鄧樓泵站4 號機組大修電機處理及數據分析

劉海關，劉 輝，李典基

（南水北調東線山東干線有限責任公司，山東 濟南250100）

1 引言

鄧樓泵站工程是南水北調東線一期工程第十二級抽水梯級泵站，是山東省境內的第六級抽水泵站。一期設計調水流量為100 m3/s，選用4 臺3150ZLQ33.5-3.57 型立式機械全調節(jié)軸流泵，其中1 臺備用，設計揚程3.57 m，設計單機流量33.5 m3/s，配套TL2240-48 型立式同步電動機，單機額定功率2 240 kW，泵站總裝機容量8 960 kW。鄧樓泵站工程等級為I 等，主要建筑物級別為1 級。

2 大修原因

鄧樓泵站4 號機組自2013 年運行以來，已累計運行7 667.81 h，且己超過《NSBD16-2012 南水北調泵站工程管理規(guī)程》對機組設備大修周期5～8 年的規(guī)定，設備漸趨老化，安全性能下降。2018 年8 月對4 號機組進行大修。

3 大修內容及準備

大修是有計劃的和全面的對各部件進行分解、檢查、處理。消除設備運轉過程中的重大缺陷，更換易損件，修補磨損件，對機組的水平、擺度、同心等進行重新調整。

3.1 大修內容

鄧樓泵站4 號機組大修項目主要包括主機組拆卸、安裝、測量、試驗、起重吊裝、焊接等。把握安裝質量的關鍵要素，如固定部分的同心度、高程，轉動部分的軸線擺度、垂直度、水平度、間隙等，對關鍵工序制定專項方案，確保工程質量和安全。

3.2 大修準備

機組大修工作量大、專業(yè)性強、檢修時間長、工藝水平要求高，要保證大修工作的順利進行，必須認真進行一系列的準備工作。

根據對機組運行資料的分析，從機組運行中的缺陷及累計運行時數兩方面，擬定大修工作計劃，配備大修工器具，合理地組織技術力量，制定機組大修進度計劃以及場地布置和安全設施等。

3.3 技術資料的搜集整理

資料搜集整理分為3 個階段：機組解體中的原始資料的搜集、機組檢修總裝中的資料搜集、大修后試運行記錄和資料的搜集。

機組解體，即機組拆機。將電機、水泵的主要部件一一拆開清理、檢修。在完成準備工作之后，機組大修主體工作的第一項就是機組解體。

機組解體的過程是進一步搜集機組運行資料的過程，也是進一步確定大修性質，檢修方案的依據之一。故對拆機過程中的原始數據必須認真測試、檢查、分析、記錄。包括各部間隙的測量記錄：軸瓦間隙、葉片間隙、空氣間隙；葉片、轉輪、葉輪外殼氣蝕情況的記錄：氣隙的方位、區(qū)域、程度；磨損件的測量記錄；固定部件的垂直同心度、水平的測量記錄；軸線的擺度、垂直度的測量記錄；解體過程中發(fā)現(xiàn)的其他情況的記錄。

4 4 號機組大修解體電機存在問題及原因分析

4.1 4 號電機轉子絕緣偏低的原因分析及處理

4 號機組在近期的運行維護階段，發(fā)現(xiàn)每次開機前轉子絕緣偏低，有時轉子繞組絕緣低至0.1 MΩ，影響安全開機運行，存在安全隱患。

4.1.1 運行環(huán)境的影響

（1）運行環(huán)境的影響因素

鄧樓泵站主廠房選用4 臺立式機械全調節(jié)軸流泵，配套TL2240-48 型立式同步電動機，斷流方式采用HD60 真空破壞閥斷流，斷電開閥，非運行期（運行期未運行機組）真空破壞閥閥門常開，致使出水流道彎管水汽與室內環(huán)境聯(lián)通，造成室內機組設備運行環(huán)境濕度偏大，機組電機絕緣值偏低。

