西流灣電排機組運行電流爬升問題分析與解決方案

鐘躍凡

（益陽市城市防洪工程管理處，湖南 益陽 413000）

1 工程概況

西流灣電排位于益陽市中心城區(qū)秀峰排水片區(qū)北部，始建于1995 年，系該排區(qū)唯一的外排機埠，排區(qū)總面積9.58 km2，沿水流方向布置了攔污柵、檢修閘、進水流道、機房、出水流道、防洪閘、消能設(shè)施等建筑物。結(jié)合城市排污要求，電排于2005 年完成了擴容改造，總裝機9 臺共1 838 kW（其中污水提升528 kW），總提排流量19.89 m3/s（污水提升流量1.11 m3/s），排漬泵分高排和低排，獨立布置，其中高排3 臺共750 kW，低排2 臺560 kW。高低排均選用潛水軸流泵，低排型號為1200ZQB-100，設(shè)計揚程5.88 m，流量3.6 m3/s，配套電機功率280 kW，ND=490 r/min，葉片安裝角-2°；高排型號為1200ZQB-100*，設(shè)計揚程3.6 m，流量3.86 m3/s，配套電機功率250 kW，ND=490 r/min，葉片安裝角-2°。

2 主要問題及原因分析

2.1 運行中存在的主要問題

電排自2005 年投入運行以來，一直存在振動大、噪音大的問題，運行電流也存在爬升現(xiàn)象。經(jīng)多年運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，280 kW 軸流泵的運行電流一般從485 A左右開始不斷爬升，直至730 A 時電機保護自動跳閘停機，每次運行時長不超過30 min（圖1）；250 kW 軸流泵的運行電流則從435 A 左右開始不斷爬升，直至685 A 時電機保護自動跳閘停機，每次運行時長在20 min 左右（圖2）；而在斷開保護強行運行時則又出現(xiàn)繞組過熱的問題，導(dǎo)致設(shè)備只能不斷停機開機斷續(xù)運行，加大了運行操作難度，降低了運行效率。

圖1 原280 kW 機組采用電壓斜坡啟動運行時電流不斷爬升曲線圖

圖2 原250 kW 機組采用電壓斜坡啟動運行時電流不斷爬升曲線圖

為解決上述問題，工作人員主要采取了泵池穩(wěn)流、調(diào)整水泵后壁距，全面改造進水流道、水泵返廠大修和調(diào)整吸入高度等措施，但均未能解決問題。隨著電機不斷老化，在2016 年7 月的強降雨過程中，為搶排澇水，采取了斷開相關(guān)保護運行的措施，導(dǎo)致2 臺泵的電機燒毀。

2.2 原因分析

技術(shù)人員通過對水泵葉輪葉片和進水喇叭口檢查，發(fā)現(xiàn)汽蝕相當(dāng)嚴重，在查閱相關(guān)技術(shù)資料后，經(jīng)分析，認為主要是以下兩種情況引起的水泵汽蝕，導(dǎo)致運行中出現(xiàn)問題:

1）由于受進水口現(xiàn)場條件限制，該泵站未設(shè)置前池，來水從進水涵管直接高速沖入進水池，引起流態(tài)紊亂，水流不能均勻流入葉輪室，致使產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。

2）該泵站原先使用的泵型為1200QZB-100-12P潛水軸流泵，葉輪直徑D 為1 m，ND=490 r/min，其ND=1×490=490 r/min。原潛水軸流泵的轉(zhuǎn)速高導(dǎo)致線速度ND 過高，ND 過高導(dǎo)致汽蝕余量NPSHr 過大，泵站現(xiàn)有的進水池水深不能滿足條件而發(fā)生汽蝕。

汽蝕產(chǎn)生后阻塞流道，出流減少，效率嚴重下降，輸入功率變大，電流逐漸變大，同時產(chǎn)生振動大，噪聲大，繞組過熱現(xiàn)象。而電流增大后，使汽蝕現(xiàn)象進一步惡化，如此循環(huán)作用，直到過電流繼電器的保護動作，使水泵停止運行，是典型的汽蝕導(dǎo)致泵工作不穩(wěn)定。

3 解決方案及運行效果

3.1 解決方案

受進水口現(xiàn)場條件限制，泵站無法設(shè)置前池，只能從電機和水泵兩方面入手解決問題。

首先，在電機方面采用通風(fēng)降溫的措施，防止發(fā)熱引起電流不斷上升。具體措施見表1。

表1 具體措施

其次，水泵方面采取降低水泵ND 值的措施。降低ND 值就是降低水泵的汽蝕余量NPSHr，降低對泵站裝置余量NPSHa 的要求，增強了泵的抗汽蝕性能，解決了許多泵站因淹沒深度不夠而出現(xiàn)電流爬升現(xiàn)象。

原水泵采用12p，ND=490 r/min，葉輪直徑D=1 m，即ND=490 r/min，在保持葉輪直徑不變的前提下，將電機極數(shù)改為16p，ND=365 r/min，即ND 值由原先的490 降至365。

3.2 運行效果

在確認了更新潛水軸流泵的相關(guān)技術(shù)參數(shù)和改造措施后，天津甘泉公司生產(chǎn)了2 臺280 kW 和3 臺250 kW 潛水軸流泵，并在2017 年汛前完成安裝調(diào)試。在汛期運行過程中，280 kW 軸流泵連續(xù)運行12 h，電流一直穩(wěn)定在595 A 左右（圖3）；250 kW 軸流泵連續(xù)運行8 h，電流一直穩(wěn)定在515 A 左右（圖4）。同時從運行狀態(tài)來看，新泵運行噪音小、振動小，流量明顯比原來大（由排水管道出口水舌形狀判斷），因此西流灣電排管理站本次設(shè)備更新改造達到了預(yù)期目標，成功解決了機組12 年來的運行問題。

圖3 改進后的280 kW 機組采用電壓斜坡啟動運行時電流曲線圖

4 結(jié) 語

通過對西流灣電排運行中長期存在的問題進行分析和研究，提出在土建方面無法滿足流態(tài)要求的情況下，通過對水泵電機進行改造，是達到良好運行效果的一種解決方案。我們認為對于開敞式進水流道，使用潛水軸流泵時，只要進水流道寬度合理，來流充足，如果運行時出現(xiàn)電流不斷爬升以及振動大，噪音大等現(xiàn)象，僅通過對流道進行改進設(shè)計（改成封閉式進水流道除外）、泵安裝高度及泵后壁距的調(diào)整，一般效果是不明顯的。在泵站建設(shè)中，選擇合適的設(shè)備是非常重要的。

圖4 改進后250 kW 機組采用電壓斜坡啟動運行時電流曲線圖