一起消防泵电机直启失败案例分析

引言

在新版GB509742014《消防给水及消火栓系统技术规范》的控制与操作中明确要求,消防泵应设消防水泵控制柜,且规定消防水泵控制柜应设置机械应急启泵功能,在紧急情况下如控制柜内的控制线路发生故障,应保证由具有管理权限的人员启动消防泵。本文结合工程实例,介绍一起消防泵直接启动失败的案例,分析其失败原因,描述故障解决过程。

1工程实例

1.1项目概况

某输油站内已建4台132kw消防泵,现进行了增加消防泵控制柜的改造工作。改造后的消防泵均采用双电源供电,正常时采用星三角降压启动,紧急情况下可采用全压直启。

1.2启动失败过程及初步分析

第1次:全压直接启动(空载)东侧132kw消防泡沫泵,肉眼观察到电机刚有转动迹象,瞬间消防控制柜上级开关柜内的断路器跳闸,电机停止。初步分析:空载全压启动,启动电流一般为额定电流的4~7倍,正常情况下很短时间就能启动完成。电机刚启动就跳闸停止,原因有两个:(1)可能是断路器的特性曲线需要进一步调整整定,使其满足电机启动要求。(2)电机的启动电流超标,与断路器的特性曲线不匹配。

第2次:星三角启动(空载)西侧132kw消防泡沫泵,正常运行。初步分析:能够证明132kw星三角启动支路没有问题。

第3次:全压直接启动(空载)西侧132kw消防泡沫泵,电机转动了约3s,断路器烧毁,上级断路器跳闸。初步分析:无论多大电流,断路器应能够分断短路电流或承受短路电流,不应烧毁。电动机运行3s时,正常情况下启动电流衰减过程基本结束,电机启动过程中的热积累,不会导致断路器烧毁。从现场照片看疑似断路器故障或其端子处故障。

2132kW消防泵直接启动失败的原因分析

2.1断路器跳闸分析

电机启动是一个动态冲击过程,全压直接启动时,启动电流Iq一般为电机额定电流Ie的4~7倍,启动时间T约为3s,一般不超过5s。电流曲线如图1所示。

选用断路器时,断路器额定电流应大于电机额定电流236A,启动时断路器能够耐受住电机启动电流,即7倍电机额定电流5s即可。

2.1.1设计选用的断路器曲线

设计选用的断路器壳架电流为400A,额定电流为315A,耐受7倍额定电流的时间是7~20s,正常情况下能够满足本工程电机启动要求。设计选用的断路器曲线如图2所示。

2.1.2供货商断路器参数

供货商提供的断路器参数:断路器壳架电流400A,额定电流315A,耐受7倍额定电流的时间为7~20s。

从数据上看,供货商提供的断路器能够满足电机启动要求,但实际情况是电机启动瞬间,断路器跳闸,也就是断路器没有耐受住电机启动过程中的瞬时过电流。理论上有两个原因引起上述情况:(1)断路器曲线图不准确,需重新整定:(2)供货商提供的断路器与曲线图不匹配。

2.2断路器烧毁原因分析

消防泵电机额定功率132kw,额定电流236A,7倍额定电流约为1.65kA。这个电流是启动时最大电流,低压电机启动电流衰减很快,即使有这么大的电流,在断路器长延时没有脱扣情况下,断路器应该能够承受此电流而不应烧毁。但实际情况是第三次直接启动瞬间,断路器烧毁并导致上级断路器跳闸,分析原因是断路器故障或其端子处故障,但具体需要开关柜厂家和断路器厂家做检测分析。

3消防泵电机直接启动故障解决过程

3.1查找直启回路是否存在故障

经现场核实确认,消防泵直接启动柜采用三角型接线,如图3所示,表明接线正常。

3.2获取消防泵直启电流参数

由于本工程是已建改造项目,消防泵利旧,无电机厂家提供电机启动曲线,且施工现场设备有限,无记录仪等设备测取电机启动曲线,只能靠理论分析。消防泵星三角降压启动能够顺利启动电机,理论上可采用实测星三角启动时的最大电流和持续时间,反推出全压直启的最大电流值和持续时间,进而验证断路器能否满足要求。经现场实测,电机星三角启动过程中的最大电流值为420A,持续时间约为4s,理论上,直启电流约为星三角启动电流的3倍,因此得出全压直启的峰值电流值应为1260A,持续时间应不大于4s。此时全压直启峰值电流约为电机额定电流的5.34倍。

经校核,本工程选用的断路器能够耐受5.34倍电机启动电流的时间约为10s,大于最大电机直启时间4s,理论上电机直接启动应该没问题。

3.3重新更换断路器,直启测试

更换配电柜内的断路器,且确认接线无误后,现场重新进行消防泵直启测试,消防泵启动成功。经现场实测,直启时最大电流约为1420A,是电机额定电流的6倍,是星三角最大启动电流的3.38倍,在测量误差允许范围内印证计算是正确的。

4消防泵电机直接启动失败再分析

从过程分析来看,前后只更换过消防泵控制柜上级开关柜内的断路器,未更换过其他元件,因此只可能是断路器自身原因导致的消防泵启动失败。猜测现场初次未严格按照设计要求选用电机型断路器是导致消防泵初次直启失败的直接原因。

5结语

结合以往设计经验,当用电设备自带控制柜时,上级断路器一般选择普通型断路器,即使成套设备内有电机也一般不会选择电机型断路器。但由于《消防给水及消火栓系统技术规范》对消防泵有直接启动的特殊要求,所以在为消防泵控制柜配电时,上级断路器不能选用普通型断路器,而要严格按照电机启动要求,配置电机型断路器。