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与立式泵相比，潜水泵具有结构紧凑，安装简单，无需冷却，维护方便等优点，目前被广泛应用于各行各业。潜水泵长期在水下工作，对设备的密封防水性能要求非常高，如果潜水泵电机漏水没有及时发现及时处理，会造成潜水泵电机线圈短路烧毁，造成较大经济损失，福州马尾兴安排涝站2008年就发生过此类事故，仅维修费用就近三十万元。
一、排涝站简介兴安排涝站是马尾区防洪排涝体系中非常重要的水利工程，排涝站采用高压供电，总容量为2*1250kVA，排涝站主设备为八台900QZB－100型潜水轴流泵，单泵净重5吨，额定流量Q=3.2m3，s，潜水泵电机功率P=250kW，额定电压U=380V，额定电流I=519A。潜水泵采用软启动方式，其主电源回路配置断路器(ABB S6N)、接触器(ABB EH550)、软启动器(施耐德ATS46C48N)(见附图一，电气主接线图)，二次回路配备一套潜水泵综合保护器。因运行电流大，每台潜水泵配备三根动力电缆，型号为YCW3*70+1*35，每根动力电缆只接潜水泵电机U、V、W三相中一相，动力电缆中的接地线芯接潜水泵外壳：除动力电缆外，潜水泵还配备一根10芯保护信号电缆，用于将潜水泵电机内部漏水、定子超温、轴承超温等故障信号传输至潜水泵综合保护器，通过综合保护器及时切断主电源，保护电机。
二、事故情况说明08年汛后，在对潜水泵进行常规保养时发现，有多台水泵动力电缆出现不同程度磨损，部份电缆中铜线芯磨损过半甚至被磨断，拆开潜水泵端盖进一步检查，发现这几台潜水泵电机内部不同程度漏水，电机内部都是水油混合物，电机下腔油室内用于润滑冷却的机油几乎漏光，由此分析电机漏水已有数月之久。但在D8年汛期潜水泵运行基本正常，电机漏水保护未动作，仅运行电流比往年稍大。
三、漏水事故原因分析
1、现场发现电缆破损处基本都位于电缆与潜水泵顶部三角形吊杆相接触的位置，而且电缆破损形状也与吊杆外形尺寸吻合。我们断定，因电缆固定方式不正确，潜水泵运行时水流搅动电缆与吊杆长期磨擦造成破损，潜水泵运行时电机线圈发热，电机内部温度高，停止运行后电机腔内部温度下降压力降低，电机外部的水从电缆破口处顺着电缆被吸入电机内部，因各台潜水泵运行次数和时间不同，所以潜水电机内部漏水程度也不相同。又因排涝站每年运行次数不多，每次运行的时间短，而且这几台潜水泵电机绝缘等级高(均为F级绝缘)，电机线圈幸运没有短路烧坏。但电机内部进水，电机转子负荷增大运行不平衡，造成电机运行电流稍高，下机械密封损坏，机油泄漏。
2、潜水泵电机结构大体分为三部份(见附图二，潜水泵结构图)，上腔是接线腔，底部铸有一圆形积水槽，安装一个浮子开关(见附图三，浮子开关)，当上腔进水时，首先汇集到积水槽内，浮子开关的浮球上浮引起触点导通，触发潜水泵综合保护器中的继电器动作；中间是电机定子和转子，下腔是机油室，内部安装一个泄漏探头，检测由下机械密封进入油室的漏水。由于此次事故由上腔漏水引起，故检查重点是浮子开关为何失灵。当拆开水泵上盖后发现，虽然积水槽内积水已满，浮子开关的浮球也有上浮，但仔细观察发现浮子开关的金属触点上覆盖了一层极薄的浮油杂质，使触点不能真正导通。去除杂质层后重新测量漏水信号线，漏水信号正常输出。估计是排涝站周边众多企业排放生产废水造成水质污染，污水造成浮球卡死、开关失灵；另一方面，浮球体积太小，浮力不够
