摘要：潜水泵的安全稳定运行是煤矿安全高效生产的重要保障，本文通过对其保护装置的改造提高产品稳定性。
关键词：保护;潜水泵;传感器
概述：潜水泵是煤矿排水系统中不可或缺的设备之一。在煤矿的实际生产过程中，大量使用着潜水泵，潜水泵工作性能的好坏直接影响着煤矿的安全生产。潜水泵的核心部件是潜水电机，由于潜水电机在水下工作，工作环境异常复杂，使其较容易发生过热，过流，过载，缺相，渗水，漏水等故障。这些因素都有可能导致电机烧毁。当潜水泵在井下发生故障时，井下的特殊工作环境给潜水泵的维护带来许多困难。为此，我们对常用的BQW25/40-5.5型潜水泵的保护装置进行了改造，以期提高潜水泵的稳定性。
1 BQW25/40-5.5型潜水泵常见的主要故障：
1.1 潜水泵不能启动
1）通电后电泵不能正常抽水，且无启动声响，说明电机电路不通；
2）通电后虽有启动声响，但不出水，说明绕组有电流通过，但不能转动。这种情况可能有以下几种原因：缺相运行，即电缆线、开关线或定子绕组有一相不通；电压过低，启动力矩不足，无法启动。
1.2 潜水泵启动后无法出水或出水不连续
1）电机可以正常转动，但无法出水，而且电流波动较大，超过额定值，机组管路有异常振动。这种情况下原因可能是过流管路被堵死或扬水管路折断。
2）电机可以正常转动，但出水不连续。原因可能是水位在电泵进水口附近，进水口不能完全浸没水中，有时可以浸入水中有时不能浸入水中，形成间断出水。
3）电机正常转动但出水量很小，原因可能是；过流部分局部堵塞或者电压过低。
（3） 潜水泵出水后突然中断，电机停转。这种情况很有可能是电机的定子绕组烧毁。主要原因有：绕组绝缘层逐渐老化、失效；两相运行或制动；电压过低或电源线过长，电压降太大；电缆线绝缘性不好；机械部分存在静摩擦，造成定子电流突增，烧坏绕组；频繁开停机导致电机过热而导致绕组烧坏；脱水运行时间超过规定值；
（4）运行不正常或振动。电动机和泵体内的轴承严重磨损，使轴套和轴承之间的间隙较大，或者过负荷轴变弯曲等。
综合上述故障分析可以看出，BQW型潜水泵的主要故障多半原因是电动机的定子绕组被烧毁，电机是整个设备稳定的关键。为了保障电机的正常运行，应当添加相应的保护装置。综合考虑后，决定对潜水电机的三相电流、三相定子线圈的温度，以及电机腔内的液位进行添加传感器改造。
2 传感器的选择
2.1 温度传感器的选择
BQW型潜水泵的温度检测考虑测量对象为金属铜丝，受电磁场干扰，长期浸泡在水中，环境恶劣且最终需要将温度信号转换成数字信号。
通过对比热电式传感器、半导体传感器，红外测温仪，最终选用铂电阻PT100作为温度传感器。根据铂电阻的电阻值和温度之间的关系：
Rt=R0(1+At+Bt2)
式中Rt——t℃时电阻值；
R0—0℃时电阻值；
A=3.9687×10-3℃-1；
B=-5.4×10-7℃-2。
可知，当在0℃时电阻值为100Ω，100℃时阻值为138.5Ω。
在连接过程中采用工业过程中最常用的三线制接线方式，减小铂电阻与测量仪表间连接导线因环境温度变化所引起的测量误差。
2.2 电流传感器的选择
在对比电流互感型电流传感器及磁平衡式霍尔电流传感器后，考虑霍尔电流传感器既可以检测交流也可以检测直流，可代替互感器和分流器，综合考虑本次选用磁平衡式霍尔电流传感器。
其主要性能参数有：电源电压15V；输入0~30A的交流电流，输出0~5V直流电压：线性度优于0.12％；精度小于0.5A；动态性能好，响应时间小于10μs；过载能力强；可靠性高。其工作原理图如图1.
图1 磁平衡式霍尔电流传感器测量电路示意图
2.3 液位传感器的选择
潜水泵工作时，为了散热电机腔内充满水，由于机械磨损、制造工艺等方面的原因，会出现电机腔内的水向外渗漏的现象。为了防止此类故障的发生，需采用合适的液位开关对电机腔内的渗漏情况进行监控。目前市面上的液位开关主要有浮子式和电极式两种，由于受到电机腔安装空间和温度的限制，选用了一体化电极式液位开关。
该液位开关为电极式表面镀膜液位开关，分上下两极，中间通过采用特种塑料制作的绝缘介质隔开，顶部有螺纹，可以方便地将其固定在电机腔的上端。从液位开关顶部引出两根信号线，通过液位开关内部分别与A,B两个电极连接。当AB中只有一极浸入水中时上下两极断开，当两极都浸入水中而且上下两极间水电阻在51K以下时，在外加电压的作用下AB两极间将通过水导电而导通。
正常工作时，液位开关完全浸入水中，当发生渗漏时，腔内水位下降，当水位下降到A面以下时，A，B两极因脱水而断开，引起接口电路输出开关信号的改变。
三种传感器的安装在实际安装中务必注意利用原有传感器接口进行组装，并且注意绝缘防水处理，否则极易引起泵的漏电等故障。另外在入水口添加一个粗过滤装置避免异物伤害泵体内部结构。
3 结语
通过以上保护装置的改造，配合厂方的系统故障诊断方案，成功的对温度、电流、液位进行了在线监控、实时数据建档，定期对数据进行分析，直观的检查运营状态，实现了提早发现设备异常情况，分析设备故障原因，并初步实现了预测预报设备未来状态，提高了设备的稳定性和可靠性，目前改造设备的使用故障率明显下降。
参考文献：
1、赵燕. 分布式水泵综合参数测量与控制系统[D]. 合肥工业大学大学硕士学位论文，2005
2、姚福强，李世光，李晓梅. 煤矿主排水泵计算机远程监控系统设计[J]. 煤矿机电，2004(2)
论文作者:段超
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：电机论文; 潜水泵论文; 绕组论文; 液位论文; 霍尔论文; 传感器论文; 定子论文; 《电力设备》2019年第5期论文;