地鐵潛水排污泵的故障分析及對策

地鐵潛水排污泵的故障分析及對策

帥品格

(南昌軌道交通地鐵運營有限公司，江西 南昌 330072)

摘要：針對地鐵潛水排污泵出現的自耦裝置漏水、葉輪松脫、電機燒毀等故障，提出了對自耦裝置增加楔卡、葉輪增加防松裝置、葉輪防反轉優化、完善電氣保護等改進措施，切實有效地解決了潛水排污泵實際使用過程中的一系列問題。

關鍵詞：地鐵；潛水排污泵；故障；自耦裝置；葉輪；電機

收稿日期：2015-06-26

作者簡介：王兆力(1986—)，男，陜西西安人，助理工程師，研究方向：地鐵供電。

收稿日期：2015-08-04

作者簡介：帥品格(1981—)，男，江西南昌人，研究方向：電氣工程及其自動化。

表9　不開啟APF時系統電流總諧波畸變率

表10　開啟APF時系統電流總諧波畸變率

4測試結論

通過分析測試數據可知，沒開啟APF時，各負載及系統電壓、電流諧波較高，電流諧波超出國標要求。開啟APF補償后，電壓、電流諧波都有所改善。從補償后的測試結果看，開啟APF補償后，電流諧波降到國標要求值以下。地鐵400 V系統負載普遍有很大的諧波成分，有必要進行補償。

5APF補償能效分析

假定有功負載輸出恒定且功率因數保持不變(即負載基波電流恒定)，則系統側視在電流IS變化如下：

設負載電流為IL,負載基波電流為ILF，系統側電流畸變率為THDIS，負載側電流畸變率為THDIL。

濾波器投入前IS-OFF=IL，THDIS-OFF=THDIL，則：

濾波器投入后IS=IL，THDIS-ON=10%THDIL，則：

考慮到濾波器實際功耗<負載基波電流，濾波器投入前后系統視在電流的差值IS-ON-IS-OFF約為：

DIS=負載基波電流ILF×

當THDIL=35%時，濾波器投入前后DIS減小5.5%。考慮到功率因數的上升，上述電流差值只是保守的計算。

結論：只要容量選擇合理、足夠，電力有源濾波器投運前后負載電流將減少5%以上，能耗利用率相對提升5%以上。

6結語

隨著電力系統的發展，電能質量問題引起了越來越廣泛的關注。本文介紹了諧波的概念，分析了地鐵400 V低壓系統的諧波特性及危害，并對比了APF投入前后的諧波治理情況，對投入APF提高電網能效做了分析。APF對于城市軌道交通諧波治理起到了明顯的改善作用，提升了地鐵電力系統的電能質量，在今后的地鐵電力系統中，有必要采用APF設備進行諧波補償。

[參考文獻]

[1] GB/T14549—1993電能質量 公用電網諧波[S].

1地鐵區間排水系統

區間消防廢水和結構滲漏水由區間隧道兩側道床排水溝收集后，經預埋的排水管排入區間廢水泵房的集水池。區間廢水由潛水排污泵提升至壓力排水管，經區間隧道引至車站，由車站統一排至室外壓力井后，排入市政排水系統。

區間廢水泵房集水池內設潛水排污泵兩臺(部分區間設三臺)，平時一用一備，輪換使用，消防或必要時可同時使用。

集水池水位必須保持在安全水位，否則影響地鐵的行車安全，甚至可能導致整個城市的交通運輸系統癱瘓。潛水排污泵是區間排水系統的核心，也是保障廢水能夠順利排出的關鍵。

2潛水排污泵結構和工作原理

潛水排污泵機組主要由潛水排污泵、自耦裝置和排水管道組成，自耦裝置固定在集水池底部，用于連接潛水排污泵和排水管道，如圖1所示。

圖1　潛水排污泵安裝原理圖

自耦裝置進水口法蘭和潛水排污泵出水口法蘭的上方有一對楔卡，當潛水排污泵從集水池上方沿導桿降落時，自耦裝置進水口法蘭上方的楔卡和潛水排污泵出水口法蘭上方的楔卡卡到一起，在潛水排污泵自重和楔卡斜面的作用下，兩個法蘭面將會貼合在一起，實現管路連接。

集水池內設四個水位，分別為超低報警水位、停泵水位、第一臺泵啟泵水位和第二臺泵啟泵水位(同時為超高報警水位)。當發生超低水位報警時，控制回路保證兩臺泵均處于停泵狀態；當水位到達停泵水位時，兩臺泵均能停止工作；當水位到達第一臺泵啟泵水位時，第一臺泵啟動；當水位上升到第二臺泵啟泵水位時，控制回路保證兩臺泵均處于運行狀態，同時發出超高水位報警。

