立井提升電動(dòng)機(jī)故障多發(fā)的原因分析及處理

耿步平　吳洪春　張玉超　盧宏

【摘 要】本文針對(duì)立井提升中高壓電動(dòng)機(jī)故障多發(fā)的實(shí)際情況，通過(guò)多方面、多層次、多因素的分析電機(jī)故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行闡述。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況有針對(duì)性的采取簡(jiǎn)單有效的方式、方法進(jìn)行問(wèn)題解決，取得了較好的應(yīng)用效果，值得我們工程技術(shù)人員在其它行業(yè)領(lǐng)域探討和借鑒。

【關(guān)鍵詞】提升機(jī)電動(dòng)機(jī)；故障多發(fā)；原因分析與處理

0.引言

某礦立井提升設(shè)備為洛陽(yáng)礦山機(jī)械廠制造的JKM2.8×4（Ⅱ）型多繩摩擦絞車，目前配套電機(jī)為800KW×2，繞線式三相異步八級(jí)電動(dòng)機(jī)。該礦提升機(jī)為三八制作業(yè)，每天停產(chǎn)檢修時(shí)間為兩小時(shí)。

該礦立井提升設(shè)備于1980年7月安裝，1980年9月28日建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量90萬(wàn)t/a，當(dāng)時(shí)主井主電機(jī)功率為630KW×2，16小時(shí)工作制。1987年后開(kāi)始改擴(kuò)建，將主電機(jī)功率更換為800KW×2。但是在這次改造中，由于原電機(jī)基礎(chǔ)及安裝空間有限，新電機(jī)外型和尺寸參數(shù)必須按照原630KW電機(jī)制造，但是定、轉(zhuǎn)子仍按800KW繞制，造成空間緊湊，散熱不符合標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)減速機(jī)進(jìn)行了改造，將速比降為11.5，速度由原來(lái)的 6.8米/秒增加至9.6米/秒，提升速度快了，提升能力也由原來(lái)的90萬(wàn)t/a，提升為150 萬(wàn)t/a，無(wú)形中加大了電機(jī)的載荷。而從1998年至今根據(jù)實(shí)際產(chǎn)量每年的提升能力都有不同程度的增加，年產(chǎn)量一度達(dá)到了220萬(wàn)t/a，最高時(shí)達(dá)到240萬(wàn)t/a，實(shí)際上不斷增加了主井電機(jī)的工作時(shí)間，造成電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，因此，主電機(jī)逐漸表現(xiàn)出了其性能弱點(diǎn)，即并聯(lián)套經(jīng)常開(kāi)焊。

1.主電機(jī)故障原因分析

1.1初步原因分析

在主井一系列的改造過(guò)程中，主電機(jī)并未做任何改動(dòng)，仍是1987年初次改造后的800KW×2電機(jī)，電機(jī)一直工作在連續(xù)滿負(fù)荷狀態(tài)，因此，從2004年開(kāi)始，主井電機(jī)故障頻發(fā)，多為并聯(lián)套開(kāi)焊、轉(zhuǎn)子引出線燒斷、星點(diǎn)連線燒斷等故障，并聯(lián)套開(kāi)焊較為容易發(fā)現(xiàn)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)掉錫情況進(jìn)行判斷，處理也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，影響時(shí)間較短。而其它兩種情況，都發(fā)生在絕緣內(nèi)部，多為突然發(fā)生，平時(shí)巡檢時(shí)無(wú)法觀察到，而利用測(cè)溫儀也無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)生故障時(shí)處理方法比較復(fù)雜，工藝要求較高，需要對(duì)引出線等進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接或更換，一般影響時(shí)間較長(zhǎng)，這些都嚴(yán)重影響了主井的正常生產(chǎn)。綜合以上現(xiàn)象，歸根結(jié)底，電機(jī)的各種故障都是因?yàn)闇囟冗^(guò)高所致。

1.2電機(jī)故障主要原因分析

為此，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行了匯總分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備條件和使用等諸多因素，共同認(rèn)為其主要原因有以下幾個(gè)方面：

（1）現(xiàn)用電機(jī)為非標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，B級(jí)絕緣，雖然額定電壓、電流都符合提升容量要求，但是其熱穩(wěn)定性得不到保障，為了保證安裝要求，電機(jī)外型按630KW電機(jī)制造，其體積較小，定子繞組及轉(zhuǎn)子鐵心為了達(dá)到相應(yīng)的額定電壓與電流，又必須按800KW電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，因此，該電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，通風(fēng)不良，造成了散熱不符合要求。所謂電機(jī)的熱穩(wěn)定性，即指電機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后，溫度不再上升，而是保持在一個(gè)基本不變的值，如果電機(jī)因?yàn)橹圃焐系脑?，?dǎo)致通風(fēng)不良，而使之達(dá)不到熱穩(wěn)定狀態(tài)，溫度會(huì)隨著電機(jī)的繼續(xù)運(yùn)行而不斷上升，直至超過(guò)其所能承受的能力。即使測(cè)量到電機(jī)溫度為60℃，但是由于電機(jī)內(nèi)部高溫得不到及時(shí)散熱，估計(jì)繞組內(nèi)部溫度應(yīng)高達(dá)絕緣的最高允許溫度。

（2）負(fù)荷加大后，啟動(dòng)電流增加，一般三相異步電機(jī)的啟動(dòng)電流為額定電流的6～7倍，重載時(shí)會(huì)更大，從以上公式可知，較大的電流使得電機(jī)溫升迅速，從而導(dǎo)致燒斷、開(kāi)焊等故障。2004年改造后，增加了提升負(fù)荷，由原來(lái)的每斗9T增加到每斗9.5T至現(xiàn)在的每斗10T，造成電機(jī)啟動(dòng)時(shí)間加長(zhǎng)、全速運(yùn)行時(shí)電流增大，這對(duì)電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行是非常不利的。

