潛水泵電機漏水事故分析與整改

與立式泵相比，潛水泵具有結構緊湊，安裝簡單，無需冷卻，維護方便等優點，目前被廣泛應用于各行各業。潛水泵長期在水下工作，對設備的密封防水性能要求非常高，如果潛水泵電機漏水沒有及時發現及時處理，會造成潛水泵電機線圈短路燒毀，造成較大經濟損失，福州馬尾興安排澇站2008年就發生過此類事故，僅維修費用就近三十萬元。

一、排澇站簡介興安排澇站是馬尾區防洪排澇體系中非常重要的水利工程，排澇站采用高壓供電，總容量為2*1250kVA，排澇站主設備為八臺900QZB－100型潛水軸流泵，單泵凈重5噸，額定流量Q=3.2m³，s，潛水泵電機功率P=250kW，額定電壓U=380V，額定電流I=519A。潛水泵采用軟啟動方式，其主電源回路配置斷路器(ABB S6N)、接觸器(ABB EH550)、軟啟動器(施耐德ATS46C48N)(見附圖一，電氣主接線圖)，二次回路配備一套潛水泵綜合保護器。因運行電流大，每臺潛水泵配備三根動力電纜，型號為YCW3*70+1*35，每根動力電纜只接潛水泵電機U、V、W三相中一相，動力電纜中的接地線芯接潛水泵外殼：除動力電纜外，潛水泵還配備一根10芯保護信號電纜，用于將潛水泵電機內部漏水、定子超溫、軸承超溫等故障信號傳輸至潛水泵綜合保護器，通過綜合保護器及時切斷主電源，保護電機。

二、事故情況說明08年汛后，在對潛水泵進行常規保養時發現，有多臺水泵動力電纜出現不同程度磨損，部份電纜中銅線芯磨損過半甚至被磨斷，拆開潛水泵端蓋進一步檢查，發現這幾臺潛水泵電機內部不同程度漏水，電機內部都是水油混合物，電機下腔油室內用于潤滑冷卻的機油幾乎漏光，由此分析電機漏水已有數月之久。但在D8年汛期潛水泵運行基本正常，電機漏水保護未動作，僅運行電流比往年稍大。

三、漏水事故原因分析

1、現場發現電纜破損處基本都位于電纜與潛水泵頂部三角形吊桿相接觸的位置，而且電纜破損形狀也與吊桿外形尺寸吻合。我們斷定，因電纜固定方式不正確，潛水泵運行時水流攪動電纜與吊桿長期磨擦造成破損，潛水泵運行時電機線圈發熱，電機內部溫度高，停止運行后電機腔內部溫度下降壓力降低，電機外部的水從電纜破口處順著電纜被吸入電機內部，因各臺潛水泵運行次數和時間不同，所以潛水電機內部漏水程度也不相同。又因排澇站每年運行次數不多，每次運行的時間短，而且這幾臺潛水泵電機絕緣等級高(均為F級絕緣)，電機線圈幸運沒有短路燒壞。但電機內部進水，電機轉子負荷增大運行不平衡，造成電機運行電流稍高，下機械密封損壞，機油泄漏。

2、潛水泵電機結構大體分為三部份(見附圖二，潛水泵結構圖)，上腔是接線腔，底部鑄有一圓形積水槽，安裝一個浮子開關(見附圖三，浮子開關)，當上腔進水時，首先匯集到積水槽內，浮子開關的浮球上浮引起觸點導通，觸發潛水泵綜合保護器中的繼電器動作；中間是電機定子和轉子，下腔是機油室，內部安裝一個泄漏探頭，檢測由下機械密封進入油室的漏水。由于此次事故由上腔漏水引起，故檢查重點是浮子開關為何失靈。當拆開水泵上蓋后發現，雖然積水槽內積水已滿，浮子開關的浮球也有上浮，但仔細觀察發現浮子開關的金屬觸點上覆蓋了一層極薄的浮油雜質，使觸點不能真正導通。去除雜質層后重新測量漏水信號線，漏水信號正常輸出。估計是排澇站周邊眾多企業排放生產廢水造成水質污染，污水造成浮球卡死、開關失靈；另一方面，浮球體積太小，浮力不夠

3、潛水泵主電源回路中的斷路器與軟啟動器都具有過流、缺相、相間短路、欠壓等保護功能，前面已介紹，潛水泵電機每相接一根動力電纜，每根動力電纜都有三條主線芯，一條線芯磨損或磨斷，另兩條線芯的載流量相應增大，對該相電流基本沒有影響，不存在缺相和欠壓。事故中幾臺潛水泵都只有一相動力電纜破損露出銅導線，也不存在相間短路、過流情況，因此斷路器和軟啟動器保護沒有動作是正常的。潛水泵電機單相電纜破損漏電造成單相對地短路，應檢查排澇站電氣設備中零序電流保護系統是否正常。排澇站采用變壓器中性點直接接地的保護接零接地系統。在此系統中發生單相短路時，接地短路電流較大，短路電流經故障點流向變壓器中性點，通過安裝在中性線上的零序電流互感器作用于零序繼電器或其它保護裝置實現保護，稱為零序電流保護。排澇站零序保護系統中零序電流互感器變比為600／5A，零序保護裝置采用TPR－1型綜合變壓器保護裝置，其保護作用于排澇站主變壓器高壓側開關。綜合變壓器保護裝置低壓側零序反時限保護二次側額定電流ISL整定范圍是(0.4～1.175)IN=2－5.875A (N=5A)。按中性線上的零序電流互感器變比折算一次側電流為240－705A，時間常數T整定范圍是(2～32)S。排澇站潛水泵安裝在鋼制井筒中，井筒與接地網可靠連接，工作時電纜破口處位于水下，單相短路電流通過水介質傳到井筒壁再流回變壓器中性點。以井筒接地電阻4Q計算，忽略水的電阻，反應到綜合變壓器保護裝置上的二次側電流為220V÷4Q÷(600/5)=0.46A，小于零序電流保護最小整定值。排澇站建成已近十年，接地網老化，接地電阻增大(現場測量約為12Q)，經井筒流回中性點的短路電流更小，更不足以觸發保護動作。另一方面，潛水泵外殼通過三條動力電纜中的接地線芯直接接到電氣控制柜接地銅排，因接地線芯的電阻很小，由接地線芯通過的短路電流很大，但因為電纜與吊桿之間的磨擦接觸是由水流攪動引起，兩者間沒有穩定而牢固的連接，只是瞬間接觸、磨擦，接地線芯通過的短路電流不穩定且時間極短，小于保護整定時間，也不足以觸發保護動作。

