循环水泵电动机在冷备用状态下机身温度异常的分析及处理

潘玉成，曲 杰，徐开峰

(兖矿鲁南化工有限公司，山东滕州 277527)

兖矿鲁南化工有限公司醋酸生产系统装置年产量为100万t，循环水系统为醋酸生产装置的核心设备——反应釜提供冷却水。冷却水的供给强度不仅影响产品的质量，还影响整个生产系统的安全稳定运行。为了满足生产系统冷却用水的需求，醋酸循环水系统由4台循环水泵供给，单台循环水泵的体积流量为6 200 m3/h。由于循环水泵带负荷较重，所以要求循环水泵具有较大的泵体容积和输出转矩。4台循环水泵均由额定电压等级为6 kV、额定功率为1 400 kW、极数为10的高压异步电动机驱动。

1 循环水泵电动机的冷却方式

相同功率的异步电动机，极数越多，需要的定子槽数就越多，定子铁心直径就越大，电动机的体积和质量就越大，实际的铁损和铜损也越大，导致电动机效率降低，线圈的发热量增大，机身温度升高。当发热量与散热量相等,即达到平衡状态时，温度不再上升；当发热量增加或散热量减少时,平衡被破坏，温度会继续上升，在另一个较高的温度下达到新的平衡。电动机机身温度升高时,若没有及时采取有效措施，可能导致电动机超温运行，加速线圈绝缘老化速度，降低绕组绝缘等级，大大缩短电动机的使用寿命[1]。

为有效降低循环水泵电动机发热和散热的平衡温度，避免造成热量积聚，循环水泵电动机采用了IC86W的冷却方式，即同时具备水冷却功能和强制风冷却功能。强制风冷却功能是在主电动机前后端外部各安装1台功率为4 kW的独立辅助散热风机电动机，该电动机轴伸端的风扇安装于主电动机内部，辅助散热风机电动机驱动主电动机内部的风叶旋转，加速主电动机腔体内部的空气循环流动，加速向水冷器和外部环境的热量传递。水冷却功能是冷却水流入安装于电动机上部的水冷器吸热片，吸收电动机内部热量后流出水冷器，水冷功能的重点是对电动机的主要发热部位(定子及绕组)进行冷却，带走大部分热量，大大加强电动机的散热效果[2]。由于水的热容量远大于空气的热容量，水冷却是电动机散热冷却的主要功能，相比于空气冷却，水冷却的散热效果可提高10倍以上。

2 主电动机在冷备用状态下机身温度异常的分析

循环水泵主电动机为6 kV高压电动机，其一、二次回路位于高压开关站内；2台辅助散热风机电动机为380 V低压电动机，其一、二次回路位于现场控制箱内。辅助散热风机电动机控制原理见图2。按下箱体上的启动按钮SB12，控制回路接通，运行指示灯HR亮，辅助散热风机电动机运行；按下停止按钮SB11，控制回路断开，停止指示灯HG亮，辅助散热风机电动机停止运行，该回路通过热继电器FR对散热风机电动机进行保护。

图1 循环水泵电动机剖面示意图

FU—熔断器；KM—接触器。

主电动机的控制回路位于高压配电所内的开关柜内，操作柱安装于辅助散热风机电动机控制箱附近，操作柱上的启动按钮和停止按钮均为常开触点，按下操作柱启动按钮SB22，合闸回路接通，双位置继电器合闸线圈得电，主触头闭合，主电动机运行；按下SB21，分闸回路接通，双位置继电器HHJ分闸线圈得电，主触头分闸，主电动机停车(见图3)。

SA—转换开关；SB21—停止按钮；SB22—启动按钮；YHJ—遥控合闸继电器；YTJ—遥控跳闸继电器；HBJ—合闸保护继电器；TBJ—跳闸保护继电器；YC—合闸线圈；HHJ—双位置继电器；S8、S9—断路器内部触点。

