關于萬莊站聯合試運行過程中機組的故障分析及處理

徐 靜

（蚌埠市水利勘測設計院 蚌埠 233000）

1 概述

萬莊排灌站位于茨淮新河南岸、懷遠縣找郢鄉，為堤后式灌排結合站，屬茨淮新河灌區骨干水源工程中的一級提水站，為當地農業增產豐收作出了很大貢獻。該站始建于1974年，2010～2011年間完成了可研及初設的上報，2012年開工對該站進行拆除重建，并于2013年5月投入試運行。

該站設計灌溉面積2.4萬畝、排澇面積20.0km2，重建泵站設計灌溉流量2.40m3/s，設計抽排流量9.0m3/s、自排流量21.0m3/s；安裝4臺900ZLB-85型立式軸流泵，配套電機分別為 2臺 Y4002-12（185kW），2 臺 Y4001-12（160kW），總裝機690kW。

2 泵站試運行驗收過程中出現的問題

2013年5月初，在泵站土建工程已基本完成，主機組安裝完畢，供電有保障的情況下，對該泵站進行了試運行驗收。

泵站的試運行按照規范要求，先進行單臺機組的試運行，再進行全站機組的聯合運行。單臺機組試運行過程中，每臺機組均表現良好，可以正常啟動且穩定運行；在聯合運行過程中，啟動1號機組，待其進入穩定運行狀態后，接著啟動2號機組，經過多次嘗試，但2號機組始終無法啟動。在此情況下，又嘗試開啟了其他兩臺機組，仍然是同樣的情況。

現場對供電線路、配電柜、變壓器、電壓等問題逐一進行排查，均未發現任何問題。在排除其他問題的情況下，結合試運行過程中的各種現象，從水泵的角度對造成該故障的原因進行分析。

3 對機組無法啟動問題的分析

萬莊站為灌排結合泵站，機組聯合試運行時，正值當地灌溉期，因此，結合泵站的規劃參數以及廠家提供的900ZLB-85型立式軸流泵的性能曲線，對聯合試運行過程中出現的問題進行分析。

3.1 計算水泵軸功率及三相異步電動機實際輸出功率

以1#機組為例進行計算。

3.1.1 水泵的軸功率

式中：ρ—水的密度，一般為1000kg/m3；

Q—水泵的流量，m3/s；

H—水泵的揚程，m；

g—重力加速度，m/s2；

η泵—水泵的效率，查相應水泵性能曲線可得。

試運行期間，實測泵站凈揚程約為H凈=2.6m，損失揚程估算約為ΔH=1.8m，即泵站總揚程H總=4.40m。設計水泵安裝角度采用0°，對照圖1的水泵性能曲線查得，水泵此時的流量Q=3.1m3/s，η泵＝85%。

在此工況下，1#機組水泵軸功率為：

3.1.2 三相異步電動機實際輸出功率式中：Un—實際電壓，kV；

In—實際電流，A；

η—電動機效率。

現場開機時，配電柜上顯示的電壓電流值分別為U實=0.37kV，I實=425A，從電機銘牌上查得電機效率η=0.91，功率因數cos=0.75。

由以上數據計算得出，1#機組電動機的實際輸出功率為：

3.2 計算結果分析

從理論上來說，水泵軸功率就是水泵實際輸入的凈功率，即電機輸給水泵的功率。如果不考慮其他因素，應該等于電機的輸入功率乘以電機的效率，即N=P實。

由以上的計算可以看出：

（1）N≠P實，水泵軸功率與電動機實際輸出功率不同，與理論相違背。

（2）N＜P實，水泵軸功率小于電機實際輸出功率，水泵軸功率計算中采用的流量揚程可能存在問題.