3、潜水泵主电源回路中的断路器与软启动器都具有过流、缺相、相间短路、欠压等保护功能，前面已介绍，潜水泵电机每相接一根动力电缆，每根动力电缆都有三条主线芯，一条线芯磨损或磨断，另两条线芯的载流量相应增大，对该相电流基本没有影响，不存在缺相和欠压。事故中几台潜水泵都只有一相动力电缆破损露出铜导线，也不存在相间短路、过流情况，因此断路器和软启动器保护没有动作是正常的。潜水泵电机单相电缆破损漏电造成单相对地短路，应检查排涝站电气设备中零序电流保护系统是否正常。排涝站采用变压器中性点直接接地的保护接零接地系统。在此系统中发生单相短路时，接地短路电流较大，短路电流经故障点流向变压器中性点，通过安装在中性线上的零序电流互感器作用于零序继电器或其它保护装置实现保护，称为零序电流保护。排涝站零序保护系统中零序电流互感器变比为600／5A，零序保护装置采用TPR－1型综合变压器保护装置，其保护作用于排涝站主变压器高压侧开关。综合变压器保护装置低压侧零序反时限保护二次侧额定电流ISL整定范围是(0.4～1.175)IN=2－5.875A (N=5A)。按中性线上的零序电流互感器变比折算一次侧电流为240－705A，时间常数T整定范围是(2～32)S。排涝站潜水泵安装在钢制井筒中，井筒与接地网可靠连接，工作时电缆破口处位于水下，单相短路电流通过水介质传到井筒壁再流回变压器中性点。以井筒接地电阻4Q计算，忽略水的电阻，反应到综合变压器保护装置上的二次侧电流为220V÷4Q÷(600/5)=0.46A，小于零序电流保护最小整定值。排涝站建成已近十年，接地网老化，接地电阻增大(现场测量约为12Q)，经井筒流回中性点的短路电流更小，更不足以触发保护动作。另一方面，潜水泵外壳通过三条动力电缆中的接地线芯直接接到电气控制柜接地铜排，因接地线芯的电阻很小，由接地线芯通过的短路电流很大，但因为电缆与吊杆之间的磨擦接触是由水流搅动引起，两者间没有稳定而牢固的连接，只是瞬间接触、磨擦，接地线芯通过的短路电流不稳定且时间极短，小于保护整定时间，也不足以触发保护动作。
四、整改措施
1、改进潜水泵电缆固定方式。原固定方式是把潜水泵电缆绑扎在一根铁链上。然后将铁链两端固定在潜水泵吊杆和井筒盖之间(因现场条件限制，无法做到先固定铁链后绑扎电缆)，因电缆的重量很大，链条扎上电缆后无法拉直，潜水泵运行时链条和电缆都会随水流晃动，而且幅度不小。可能会造成绑扎电缆的扎带脱落，电缆松脱。用钢丝绳固定也存在同样缺点。目前国内一些潜水泵厂家采用电缆千式安装：用一根大口径钢管(250mm～，300mm)通过专用模具套在潜水泵端盖上，上端从井筒盖中间开口处穿出固定，潜水泵电缆被套在钢管中。钢管与模具、模具与潜水泵端盖之间通过密封件密封，因此钢管内无水，钢管两端固定后，管内的电缆受到严密保护，基本不受外力作用。但是这种方式必须对潜水泵端盖与井盖进行结构改造，还要制作专用模具和夹具，成本高，而且安装程序复杂，需投入较多的人力物力，不适合在排涝站实施。经过反复比较。我们在吸收上述两种方法优点的基础上，设计了电缆钢性固定法，具体如下：以40mm镀锌管为原料，制成上下同宽的钢梯，宽度与潜水泵两侧吊耳之间的距离相同，梯子下方以锁扣固定在潜水泵吊耳上，梯子高度与井沿齐平或略低。梯子先与潜水泵固定，再随潜水泵吊入井筒 中安装到位，安装工人顺此梯下到井底，将潜水泵动力电缆与控制电缆由下至上逐步固定在钢梯横档上(为保护电缆，我们还为电缆套上PVC钢丝管)，最后将钢梯顶部固定在井沿，封好井盖。因钢梯钢性强，几乎不受水力影响，固定在钢梯上的电缆安全性能大大提高。