因为主电动机和辅助散热风机电动机的电源和启停控制方式不同，所以主电动机的启停操作和辅助散热风机电动机的启停操作是独立的。在循环水泵电动机启停时，主电动机与辅助散热风机电动机必须按照正确的操作顺序进行启动和停止。按照设备运行操作规程规定，循环水泵的启动顺序为：主电动机启动之前先启动辅助散热风机电动机，待辅助散热风机电动机运行稳定后，再启动主电动机。循环水泵的停止顺序为：先停主电动机，待停止运行之后，再停止辅助散热风机电动机。

循环水泵泵房环境温度约为35 ℃，电动机在正常运行时，主电动机机身温度保持在65 ℃，温度正常。因工艺需要，对其中1台循环水泵电动机停车，转为冷备用状态。根据经验，在电动机停止运行8 h后，主电动机机身温度即可降低至环境温度。然而实际情况为在主电动机停运7 d后，测量机身温度为60 ℃，略低于运行状态下的温度，未降低至环境实际温度，即主电动机在冷备用状态下的机身温度偏高。经分析，产热和散热存在异常。

检查发现，主电动机停止运行后，现场操作人员立即将水冷器进出口阀门关闭。冷却水切断后，主电动机线圈产生的热量未能被及时带走，切断了热量散发的主要途径；同时，主电动机虽然停运，但是辅助散热风机电动机却未停止。辅助散热风机电动机在运行时也会产生热量，所产生的热量和主电动机残余热量叠加后无法通过水冷器有效地传递出去，只能通过电动机外壳与外界环境进行热量交换，大大降低了热量散发效率。在这种情况下，辅助散热风机电动机产生的热量和与外界散发的热量达到一种平衡状态，即在循环水泵电动机机身温度为60 ℃时，达到产热和散热平衡，致使循环水泵电动机机身温度保持在较高水平。

导致循环水泵电动机机身温度居高不下的原因有以下2点：(1)辅助散热风机电动机仍在连续不断地产生热量，热源未消除；(2)水冷器进出水阀门关闭，热量的散发路径被阻断，无法有效散热。所以，只要解决以上2个原因，就可以解决循环水泵电动机机身温度在冷备用状态下异常的现象[3-4]。

3 处理措施

(1) 消除热源。采取技术措施，增加控制回路电气联锁功能，实现在主电动机停止运行的同时，辅助散热风机电动机自动停止运行。主电动机操作柱和辅助散热风机电动机控制箱都安装于现场，且位置较近，对辅助散热风机电动机控制回路进行改造，见图4。

QF1—小空开；KA—中间继电器。

主电动机通过现场操作柱进行启停控制，停止按钮为常开单触点，将其替换为常开双触点按钮，即SB21为停止按钮新增的1组常开触点，该常开触点通过控制电缆引至辅助散热风机电动机控制箱内，通过中间继电器KA，实现主电动机和辅助散热风机电动机的联锁停车功能。按下操作柱停止按钮SB21，控制回路接收到停止信号，主电动机停止运行;同时，辅助散热风机电动机控制箱内的中间继电器KA线圈得电，其常闭点KA断开，接触器KM释放，辅助散热风机电动机也停止运行。

通过电气联锁功能，实现了主电动机和辅助散热风机电动机同时停车的功能，即主电动机停止运行后，辅助散热风机电动机也停止运行，辅助散热风机电动机线圈不再产生热量，消除了热源。

(2) 保持水冷器进出口水阀门开启，并加快冷却水流速。在水冷器进出口水阀门上悬挂“禁动”标识牌，修改操作规程，执行阀门操作记录制度，提醒操作人员在阀门操作时，保证冷却水的畅通，进行有效散热。

4 结语

采取上述2项处理措施后，循环水泵电动机在冷备用状态下，机身温度达到室温。通过改造，不仅解决了因操作人员遗忘操作步骤，造成辅助散热风机电动机持续运行，进而降低了循环水泵电动机冷备用状态下机身温度异常的问题，而且还降低了辅助散热风机电动机因长期运行产生不必要的用电量浪费，节省了电费。同时，根据温度与寿命的关系，电动机绕组温度每降低8 K，其使用寿命可延长50%，大大降低了设备折损率，保证了循环水泵电动机的长周期安全稳定运行。