泵站安裝間原設計布設水泵層集水井蓋板為篦子蓋板，便于觀察集水井水位，但同時也使潮濕的集水井和吊物孔形成一個自然的通道，4 號機組就布設在吊物孔旁，濕度大影響電機繞組絕緣值。

（2）運行環(huán)境的影響因素處理

增設除濕機。分別在電機層4 號機組旁、水泵層集水井旁安裝兩臺除濕機，與機房空調配合，為設備運行提供安全、干燥的運行環(huán)境。

將集水井的篦子進行改造，增設不銹鋼蓋板，切斷水汽的擴散通道。同時日常巡查完畢應及時將真空破壞閥門關閉，使真空破壞閥室與主廠房電機層隔離開，保證電機所處的環(huán)境干燥。

4.1.2 轉子繞組及阻尼繞組有局部破損

（1）轉子繞組及阻尼繞組有局部破損情況

大修解體后，將轉子吊出。發(fā)現(xiàn)轉子繞組及阻尼繞組有局部破損，個別處因長期運行導致絕緣漆脫落。定、轉子及磁極處有大量浮塵，局部有少量油垢，這些都會影響電機轉子絕緣值。

（2）轉子繞組及阻尼繞組局部破損修復處理

將電動機進行烘干處理，將轉子繞組破損處重新纏繞絕緣材料，重新噴涂與絕緣等級匹配的電機專用絕緣漆。

4.1.3 定子與轉子之間存在油污

（1）存在油污的原因分析

電動機軸承甩油有兩種，一種是潤滑油經旋轉，越過擋油圈甩向電機內部，另一種是潤滑油通過旋轉，越過蓋板縫隙，甩向蓋板外部。

機組在運行時，葉片調節(jié)機構的軸承，在長時間運行的情況下，油溫升高，體積膨脹，就會從觀察孔局部滲出，甩落在電機油缸蓋板上；推力頭內壁與擋油圈內壁因制造安裝的缺陷，產生不同程度的偏心，運行中容易向上串油，甩濺到電機內部；電機運行中，隨著軸承溫度的上升，使油槽內的油和空氣體積膨脹，產生油霧，油槽內的油霧隨氣體從蓋板縫隙處外溢，在風機的作用下，油蒸汽在電動機風道內流動，黏附在定子與轉子繞組之間。

（2）油污的處理

將解體后的定子轉子用空壓機吹掃灰塵，用電機清洗劑清理，重新噴涂電機專用絕緣漆。上機架安裝過程中，調整擋油圈與機組固定部分的同心度，更換耐油密封圈，加強油槽蓋板的密封性能。檢查油槽蓋板呼吸器，保持油缸液面與大氣連通，平衡內外壓力。大修后油缸加油時，油位不宜過高，一般以加至導軸瓦的中心為宜。

4.2 4 號機組空氣間隙的測量與調整

定子鐵心與轉子磁極之間的間隙稱為空氣間隙。空氣間隙是否符合要求，除了取決于設備本身的制造工藝優(yōu)劣之外，還取決于大修安裝質量的好壞。主要反映在垂直同心、定中心兩大要素。

根據安裝標準的規(guī)定，最大最小空氣間隙與平均間隙值的差值均不能超過間隙值的±10%。否則，由于間隙不等，引起磁拉力不均勻，導致機組運行的擺動，因此，必須對空氣間隙進行測量與調整。

4.2.1 空氣間隙值的測定對比

自制楔形竹塞尺與外徑千分尺配合使用，竹塞尺長度約20～30 cm，將電機按8 個方位分別測量、記錄。測量時應注意用力均勻，測量結果可以兩人進行復測比對，消除人為誤差。

