关于万庄站联合试运行过程中机组的故障分析及处理

徐 静

（蚌埠市水利勘测设计院 蚌埠 233000）

1 概述

万庄排灌站位于茨淮新河南岸、怀远县找郢乡，为堤后式灌排结合站，属茨淮新河灌区骨干水源工程中的一级提水站，为当地农业增产丰收作出了很大贡献。该站始建于1974年，2010～2011年间完成了可研及初设的上报，2012年开工对该站进行拆除重建，并于2013年5月投入试运行。

该站设计灌溉面积2.4万亩、排涝面积20.0km2，重建泵站设计灌溉流量2.40m3/s，设计抽排流量9.0m3/s、自排流量21.0m3/s；安装4台900ZLB-85型立式轴流泵，配套电机分别为 2台 Y4002-12（185kW），2 台 Y4001-12（160kW），总装机690kW。

2 泵站试运行验收过程中出现的问题

2013年5月初，在泵站土建工程已基本完成，主机组安装完毕，供电有保障的情况下，对该泵站进行了试运行验收。

泵站的试运行按照规范要求，先进行单台机组的试运行，再进行全站机组的联合运行。单台机组试运行过程中，每台机组均表现良好，可以正常启动且稳定运行；在联合运行过程中，启动1号机组，待其进入稳定运行状态后，接着启动2号机组，经过多次尝试，但2号机组始终无法启动。在此情况下，又尝试开启了其他两台机组，仍然是同样的情况。

现场对供电线路、配电柜、变压器、电压等问题逐一进行排查，均未发现任何问题。在排除其他问题的情况下，结合试运行过程中的各种现象，从水泵的角度对造成该故障的原因进行分析。

3 对机组无法启动问题的分析

万庄站为灌排结合泵站，机组联合试运行时，正值当地灌溉期，因此，结合泵站的规划参数以及厂家提供的900ZLB-85型立式轴流泵的性能曲线，对联合试运行过程中出现的问题进行分析。

3.1 计算水泵轴功率及三相异步电动机实际输出功率

以1#机组为例进行计算。

3.1.1 水泵的轴功率

式中：ρ—水的密度，一般为1000kg/m3；

Q—水泵的流量，m3/s；

H—水泵的扬程，m；

g—重力加速度，m/s2；

η泵—水泵的效率，查相应水泵性能曲线可得。

试运行期间，实测泵站净扬程约为H净=2.6m，损失扬程估算约为ΔH=1.8m，即泵站总扬程H总=4.40m。设计水泵安装角度采用0°，对照图1的水泵性能曲线查得，水泵此时的流量Q=3.1m3/s，η泵＝85%。

在此工况下，1#机组水泵轴功率为：

3.1.2 三相异步电动机实际输出功率式中：Un—实际电压，kV；

In—实际电流，A；

η—电动机效率。

现场开机时，配电柜上显示的电压电流值分别为U实=0.37kV，I实=425A，从电机铭牌上查得电机效率η=0.91，功率因数cos=0.75。

由以上数据计算得出，1#机组电动机的实际输出功率为：

3.2 计算结果分析

从理论上来说，水泵轴功率就是水泵实际输入的净功率，即电机输给水泵的功率。如果不考虑其他因素，应该等于电机的输入功率乘以电机的效率，即N=P实。

由以上的计算可以看出：

（1）N≠P实，水泵轴功率与电动机实际输出功率不同，与理论相违背。

（2）N＜P实，水泵轴功率小于电机实际输出功率，水泵轴功率计算中采用的流量扬程可能存在问题.

（3）P实=185.9kW＞P=185kW，水泵的实际输出功率大于电动机配套功率，即1#机组在试运行工况运行期间，电动机处于过载状态。

表1 万庄站设计与实际安装水泵机组性能对比表

3.3 与原设计成果进行对比

万庄站为灌排结合泵站，主机组设计采用2台灌排结合，2台单排涝的组合布置方式，主电动机容量的选择按《泵站设计规范》（GB50265-2010）中10.3.2.1条之规定，按水泵运行期间可能出现的最大轴功率进行选配，并留有一定的储备系数。

按现场布置，1#机为灌排结合机组，根据立式轴流泵的特性，结合泵站规划参数可知，灌溉最高工况下水泵轴功率即为该台水泵的最大轴功率。

以1#机组为例，结合原设计采用的36ZLB-85型立式轴流泵性能曲线（见图1）将原设计与实际安装水泵各工况下的性能参数进行对比（见表1）。

从以上对比结果可以看出：

（1）原设计计算最大轴功率P轴=158.3kW＜P配=185kW，配套系数1.17，满足规范设计要求。

（2）实际安装水泵计算最大轴功率P轴=191.7kW＞P配=185kW，明显不满足规范要求的主电动机选配原则，在实际运行过程中造成电机过载。

3.4 现场实测

万庄站布置了东、西两孔灌溉涵，试运行期间，对两涵洞出水量进行了测定。在仅开1#机组的情况下，两涵总过水流量达到约3.5m3/s。泵站净扬程H净=2.6m，损失扬程ΔH=0.2Q2=0.2×3.52=2.45m，水泵轴功率约为P测=9.81×3.5×5.05/0.85=204kW。

4 解决问题

4.1 分析总结

图1 原设计采用的36ZLB-85型立式轴流泵性能曲线图

图2 水泵工作点曲线图

参照厂家提供的水泵性能曲线计算得出的水泵轴功率与电机实际输出功率相差很大，说明水泵在该工况下，实际流量、扬程与0°性能曲线不符。

通过实测流量扬程计算出的水泵轴功率，可以反应出在试运行期间，水泵实际出水流量过大，导致泵段损失增加，总扬程过大，水泵轴功率超出电机所能承受的极限值，电机过载。

考虑到实测流量以及水头损失计算的偏差，可以认为此时的水泵实际轴功率与电机输出功率是相符的。

4.2 提出解决方案

将水泵的性能曲线Q～H和装置特征曲线Q～H需以同一比例画在同一坐标系中，将各安装角度下的水泵工作参数列表进行分析（见图2、表2、表3）。其中：Q～H曲线为厂家提供，Q～H需曲线为 H需=H+ΔH=H+0.2Q2，H 为各工况下的净扬程。

表2 灌溉设计工况下水泵工作参数表

结合复核计算以及表2、表3的参数研究，考虑在不更换主电动机以及电气设备的前提下，将水泵叶片安装角度由目前的安装角度调整为-2°或-4°即可。调整后的水泵在设计工况下，流量可以满足灌溉设计要求，工作点处于高效区；在最高工况下，配套电动机不会过载。

4.3 返厂调整

在确定了处理方案后，与厂家一起制定了水泵叶片角度调整的方案：（1）将配套功率为185kW的水泵叶片角度入负方向调整4°，即在原叶片角度基础上往负方向旋转8mm；（2）将配套功率为160kW的水泵叶片角度入负方向调整6°，即在原叶片角度基础上往负方向旋转11mm。

调整后，万庄站重新进行了试运行验收。试运行过程中，所有机组均能一次顺利启动成功，启动平稳，运行期间设备运转稳定、正常，未发生异常情况。

表3 灌溉最高工况下水泵工作参数表

5 总结

由此次事故中可知，相同型号的水泵，不同厂家所能达到的性能可能会有所不同。中标厂家应根据招标图纸，结合自己设备的性能曲线，核算水泵的最大轴功率，并与设计方沟通确认，方可避免此类事故的再次发生