四、整改措施

1、改進潛水泵電纜固定方式。原固定方式是把潛水泵電纜綁扎在一根鐵鏈上。然后將鐵鏈兩端固定在潛水泵吊桿和井筒蓋之間(因現場條件限制，無法做到先固定鐵鏈后綁扎電纜)，因電纜的重量很大，鏈條扎上電纜后無法拉直，潛水泵運行時鏈條和電纜都會隨水流晃動，而且幅度不小。可能會造成綁扎電纜的扎帶脫落，電纜松脫。用鋼絲繩固定也存在同樣缺點。目前國內一些潛水泵廠家采用電纜千式安裝：用一根大口徑鋼管(250mm～，300mm)通過專用模具套在潛水泵端蓋上，上端從井筒蓋中間開口處穿出固定，潛水泵電纜被套在鋼管中。鋼管與模具、模具與潛水泵端蓋之間通過密封件密封，因此鋼管內無水，鋼管兩端固定后，管內的電纜受到嚴密保護，基本不受外力作用。但是這種方式必須對潛水泵端蓋與井蓋進行結構改造，還要制作專用模具和夾具，成本高，而且安裝程序復雜，需投入較多的人力物力，不適合在排澇站實施。經過反復比較。我們在吸收上述兩種方法優點的基礎上，設計了電纜鋼性固定法，具體如下：以40mm鍍鋅管為原料，制成上下同寬的鋼梯，寬度與潛水泵兩側吊耳之間的距離相同，梯子下方以鎖扣固定在潛水泵吊耳上，梯子高度與井沿齊平或略低。梯子先與潛水泵固定，再隨潛水泵吊入井筒中安裝到位，安裝工人順此梯下到井底，將潛水泵動力電纜與控制電纜由下至上逐步固定在鋼梯橫檔上(為保護電纜，我們還為電纜套上PVC鋼絲管)，最后將鋼梯頂部固定在井沿，封好井蓋。因鋼梯鋼性強，幾乎不受水力影響，固定在鋼梯上的電纜安全性能大大提高。

2、更換潛水泵漏水保護元件。在發生漏水后，若無法及時切斷電源，將使事故范圍擴大，受損程度加深。浮子開關靈敏度不高，而且容易卡死失靈，已漸被淘汰。經與潛水泵廠家協商，我們提議將浮子開關更換成結構更加簡單但卻更加有效的漏水探頭(見附圖三)，同樣安裝在積水槽中，當潛水泵上腔進水時，首先會匯入積水槽，只要探棒接觸到水。探棒所接正極就與金屬壓片所接負極導通，輸出信號至潛水泵綜合保護器，通過綜合保護器切斷主回路電源并發出漏水信號，管理人員可以及時發現故障點，采取措施，避免事故進一步加大。

3、增加分段高靈敏度零序繼電保護。排澇站專用變壓器只為三相潛水泵電機供電。在正常情況下，變壓器三相電流向量和為零，即中性線電流為零。或者只有很小的不平衡電流。中性線上的零序互感器二次側也為零或者電流很小。當發生單相短路時，零序互感器二次側會出現較大電流，觸發零序保護裝置動作。目前排澇站使用的TPR－1型綜合變壓器保護裝置由于各項零序保護整定值太大，單臺潛水泵單相短路時難以動作，而且零序保護動作于主變壓器高壓側開關，動作時會影響其它無故障設備的正常運行(一臺變壓器給四臺水泵供電)。目前零序保護可以按靈敏度高低進行分級分段保護，因此我們擬為每臺潛水泵增設高靈敏度零序繼電保護。零序繼電保護整定值設定非常關鍵，因為系統三相電流存在不平衡，保護整定值設定太高或太低，將導致保護不會動作或經常性非故障停機，影響正常生產，根據排澇站多年運行記錄。八臺潛水泵三相電流不平衡基本保持在±10A之間，經過測算，為每臺潛水泵增設一套零序繼電保護裝置，包括YR-LJBl20J型零序電流互感器，變比為10015A，GL－10型電流繼電器，設定動作電流為2A(折算到一次側電流為40A)，繼電器一對常閉觸點串聯在主接觸器電磁線圈回路上，保護動作時斷開主接觸器主接點，切斷電機主電源。

五、結束語

電纜破損造成潛水泵電機漏水是比較常見的事故，應針對性地采取防范措施。排澇站經過此次整改和半年試運行，目前八臺潛水泵運行良好。特別是我們設計的電纜鋼性固定法，未發現有電纜松動、磨損情況，達到整改目的。

(編輯／陳志華)