2、更换潜水泵漏水保护元件。在发生漏水后，若无法及时切断电源，将使事故范围扩大，受损程度加深。浮子开关灵敏度不高，而且容易卡死失灵，已渐被淘汰。经与潜水泵厂家协商，我们提议将浮子开关更换成结构更加简单但却更加有效的漏水探头(见附图三)，同样安装在积水槽中，当潜水泵上腔进水时，首先会汇入积水槽，只要探棒接触到水。探棒所接正极就与金属压片所接负极导通，输出信号至潜水泵综合保护器，通过综合保护器切断主回路电源并发出漏水信号，管理人员可以及时发现故障点，采取措施，避免事故进一步加大。
3、增加分段高灵敏度零序继电保护。排涝站专用变压器只为三相潜水泵电机供电。在正常情况下，变压器三相电流向量和为零，即中性线电流为零。或者只有很小的不平衡电流。中性线上的零序互感器二次侧也为零或者电流很小。当发生单相短路时，零序互感器二次侧会出现较大电流，触发零序保护装置动作。目前排涝站使用的TPR－1型综合变压器保护装置由于各项零序保护整定值太大，单台潜水泵单相短路时难以动作，而且零序保护动作于主变压器高压侧开关，动作时会影响其它无故障设备的正常运行(一台变压器给四台水泵供电)。目前零序保护可以按灵敏度高低进行分级分段保护，因此我们拟为每台潜水泵增设高灵敏度零序继电保护。零序继电保护整定值设定非常关键，因为系统三相电流存在不平衡，保护整定值设定太高或太低，将导致保护不会动作或经常性非故障停机，影响正常生产，根据排涝站多年运行记录。八台潜水泵三相电流不平衡基本保持在±10A之间，经过测算，为每台潜水泵增设一套零序继电保护装置，包括YR-LJBl20J型零序电流互感器，变比为10015A，GL－10型电流继电器，设定动作电流为2A(折算到一次侧电流为40A)，继电器一对常闭触点串联在主接触器电磁线圈回路上，保护动作时断开主接触器主接点，切断电机主电源。
五、结束语
电缆破损造成潜水泵电机漏水是比较常见的事故，应针对性地采取防范措施。排涝站经过此次整改和半年试运行，目前八台潜水泵运行良好。特别是我们设计的电缆钢性固定法，未发现有电缆松动、磨损情况，达到整改目的。
(编辑／陈志华)
一、排涝站简介兴安排涝站是马尾区防洪排涝体系中非常重要的水利工程，排涝站采用高压供电，总容量为2*1250kVA，排涝站主设备为八台900QZB－100型潜水轴流泵，单泵净重5吨，额定流量Q=3.2m3，s，潜水泵电机功率P=250kW，额定电压U=380V，额定电流I=519A。潜水泵采用软启动方式，其主电源回路配置断路器(ABB S6N)、接触器(ABB EH550)、软启动器(施耐德ATS46C48N)(见附图一，电气主接线图)，二次回路配备一套潜水泵综合保护器。因运行电流大，每台潜水泵配备三根动力电缆，型号为YCW3*70+1*35，每根动力电缆只接潜水泵电机U、V、W三相中一相，动力电缆中的接地线芯接潜水泵外壳：除动力电缆外，潜水泵还配备一根10芯保护信号电缆，用于将潜水泵电机内部漏水、定子超温、轴承超温等故障信号传输至潜水泵综合保护器，通过综合保护器及时切断主电源，保护电机。
二、事故情况说明08年汛后，在对潜水泵进行常规保养时发现，有多台水泵动力电缆出现不同程度磨损，部份电缆中铜线芯磨损过半甚至被磨断，拆开潜水泵端盖进一步检查，发现这几台潜水泵电机内部不同程度漏水，电机内部都是水油混合物，电机下腔油室内用于润滑冷却的机油几乎漏光，由此分析电机漏水已有数月之久。但在D8年汛期潜水泵运行基本正常，电机漏水保护未动作，仅运行电流比往年稍大。
三、漏水事故原因分析