（3）P實=185.9kW＞P=185kW，水泵的實際輸出功率大于電動機配套功率，即1#機組在試運行工況運行期間，電動機處于過載狀態。

表1 萬莊站設計與實際安裝水泵機組性能對比表

3.3 與原設計成果進行對比

萬莊站為灌排結合泵站，主機組設計采用2臺灌排結合，2臺單排澇的組合布置方式，主電動機容量的選擇按《泵站設計規范》（GB50265-2010）中10.3.2.1條之規定，按水泵運行期間可能出現的最大軸功率進行選配，并留有一定的儲備系數。

按現場布置，1#機為灌排結合機組，根據立式軸流泵的特性，結合泵站規劃參數可知，灌溉最高工況下水泵軸功率即為該臺水泵的最大軸功率。

以1#機組為例，結合原設計采用的36ZLB-85型立式軸流泵性能曲線（見圖1）將原設計與實際安裝水泵各工況下的性能參數進行對比（見表1）。

從以上對比結果可以看出：

（1）原設計計算最大軸功率P軸=158.3kW＜P配=185kW，配套系數1.17，滿足規范設計要求。

（2）實際安裝水泵計算最大軸功率P軸=191.7kW＞P配=185kW，明顯不滿足規范要求的主電動機選配原則，在實際運行過程中造成電機過載。

3.4 現場實測

萬莊站布置了東、西兩孔灌溉涵，試運行期間，對兩涵洞出水量進行了測定。在僅開1#機組的情況下，兩涵總過水流量達到約3.5m3/s。泵站凈揚程H凈=2.6m，損失揚程ΔH=0.2Q2=0.2×3.52=2.45m，水泵軸功率約為P測=9.81×3.5×5.05/0.85=204kW。

4 解決問題

4.1 分析總結

圖1 原設計采用的36ZLB-85型立式軸流泵性能曲線圖

圖2 水泵工作點曲線圖

參照廠家提供的水泵性能曲線計算得出的水泵軸功率與電機實際輸出功率相差很大，說明水泵在該工況下，實際流量、揚程與0°性能曲線不符。

通過實測流量揚程計算出的水泵軸功率，可以反應出在試運行期間，水泵實際出水流量過大，導致泵段損失增加，總揚程過大，水泵軸功率超出電機所能承受的極限值，電機過載。

考慮到實測流量以及水頭損失計算的偏差，可以認為此時的水泵實際軸功率與電機輸出功率是相符的。

4.2 提出解決方案

將水泵的性能曲線Q～H和裝置特征曲線Q～H需以同一比例畫在同一坐標系中，將各安裝角度下的水泵工作參數列表進行分析（見圖2、表2、表3）。其中：Q～H曲線為廠家提供，Q～H需曲線為 H需=H+ΔH=H+0.2Q2，H 為各工況下的凈揚程。

表2 灌溉設計工況下水泵工作參數表

結合復核計算以及表2、表3的參數研究，考慮在不更換主電動機以及電氣設備的前提下，將水泵葉片安裝角度由目前的安裝角度調整為-2°或-4°即可。調整后的水泵在設計工況下，流量可以滿足灌溉設計要求，工作點處于高效區；在最高工況下，配套電動機不會過載。

4.3 返廠調整

在確定了處理方案后，與廠家一起制定了水泵葉片角度調整的方案：（1）將配套功率為185kW的水泵葉片角度入負方向調整4°，即在原葉片角度基礎上往負方向旋轉8mm；（2）將配套功率為160kW的水泵葉片角度入負方向調整6°，即在原葉片角度基礎上往負方向旋轉11mm。

調整后，萬莊站重新進行了試運行驗收。試運行過程中，所有機組均能一次順利啟動成功，啟動平穩，運行期間設備運轉穩定、正常，未發生異常情況。

表3 灌溉最高工況下水泵工作參數表

5 總結

由此次事故中可知，相同型號的水泵，不同廠家所能達到的性能可能會有所不同。中標廠家應根據招標圖紙，結合自己設備的性能曲線，核算水泵的最大軸功率，并與設計方溝通確認，方可避免此類事故的再次發生