3潛水排污泵故障分析

3.1潛水排污泵與自耦裝置連接處漏水

潛水排污泵與自耦裝置依靠一對楔卡連接，但并未完全固定，在外力作用下，潛水排污泵存在以楔卡為支點的前后左右擺動。

潛水排污泵在啟動、停止或異常狀態下，易發生劇烈抖動，造成潛水排污泵與自耦裝置連接處的錯位，導致漏水的發生。另外，廢水中的泥沙、雜物也容易造成法蘭貼合面縫隙的產生，導致漏水的發生。漏水會使潛水排污泵的排水功能大打折扣甚至喪失，且易造成潛水排污泵因長時間運行導致的故障發生。

3.2潛水排污泵葉輪松脫、損壞

潛水排污泵葉輪與泵軸底端齊平，泵軸軸向有螺孔，固定螺桿旋入螺孔將葉輪固定在泵軸上。由于固定螺桿未作防松處理，在機組振動或葉輪反轉情況下，固定螺桿很容易松動，最終導致葉輪松動、脫落。

潛水排污泵采用的閉式單葉片葉輪，雖然其無堵塞且抗纏繞性能優良，但是由于單葉片結構不是軸對稱的，加之在運行中單邊脈沖出流，所以其徑向力很大，容易造成泵軸的徑向竄動，導致葉輪松脫。另外，因潛水排污泵反轉也具備排水功能，導致實際使用過程中反轉排水現象時有發生，長期反轉運行，不但容易造成葉輪松脫，而且容易引起電機過熱。

3.3潛水排污泵電機線圈燒毀

電機線圈燒毀主要是過電流引起的，表現為自耦裝置漏水導致電機長時間超負荷運行、廢水進入電機內部引起的線圈短路、泵軸及葉輪松脫等機械故障引起的過負荷運行等，另外散熱不良引起的過熱也會導致線圈燒毀。

導致電機線圈燒毀的原因有很多，根本在于相關的保護措施(如短路保護、漏水保護和過熱保護)是否齊全到位，有的是保護措施不齊全，如缺少缺相保護；有的是未按要求將保護信號接入控制系統，如將兩臺泵的漏水保護信號并聯(會導致一臺泵漏水，系統有報警，但兩臺泵均不能工作的情況發生)、過熱保護信號并聯(會導致一臺泵發生過熱，系統卻不報警，過熱泵繼續工作直至燒毀的情況發生)等。

4改進措施

4.1潛水排污泵與自耦裝置增加一對楔卡

在自耦裝置進水口法蘭和潛水排污泵出水口法蘭的下方增加一對楔卡，此楔卡可設計為彈性鋼片形式，便于水泵的取放。增設此楔卡后，自耦裝置和潛水排污泵的接口法蘭將完美貼合，不會受外力影響發生錯位，也不會因進入泥沙等雜物導致漏水事故發生。

兩對楔卡的存在，不僅從理論上解決了潛水排污泵與自耦裝置的連接問題，也從實際運用上徹底解決了自耦裝置的漏水問題。

4.2增加防松裝置，采用防反轉葉輪

在葉輪后端泵軸上增加止動墊圈、防松螺母，止動墊圈分別向防松螺母和固定螺栓的側面折彎貼緊，使防松螺母和固定螺栓成為同向運動的共同體，由于防松螺母的左旋與固定螺栓的右旋形成互鎖，故此裝置能有效地解決葉輪松動脫落的問題。

對葉輪作優化處理，將單葉片葉輪改為螺旋槳狀葉輪，一方面提高其運行時的穩定性，另一方面使其在反轉時排水壓力大大降低，減少反轉時對泵的不利影響，同時便于技術人員安裝調試時快速區分正反轉。

4.3完善電機相關保護措施

電機內的漏水探頭用作漏水檢測，當有水進入電機內部時，漏水信號接通并發出報警信號，同時切斷電源。電機內的溫控開關，常溫時為常閉狀態，當定子溫度超過125 ℃時，開關打開，電機過熱報警的同時切斷電源。

兩臺泵的漏水保護信號、過熱保護信號需分別接入控制器，不可并聯連接，以切實實現泵的單獨保護功能。

其他保護措施如缺相保護，也必須實現，以防止電機因缺相而燒毀。

5結論

(1) 本文針對地鐵潛水排污泵的常見故障，提出對自耦裝置增加楔卡、葉輪增加防松裝置、葉輪防反轉優化、完善電氣保護等改進措施，切實有效地解決了潛水排污泵實際使用過程中存在的一系列問題。

(2) 本文對潛水排污泵的故障分析及對策，將為潛水排污泵的升級改造和后期地鐵建設中的優化設計提供一定的參考意見。

[參考文獻]

[1]劉竹溪，劉景植.水泵及水泵站[M].4版.北京：中國水利水電出版社，2009.

[2]張翠鳳.機電設備診斷與維修技術[M].2版.北京：機械工業出版社，2011.