1、现场发现电缆破损处基本都位于电缆与潜水泵顶部三角形吊杆相接触的位置，而且电缆破损形状也与吊杆外形尺寸吻合。我们断定，因电缆固定方式不正确，潜水泵运行时水流搅动电缆与吊杆长期磨擦造成破损，潜水泵运行时电机线圈发热，电机内部温度高，停止运行后电机腔内部温度下降压力降低，电机外部的水从电缆破口处顺着电缆被吸入电机内部，因各台潜水泵运行次数和时间不同，所以潜水电机内部漏水程度也不相同。又因排涝站每年运行次数不多，每次运行的时间短，而且这几台潜水泵电机绝缘等级高(均为F级绝缘)，电机线圈幸运没有短路烧坏。但电机内部进水，电机转子负荷增大运行不平衡，造成电机运行电流稍高，下机械密封损坏，机油泄漏。
2、潜水泵电机结构大体分为三部份(见附图二，潜水泵结构图)，上腔是接线腔，底部铸有一圆形积水槽，安装一个浮子开关(见附图三，浮子开关)，当上腔进水时，首先汇集到积水槽内，浮子开关的浮球上浮引起触点导通，触发潜水泵综合保护器中的继电器动作；中间是电机定子和转子，下腔是机油室，内部安装一个泄漏探头，检测由下机械密封进入油室的漏水。由于此次事故由上腔漏水引起，故检查重点是浮子开关为何失灵。当拆开水泵上盖后发现，虽然积水槽内积水已满，浮子开关的浮球也有上浮，但仔细观察发现浮子开关的金属触点上覆盖了一层极薄的浮油杂质，使触点不能真正导通。去除杂质层后重新测量漏水信号线，漏水信号正常输出。估计是排涝站周边众多企业排放生产废水造成水质污染，污水造成浮球卡死、开关失灵；另一方面，浮球体积太小，浮力不够
3、潜水泵主电源回路中的断路器与软启动器都具有过流、缺相、相间短路、欠压等保护功能，前面已介绍，潜水泵电机每相接一根动力电缆，每根动力电缆都有三条主线芯，一条线芯磨损或磨断，另两条线芯的载流量相应增大，对该相电流基本没有影响，不存在缺相和欠压。事故中几台潜水泵都只有一相动力电缆破损露出铜导线，也不存在相间短路、过流情况，因此断路器和软启动器保护没有动作是正常的。潜水泵电机单相电缆破损漏电造成单相对地短路，应检查排涝站电气设备中零序电流保护系统是否正常。排涝站采用变压器中性点直接接地的保护接零接地系统。在此系统中发生单相短路时，接地短路电流较大，短路电流经故障点流向变压器中性点，通过安装在中性线上的零序电流互感器作用于零序继电器或其它保护装置实现保护，称为零序电流保护。排涝站零序保护系统中零序电流互感器变比为600／5A，零序保护装置采用TPR－1型综合变压器保护装置，其保护作用于排涝站主变压器高压侧开关。综合变压器保护装置低压侧零序反时限保护二次侧额定电流ISL整定范围是(0.4～1.175)IN=2－5.875A (N=5A)。按中性线上的零序电流互感器变比折算一次侧电流为240－705A，时间常数T整定范围是(2～32)S。排涝站潜水泵安装在钢制井筒中，井筒与接地网可靠连接，工作时电缆破口处位于水下，单相短路电流通过水介质传到井筒壁再流回变压器中性点。以井筒接地电阻4Q计算，忽略水的电阻，反应到综合变压器保护装置上的二次侧电流为220V÷4Q÷(600/5)=0.46A，小于零序电流保护最小整定值。排涝站建成已近十年，接地网老化，接地电阻增大(现场测量约为12Q)，经井筒流回中性点的短路电流更小，更不足以触发保护动作。另一方面，潜水泵外壳通过三条动力电缆中的接地线芯直接接到电气控制柜接地铜排，因接地线芯的电阻很小，由接地线芯通过的短路电流很大，但因为电缆与吊杆之间的磨擦接触是由水流搅动引起，两者间没有稳定而牢固的连接，只是瞬间接触、磨擦，接地线芯通过的短路电流不稳定且时间极短，小于保护整定时间，也不足以触发保护动作。
四、整改措施