（3）啟動(dòng)頻繁，休止時(shí)間不足，大型電動(dòng)機(jī)因頻繁啟動(dòng)，可加速溫升，使電機(jī)發(fā)熱持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致絕緣材料迅速老化，介質(zhì)損耗增加，發(fā)熱更歷害，嚴(yán)重時(shí)則導(dǎo)致?lián)舸┒鴵p壞。

（4）電機(jī)老化嚴(yán)重，該800KW電機(jī)自從1987年改造以為，一直使用至今，直到2009年新購(gòu)進(jìn)一臺(tái)非標(biāo)800KW電機(jī)，老電機(jī)已工作二十多年，其絕緣部件及轉(zhuǎn)子鐵及定子繞組等均有不同程度老化。近幾年雖經(jīng)多次大修，但是都未能從根本上解決問(wèn)題。并且，變頻改造后，尤其加劇了其轉(zhuǎn)子的承載強(qiáng)度，按照老的調(diào)速方式，轉(zhuǎn)子在全速運(yùn)行后電流很小，而改造后，由于是定子短封，采用轉(zhuǎn)子送電的方式中壓變頻調(diào)速。該方法使得轉(zhuǎn)子長(zhǎng)時(shí)間處于高壓高頻大電流狀態(tài)，從而加快了轉(zhuǎn)子的溫升速度，使轉(zhuǎn)子繞組溫度迅速升高，也就會(huì)在最薄弱的環(huán)節(jié)發(fā)生故障，即轉(zhuǎn)子引出線的薄弱處燒斷。

（5）另外，電源電壓過(guò)高也是影響電機(jī)使用壽命的原因之一。我礦主井6KV電壓一般可達(dá)6.3～6.4KV，當(dāng)電源電壓過(guò)高時(shí)，電動(dòng)機(jī)反電動(dòng)勢(shì)、磁通及磁通密度均隨之增大。由于鐵損耗的大小與磁通密度平方成正比，則鐵損耗增加，導(dǎo)致鐵心過(guò)熱。而磁通增加，又致使勵(lì)磁電流分量急劇增加，造成定子繞組銅損增大，使繞組過(guò)熱。因此，電源電壓超過(guò)電動(dòng)機(jī)的額定電壓時(shí)，會(huì)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)則導(dǎo)致燒斷故障。

2.解決方案提出與實(shí)際工作驗(yàn)證

如果想要改善這種局面，建議從以下幾個(gè)方面給予解決：

（1）更換符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的800KW電動(dòng)機(jī)，由于當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的特殊情況及其工作制式等不適合現(xiàn)有的工作強(qiáng)度，只有更換為標(biāo)準(zhǔn)800KW電動(dòng)機(jī)，使電機(jī)動(dòng)的體積滿足散熱條件，才能有效緩解電機(jī)頻繁故障的現(xiàn)象。但是由于安裝空間的局限性，這一方案無(wú)法具體執(zhí)行。在實(shí)際工作中，運(yùn)轉(zhuǎn)隊(duì)采用了設(shè)置風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷的方法。在天氣環(huán)境溫度較高時(shí)效果比較明顯。

（2）減少負(fù)載，即減少每斗提升量，可有效減小電機(jī)啟動(dòng)電流，減少大電流沖擊，從而控制電機(jī)溫升，減少絕緣破壞，減少故障發(fā)生。理論上可行，但是實(shí)際中沒(méi)有應(yīng)用。在實(shí)際工作中，運(yùn)轉(zhuǎn)隊(duì)采用了電氣人員和司機(jī)加大檢查力度和密度的辦法。主動(dòng)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的各類問(wèn)題故障，做好搶修準(zhǔn)備。確保電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)行。

（3）降低提升頻率，增加電機(jī)休止時(shí)間，即延長(zhǎng)卸載時(shí)間或增加每班電機(jī)的停止時(shí)間，使電機(jī)溫升在一定范圍內(nèi)，然后再進(jìn)行提升工作。

（4）更換新電機(jī)，按照現(xiàn)有位置及基礎(chǔ)定制新電機(jī)，增強(qiáng)制作工藝，增加所用材料絕緣等級(jí)（F級(jí)），提高電機(jī)抗大電流頻繁啟動(dòng)的能力。計(jì)劃新進(jìn)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)已經(jīng)到貨，使用中進(jìn)行了小小的適應(yīng)性改動(dòng)，目前比原電動(dòng)機(jī)使用效果理想。

（5）有效控制電網(wǎng)電壓，使之保持在國(guó)家規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi)，以保證電機(jī)的正常工作。由于使用變頻控制，所以在電控中增加有源濾波裝置和靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜合以上分析，采用（1）和（2）兩種方案是被動(dòng)的防護(hù)方式。其余三種方案即符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，也很容易做到。所以，我們已經(jīng)采用了執(zhí)行了（3）（4）和（5）三種方案。效果比較明顯。

在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的使用中，我們受到各種不利因素和條件的限制，不能全部更新所有設(shè)備。但是，我們可以通過(guò)多方面、多層次、多因素的分析，不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，解決現(xiàn)有問(wèn)題，使我們的設(shè)備達(dá)到最佳的狀態(tài)，適應(yīng)生產(chǎn)的需求。其目的和意義非常重大?？梢栽诟嗟念I(lǐng)域和行業(yè)應(yīng)用。值得工程技術(shù)人員研究與探討。 [科]

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