高压电机起动用水阻柜改造

【摘  要】：某制氧厂两套10000m³/h制氧机组所配套的大型高压电机，均采用热变型水电阻降压模式起动。这些水电阻柜在长年的运行过程中，绝缘逐渐老化，进而柜壁出现了放电、甚至燃烧起火的重大安全隐患。为了消除放电现象，厂部在前期进行了一系列的特护措施，但未能从根本上解决问题。为彻底消除放电现象，确保设备长期的安全运行，厂部最终对水阻柜线路进行了升级改造：在水阻柜进出线端各增加一套隔离开关，通过隔离开关分断使水阻柜正常运行中不带电，最终从根本上排除了设备隐患。
【关键词】：  水阻柜   隐患   改造
 
一：水阻柜工作原理
液体电阻起动器又称“液体变阻器”（俗称“水电阻”）。是为改善大中型绕线式交流异步电动机的起动性能而研制的新型起动器。液体电阻起动器的基本原理是在电动机定子回路中串入起分压和限流作用的特种液体电阻，通过液体电阻阻值平滑减小，从而实现绕线式大中型电动机的重载平滑起动。
按水电阻结构可分为：
1、常规型水电阻——极距可调式水电阻起动柜，主要通过机械传动装置使导电液体中两平行极板的距离逐渐减小，液态电阻阻值在预定的时间内自动实现由大到小无级变化，直到接近为零时，液阻自动切除，电动机投入运行。
2、热变型水电阻——水电阻阻值改变是利用水电阻的负温度特性，靠电动机的起动电流使水电阻温度升高，阻值变小来实现的。
二：改造背景介绍：
某制氧厂两套10000m³/h制氧机组所配套的大型高压电机，均采用热变型水电阻降压模式起动，起动完成后通过线路上并联的全压柜断路器短接水阻柜，所以在起动后的正常运行过程中，水阻柜是带电的，但不带负荷。
经过多年运行以后，水阻柜绝缘老化、阻值降低，加上高压配电室处于一楼阴凉的环境，且室内空间的密封效果不佳，在春季室外湿度大、室内外温差较大的情况下，水阻柜外壁极容易产生凝挂水，进而使带电的水阻柜产生放电。
2016年9月26日，2^#空压机高压水阻柜甚至由于静电作用产生火花，导致水阻柜产生明火燃烧。幸运的是，由于点检发现及时，才避免了一场重大生产设备事故的发生。
三：水阻柜自燃事故的原因分析
由于存在着一系列的潜在因素，导致了水阻柜的自燃，主要因素包括：
1、外界环境影响：南方天气，特别是夏季雨水多，空气中的湿度高，水阻柜放电自燃提供了环境条件；
2、配电室内环境影响：由于配电室条件有限，与外界没有进行充份隔离，加上室内阴凉，导致室内外温差大，外界湿空气进入配电室后，高湿度空气中的水份遇到较冷的水阻柜外壁并冷凝成水珠附着于水阻柜外壁上；
3、水阻柜自身设计影响：由于水阻柜设计上存在缺陷，在机组正常运行过程中，水阻柜虽然不带负荷，但带了正常的电压。在环境湿度大，水阻柜外壁冷凝结水的情况下，柜壁的电阻值大大降低，导致水阻柜在带电电压的影响下，对外界支架产生静电击穿，形成微小的电火花。
最终在各种条件的影响下，水阻柜被电火花点燃，导致了险肇事故的发生。
下图为被烧去的水阻柜一角：

 
四、临时处置措施
事故发生后，制氧厂部为防止事故的再次发生，紧急采取了一系列的防治措施，具体包括：
1、组织维修人员对所有高压水阻柜进行自查，对所有放电点进行绝缘，对所有水阻柜外壁进行清洁，并人工干燥除水；
2、组织相关人员对配电室内环境进行整改，对所有与外界连通的部位进行封堵，对进出的大门进行封闭完善，尽可能杜绝室内外空气的对流，冷少外界湿空气进入；
3、后期采购了两台除湿机组，对室内的环境进行除湿和干燥；
4、制定严格的特护措施，加强操作人员对高压配电室内的点巡检，加强对水阻柜运行过程中的监控。
虽然一系列的处置措施防止了水阻柜放电现象的进一步恶化，但在特定条件下，仍然不能彻底杜绝高压水阻柜放电现象的发生，对设备的长期安全稳定运行仍然存在影响。为彻底解决隐患，厂部最终实施了加装隔离开关的整体改造方案。
 
五、最终整改方案
由于万立制氧机组所配备的水阻柜选用的是热变型水电阻，电机主线路如（下图改造前）所示。其工作原理为当电机起动时，运行柜合闸，水阻柜与电机串联运行，电机开始起动，负荷电流通过水阻柜。当电机起动完成后，全压柜合闸，水阻柜与全压柜并联运行，电机进入正常运行状态，此时负荷电流从全压柜通过，水阻柜带电不带负荷。
所以由图可知：要消除隐患，主要问题在于解决水阻柜运行过程中带电压的问题。针对这一问题，经过多方平衡和论证以后，选定了改造方案，即：在现有线路基础上，在水阻柜进线和出线端各加一套隔离开关。如（下图改造后）所示，当电机起动完成后，分开两套隔离开关，使水阻柜不带电。
 
六、整改实施过程
整个改造施工过程相对简单，唯一需要协调的是正常生产与施工所产生的冲突。2017年，我厂利用“万立空分轮流停机特护”的有利时机，积极推进此次整改施工工作的进度，顺利完成了所有高压水阻柜加装隔离开关的工作。附（整改后效果图）
1)整改前准备
   a、挖电缆沟，改造接电缆需通过电缆沟敷设。
   b、订购高压柜，两套隔离开关装在高压柜内，实行上下分装隔离。
c、准备材料备件，包括高压电缆、高压隔离板、铜线头、热缩管、螺栓、高压柜底座等。
2)整改实施
a、高压柜定位，根据整改方案，根据现有线路合理定位，使原有高压电缆都能合理使用。
b、敷设电缆，新增隔离开关到水阻柜电缆。
c、电缆接线，将电缆校好相序，做好色标及电缆头，将电缆接好。
d、做电气试验，检查新装高压柜及电缆绝缘、耐压等是否合格。
e、操作规程修改，新增隔离开关操作，在开机前先送水阻柜隔离开关，机组起动完成后断开隔离开关。
3)试车
 a、电机空载试车检查，电缆连接是否正确，新增隔离开关分合动作是否到位，电机联轴器是否拆除。
b、开机，现场确认电机运行方向，如反向立即停车，如方向正确电机运行15分钟后停机。
截止2017年7月份，我厂万立制氧机5套水阻柜改造后一次试车成功。
 
七、整改效果
1、整改后，隔离开关分断使水阻柜正常运行中不带电，最终从根本上排除了设备隐患。
2、通过加装隔离开关以后，大大改善了万立空分所有压缩机组的运行安全稳定性，对运行环境的苛刻要求也得到了缓解。
3、提高了设备掌控能力，整改后，为维修人员对水阻柜等设备的定检、检修了创造了更好的条件。
   
结束语
    工业用供电设备，随着使用年限的增加，设备老化导致的绝缘性能下降是行业存在的共性问题，如何正确维护供电设备、检查和排除供电隐患，将是我们长久不懈努力的方向和工作目标。