表1 電機拆解前空氣間隙原始測量記錄表 單位：mm

表2 電機大修安裝后空氣間隙測量記錄表 單位：mm

說明：①測量方法：竹制契形尺與千分尺配合；②質量標準：參照“電動機廠家圖紙”執(zhí)行，電機最小氣隙（磁極最高處）為3.5，其各測量平均值與名義值之差不得大于名義值的10%，其各間隙與平均間隙之差不超過平均間隙的±10%。

4.2.2 空氣間隙測量結果對比分析

大修前空氣間隙原始測量值不合格，最大間隙比=（最大間隙-平均間隙）/平均間隙=15.6%，最小間隙比=（最小間隙-平均間隙）/平均間隙=-14.6%，分析原因：

（1）機組垂直同心度被破壞

因4 號機組長期運行，引起固定部分的變化，使得定子的垂直同心度最大偏差超過規(guī)定允許值。根據立式機組的結構特點，要保證空氣間隙值在允許范圍內，就必須使電動機定子、轉子的中心軸線在允許范圍內的鉛垂線上，為滿足這一要求，通常是以水泵軸頸對其軸窩的中心位置進行調整，這就是轉動部分定中心的工序，如果定中心發(fā)生差錯，勢必影響空氣間隙的正確性。定子的垂直中心位置是根據水導軸窩的中心位置來進行測量調整的，如果定子與水導軸窩的垂直同軸度發(fā)生差錯，將影響空氣間隙。

（2）前期大軸定中心的安裝質量

轉子中心線與水導軸頸的中心線是否在同一鉛垂線上也是一個影響因素。這是由機組軸線測量和調整以及轉動部分垂直度的測量和調整來決定的，即使水泵大軸定中心正確，轉動部分軸線的垂直度不符合要求，也將導致空氣間隙不合格。

經查閱原始檔案資料，機組安裝過程中定中心數據及資料符合規(guī)范要求，故排除前期安裝定中心因素的影響。

（3）停機過程受短時水推力的外界干擾

機組采用真空破壞閥斷流，停機瞬間閥的電氣控制系統(tǒng)也同步斷電，閥瓣開啟，大氣進入閥體破壞虹吸，水體在自重下，從出水流道彎管最高點向兩邊分流，給葉輪短時帶來巨大反向水推力，使得電機有短暫性反向轉動，由于受力并非均衡穩(wěn)定，使得機組轉動部分未停靠在實際中心線上，從而影響了電機空氣間隙的測量值。

調整方法：

（1）移動定子使空氣間隙合格，并使其中心與水導軸承窩的中心在同一鉛垂線上。

（2）檢查調整轉動部分的垂直度，重新定軸線的中心，滿足空氣間隙的要求。

5 合理機組大修周期的重要性及建議

大型泵站機組大修工作是一項繁重復雜的工作，零部件多，質量要求高，施工時間長。完成大修工作除在純技術方面的準確和質量要求較高外，還必須在如何合理的、準確的確定大修周期，降低大修費用等方面做大量工作。合理的確定大修周期尤為重要。

影響機組大修周期的主要因素與運行有關，除考核機組運行臺時外，還應在日常管理中加強設備監(jiān)測及對比，綜合考慮各方面因素，根據運行經驗，對設備作出準確安全評估。如此次4 號機組大修中，因運行中未出現(xiàn)異常噪音及震動，根據運行經驗機組安裝高程滿足要求，故推力瓦安裝高程未進行調整。而電動機推力頭屬過渡配合，每拆一次配合間隙就會增大，在運行中出現(xiàn)不均衡就會帶來振動、噪音。

建議可根據機組設備實際運行情況，合理地確定大修周期，不僅可以消除設備長期使用形成的弊病，延長設備壽命，保證運行的穩(wěn)定性、可靠性，還可以避免因大修周期短而帶來的不經濟。同時科學地改造設備，使機組更加安全、高效運行，充分發(fā)揮大修的意義和價值，為大型泵站的安全運行提供管理經驗，從而更好地服務調水工作，使經濟效益、社會效益和環(huán)境效益最大化。