统的电压损失约为 0.271 %/(A·km)，则当电流取电动机额定电流67 A时，电动机的压降约为 0.271 %×0.1×67=1.816 %，处于电动机电压偏差±5 %的允许范围内。

2.4.3 电动机断路器

(1) 断路器热过载保护整定范围：56—80 A；电动机额定电流：67A，位于热保护范围内。据现场反馈的风机负荷电流，换型后的断路器热保护定值设定为70 A，约等于电动机1.05倍额定电流。

(2) 断路器磁脱扣电流：1 040 A；电动机最大启动电流：67.2×7.1≈477 A，断路器磁脱扣电流能够躲过电动机最大启动电流。

(3) 断路器短路分断能力：15 kA(400 V/50 Hz)。据资料查询可知，断路器上游变压器容量为800 kVA，阻抗电压为 6 %，联接方式为“Dyn”。据DL/T 5153—2014《火力发电厂厂用电设计技术规程》中规定，当线路电缆截面及导体材料不同时，应按式(2)归算至同一截面的铝芯电缆长度，再按此长度查取短路电流。

式中：Lc——归算至同一截面的铝芯电缆计算长度 (m)；

L1、S1、ρ1——分别为铝芯电缆的长度 (m)、 截面 (mm2)、电阻系数 (Ω· mm2/m)；

L2、S2、ρ2——分别为不同截面不同材料的 电缆长度 (m)、截面 (mm2)、 电阻系数 (Ω·mm2/m)。

铜 的 电 阻 系 数 为 0.017 5 Ω·mm2/m， 铝的 电 阻 系 数 为 0.028 3 Ω·mm2/m。 据 现 场实际情况，铜芯电缆长度取100 m，截面积为35 mm2，按式(2)归算成铝芯电缆计算长度为100×35×0.017 5/35/0.028 3≈61.8 m（L1忽略）。查DL/T 5153—2014可知，回路三相短路电流约为 3 300 A，小于 15 kA，断路器分断能力满足要求。

(4) 当电动机回路发生单相短路时，短路电流值可作为最小短路电流用以校验断路器灵敏度；该值也可通过查找相应的计算曲线获得。铜芯电缆长度100 m(归算成铝芯电缆计算长度为61.8 m)、截面积为 35 mm2时，查 DL/T 5153—2014 可知，单相短路电流约为1 600 A。由断路器磁脱扣电流为1 040 A 可得：1 600/1 040=1.54，大于 1.5，故断路器灵敏度满足要求。

3 结论

自同步并网系统强迫风冷装置风机电动机改造1年多以来，该发电厂定期检测电动机及其引出线的温度，未发现有温升过高现象。运行实践证明，此次改造是合理的，也是必需的，不仅降低了发电机组停机的风险，还确保了发电厂稳定的经济效益，值得在同类电厂中推广应用，具有一定的示范价值和参考意义。

1 中国航空工业规划设计研究院．工业与民用配电设计手册(第三版)[M]．北京：中国电力出版社，2005.

2 国家能源局．DL/T 5153—2014火力发电厂厂用电设计技术规程[S]．北京：中国标准出版社，2014.

3 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．GB/T 26921—2011电机系统(风机、泵、空气压缩机)优化设计指南[S]．北京：中国标准出版社，2011.