1、改进潜水泵电缆固定方式。原固定方式是把潜水泵电缆绑扎在一根铁链上。然后将铁链两端固定在潜水泵吊杆和井筒盖之间(因现场条件限制，无法做到先固定铁链后绑扎电缆)，因电缆的重量很大，链条扎上电缆后无法拉直，潜水泵运行时链条和电缆都会随水流晃动，而且幅度不小。可能会造成绑扎电缆的扎带脱落，电缆松脱。用钢丝绳固定也存在同样缺点。目前国内一些潜水泵厂家采用电缆千式安装：用一根大口径钢管(250mm～，300mm)通过专用模具套在潜水泵端盖上，上端从井筒盖中间开口处穿出固定，潜水泵电缆被套在钢管中。钢管与模具、模具与潜水泵端盖之间通过密封件密封，因此钢管内无水，钢管两端固定后，管内的电缆受到严密保护，基本不受外力作用。但是这种方式必须对潜水泵端盖与井盖进行结构改造，还要制作专用模具和夹具，成本高，而且安装程序复杂，需投入较多的人力物力，不适合在排涝站实施。经过反复比较。我们在吸收上述两种方法优点的基础上，设计了电缆钢性固定法，具体如下：以40mm镀锌管为原料，制成上下同宽的钢梯，宽度与潜水泵两侧吊耳之间的距离相同，梯子下方以锁扣固定在潜水泵吊耳上，梯子高度与井沿齐平或略低。梯子先与潜水泵固定，再随潜水泵吊入井筒 中安装到位，安装工人顺此梯下到井底，将潜水泵动力电缆与控制电缆由下至上逐步固定在钢梯横档上(为保护电缆，我们还为电缆套上PVC钢丝管)，最后将钢梯顶部固定在井沿，封好井盖。因钢梯钢性强，几乎不受水力影响，固定在钢梯上的电缆安全性能大大提高。
2、更换潜水泵漏水保护元件。在发生漏水后，若无法及时切断电源，将使事故范围扩大，受损程度加深。浮子开关灵敏度不高，而且容易卡死失灵，已渐被淘汰。经与潜水泵厂家协商，我们提议将浮子开关更换成结构更加简单但却更加有效的漏水探头(见附图三)，同样安装在积水槽中，当潜水泵上腔进水时，首先会汇入积水槽，只要探棒接触到水。探棒所接正极就与金属压片所接负极导通，输出信号至潜水泵综合保护器，通过综合保护器切断主回路电源并发出漏水信号，管理人员可以及时发现故障点，采取措施，避免事故进一步加大。
3、增加分段高灵敏度零序继电保护。排涝站专用变压器只为三相潜水泵电机供电。在正常情况下，变压器三相电流向量和为零，即中性线电流为零。或者只有很小的不平衡电流。中性线上的零序互感器二次侧也为零或者电流很小。当发生单相短路时，零序互感器二次侧会出现较大电流，触发零序保护装置动作。目前排涝站使用的TPR－1型综合变压器保护装置由于各项零序保护整定值太大，单台潜水泵单相短路时难以动作，而且零序保护动作于主变压器高压侧开关，动作时会影响其它无故障设备的正常运行(一台变压器给四台水泵供电)。目前零序保护可以按灵敏度高低进行分级分段保护，因此我们拟为每台潜水泵增设高灵敏度零序继电保护。零序继电保护整定值设定非常关键，因为系统三相电流存在不平衡，保护整定值设定太高或太低，将导致保护不会动作或经常性非故障停机，影响正常生产，根据排涝站多年运行记录。八台潜水泵三相电流不平衡基本保持在±10A之间，经过测算，为每台潜水泵增设一套零序继电保护装置，包括YR-LJBl20J型零序电流互感器，变比为10015A，GL－10型电流继电器，设定动作电流为2A(折算到一次侧电流为40A)，继电器一对常闭触点串联在主接触器电磁线圈回路上，保护动作时断开主接触器主接点，切断电机主电源。
五、结束语
电缆破损造成潜水泵电机漏水是比较常见的事故，应针对性地采取防范措施。排涝站经过此次整改和半年试运行，目前八台潜水泵运行良好。特别是我们设计的电缆钢性固定法，未发现有电缆松动、磨损情况，达到整改目的。
(编辑／陈志华)