一起深井泵电机绕组绝缘降低的原因分析

王海涛

摘 要： 通过对一起深井水泵电机绝缘降低，绕组烧毁故障的原因分析，对导致故障的原因进行了查找并进行电缆截面计算，通过增加电缆截面降低电压降，达到深井泵电机的机端电压要求。

关键词： 电机绝缘；电压降；电缆截面

1、故障现象：

2017年8月某日我单位生活区1#深井泵在运行中因电流突然增大停机，后电气人员对电机进行绝缘测试，电机对地绝缘电阻0.2MΩ；后又启动运行1小时左右跳机，电机绝缘为0，后提泵解体后电机绕组烧毁。我单位生活区深井泵井下深度300米，静水位270米，配套电机YQS250-132井用潜水三相异步电机，电机功率132kW，额定电压380V，额定电流260A；电机电源电缆为JHS型防水橡套电缆，电缆截面为95mm2铜芯。

2、故障原因分析：

2.1故障判定

电机解体后检查发现定子绕组发热变色，造成相间短路。调取运行记录，电机正常运行电流在250-260A波动，负荷电流较为平稳，水泵额定出水量为80m3/h，实际出水量为60-70m3/h；从运行情况上看，电机没有过载运行，为何会导致定子绕组发热。

后通过对电机手册的解读，电机额定电压是指电机出线接线端子处的电压，而此水泵电机距电气柜距离300米，电机供电电缆310米，会不会是由于电源电压由于电缆压降导致电机运行电压达不到规定值，一般为额定电压的+10～-5%。

2.2原因分析

现电缆采用的单芯95 mm2铜芯JHS型防水橡套电缆，为了确定电压降是否超过规定值，现对电缆进行了核算。

传统的电缆截面选择方法可分为4类：①按允许发热条件选择，也就是按允许载流量选择；②按经济电流密度选择；③按允许电压损失校验；④按机械强度校验。根据上述方法对现使用的电缆进行计算：

2.2.1按允许载流量进行计算：

一般规定运行中的导体电缆温度应不超过规定的长期允许工作温度：JHS型防水橡套电缆65℃。根据这一原则，在选择电缆截面时，必须满足下列条件：

Imax≤I0K

式中：Imax——通过的最大连续负荷载流量（A）；

I0 ——指定条件下的长期允许载流量（A）；

K ——长期允许载流量修正系数。

根据上述条件查电缆手册得：单芯铜芯橡套绝缘电缆1×95mm2，最大连续负荷载流量为345（A），25℃。由于敷设在深井井管内，管内设计温度最高为20℃，温度修正系数K按1.0选择。

通过温度的修正后该电缆的连续负荷载流量为345（A），满足电机额定电流260（A）的要求。

2.2.2按经济电流密度进行计算：

从工程投资考虑电缆导体截面的选择，不仅要考虑电缆线路的初始成本，还要同时考虑电缆在寿命期间的电能损耗成本，因此要从经济电流密度来选择电缆截面。

由于采用单芯电缆，在井管中敷设，年负荷利用小时按3000～5000小时考虑，按表1经济电流密度2.25 A/mm2考虑，按照下式计算电缆截面Sj。

式中：Imax——最大负荷电流（A）；

J——经济电流密度（A/mm2）；

计算得出Sj=260/2.25=115.56 mm2，无法满足要求。宜采用截面为120mm2的电缆。

2.2.3按允许电压损失进行计算：

当电流通过电线电缆时，由于线路中存在阻抗，必然产生电压损失（电压降），线路越长，截面越小，电压的损失越大，即电压降越多。所以一般规定：照明线路中允许相对电压降不应超过2.5～5%，户内动力线路不应超过4～6%允许值，输配电线路不应超过7%。如果线路电压降超过允许值，设备的供电电压将无法达到设计要求。这种情况下应适当增大电缆截面，使之达到要求。

在低压线路中，当给定了负载的电功率P，送电距离L，所允许的相对电压降为ε时，则电缆截面Sj按下式计算：

式中：P——负载的电功率（KW）；

L——送电线路距离（m）；

C——根据导体材料及送电电压确定的线路功率系数（见下表2）

ε——允许的相对电压降（%）

根据深井泵现场情况已知L=310m P=132KW ε=5，表中查得C=76.5

代入上式：S=（132×310）÷（76.5×5）=106.98mm2>95 mm2

应选择线路截面为120mm2的电缆方能满足电动机接线处电压降不大于5%的要求。

2.2.4按机械强度进行校验：

一般电缆截面大于16 mm2时，机械强度满足要求。

通过上述计算发现，按允许发热与条件按机械强度校验选择95 mm2电缆满足要求，但是按经济电流密度与允许电压损失校验计算电缆的截面偏小，应选择120 mm2的电缆。而当电机机端电压降低时会造成电机定子绕组发热，电机的输出功率降低。

3 处理措施

根据上述计算结果分析，由于电缆选择截面偏小，造成电缆运行电压降超过允许范围，导致深井泵电机机端电压偏低，长时间运行定子绕组发热，绝缘降低后电机绕组短路停机。随后对此深井的电缆进更换为120 mm2的电缆，同时订购电缆对其余几台深井泵的电缆也进行分批更换。

4 结束语

通過对这起故障的分析，发现虽然初期深井泵采用的电缆截面虽在电缆的发热条件下满足现场要求，但是对于电缆的电压降并未进行校验，致使在运行过程中电缆的电压降超过允许范围，导致电机运行电压偏低。今后对于此类长距离电缆供电线路，必须从几个方面进行校验，已达到设备的规定使用要求，有效的防范了此类问题的发生。endprint