諧波測試法在煤礦提升機(jī)罐籠振動故障診斷中的應(yīng)用

王丹蕾　孫彥景　李德臣

摘要：紅慶梁煤礦副立井大罐籠提升系統(tǒng)在提升和下放過程中，當(dāng)罐籠速度為2.5～4m/s時出現(xiàn)聲音較大的異響和振動。為了查明原因，對紅慶梁煤礦提升機(jī)電控系統(tǒng)的諧波進(jìn)行現(xiàn)場測試，根據(jù)測量結(jié)果分析電控系統(tǒng)諧波是提升機(jī)罐籠在運(yùn)行過程中產(chǎn)生振動的根源，為全面分析煤礦提升系統(tǒng)罐籠振動的故障診斷提供了比較簡便的解決方法。

關(guān)鍵詞：副立井罐籠；變頻器；測試方法；諧波；故障診斷 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TD53 文章編號：1009-2374（2017）01-0155-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.075

紅慶梁煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市達(dá)拉特旗境內(nèi)，屬于新建礦井，是國家發(fā)展改革委員會批復(fù)的“內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯塔然高勒礦區(qū)總體規(guī)劃”中的5個井田之一，該井田規(guī)劃面積140.76平方公里，礦井煤炭總資源量為131255萬噸。礦井生產(chǎn)能力設(shè)計為6Mt/a，抗震烈度最大為7度，服務(wù)年限96年。副井2016年4月開始運(yùn)行，擔(dān)負(fù)全礦矸石與人員、材料和大件設(shè)備等的升降任務(wù)。副立井大罐籠提升系統(tǒng)在調(diào)試運(yùn)行初期出現(xiàn)下列情況：在提升和下放過程中，當(dāng)罐籠速度約為2.5～4m/s時大罐籠會出現(xiàn)聲音較大的異響和振動。為查明原因和真實全面地掌握變頻器運(yùn)行狀況，對副井（電控系統(tǒng)）10kV配電室和變頻器室內(nèi)進(jìn)行現(xiàn)場測試，分析變頻器對副井提升機(jī)電動機(jī)的影響以及變頻器對電網(wǎng)的影響。

1 測量方案

研究確定主要測試內(nèi)容為副井提升機(jī)10kV配電室的I段進(jìn)線、整流變壓器的輸入，勵磁變壓器的輸入，變頻柜的輸入，變頻柜的輸出。測試依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》（GB/T 14549-93），測試儀器選用HIOKI3196電能質(zhì)量測試儀、TEKTRONIX示波器、CWT 30B羅氏線圈、HVP-15HF高壓探頭，測試環(huán)境為常溫，一般在變電站主控室或開關(guān)室內(nèi)進(jìn)行。

副井提升機(jī)10kV配電室的諧波測試點布置示意如圖1，圖中“●”位置為測試點。諧波測試內(nèi)容：電壓總諧波畸變率UTHD、各次諧波電壓Uh、各次諧波電流Ih。

2 測量方法

諧波測量方法采用測試點測試接線法。

測試步驟為確定測試點、溝通測試方法、準(zhǔn)備儀器電源、測試儀器接線、分點測試、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理分析，給出測試報告。

2.1 測試點接線法

2.1.1 I段進(jìn)線測試接線。I段進(jìn)線測試接線如圖2所示：

將供電系統(tǒng)的A、B、C三相交流電壓的PT二次側(cè)，分別接入到本測試分析儀交流的電壓輸入通道端子4、5、6中。將A、B、C三相交流電流的CT二次側(cè)，分別通過鉗型電流互感器接入到本測試分析儀的交流電流輸入通道端子1、2、3中，其輸入次序應(yīng)與三相交流電壓的輸入保持對應(yīng)，并嚴(yán)格按A、B、C相序接入。電能質(zhì)量分析儀的GND端子接地。

2.1.2 整流變壓器測試點測試接線。整流變壓器測試點測試接線如圖3所示：

將供電系統(tǒng)的A、B、C三相交流電壓的PT二次側(cè)，分別接入到本測試分析儀交流的電壓輸入通道端子1、2、3中。將A、B、C三相交流電流的CT二次側(cè)，分別通過鉗型電流互感器接入到本測試分析儀的交流電流輸入通道端子4、5、6中，其輸入次序應(yīng)與三相交流電壓的輸入保持對應(yīng)，并嚴(yán)格按A、B、C相序接入。電能質(zhì)量分析儀的GND端子接地。

2.1.3 變頻器輸入側(cè)測試接線。變頻器輸入側(cè)測試接線如圖4所示：

采用1000/1的高壓衰減探頭接入示波器，探頭的另一端接地，測量電壓波形。采用1A/1mV的羅氏線圈接入示波器，測量電流波形。示波器應(yīng)可靠接地。

2.1.4 變頻器輸出側(cè)測試接線。變頻器輸出側(cè)測試接線如圖5所示：

采用1000/1的高壓衰減探頭接入示波器，探頭的另一端接地，測量電壓波形。采用1A/1mV的羅氏線圈接入示波器，測量電流波形。示波器應(yīng)可靠接地。

2.2 罐籠在不同提升速度的振動測試

測試時間：為一個副井提升機(jī)的工作周期。對罐籠的提升速度分別為2m/s、2.8m/s、5m/s等典型的速度進(jìn)行測試，其中2.8m時振動最為劇烈，應(yīng)重點測試。

2.3 測試安全措施

安全措施：工作票，按照變電所的要求，進(jìn)行測試前開工作票。監(jiān)護(hù)、測試過程中應(yīng)有一名技術(shù)人員陪同，配合進(jìn)行測試中需要的相應(yīng)的操作。

測試注意事項如下：

極性：接入電能質(zhì)量分析儀的電壓通道和電流通道的端子的順序應(yīng)分別與三相交流電的A、B、C的相序一致。接入電能質(zhì)量分析儀的各相電壓通道和電流通道的極性應(yīng)一致。

接地：電能質(zhì)量分析儀的接地端子應(yīng)可靠接地。

變比：注意設(shè)置記錄各個測試點的PT和CT的變比。

接線：PT二次側(cè)不能短路，CT二次側(cè)不能開路。

2.4 測試儀器選擇

本次測試采用HIOKI3196電能質(zhì)量測試儀器。儀器可用于24小時在線連續(xù)監(jiān)測及短期現(xiàn)場查看具體電能質(zhì)量情況。測試時采用連續(xù)記錄與超標(biāo)事件記錄兩種方式，連續(xù)記錄時間間隔為1秒，事件記錄采用閥值觸發(fā)方式。

3 測量結(jié)果

3.1 測試結(jié)果

3.2 測試結(jié)論

由現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)可知，罐籠在2m/s、2.8m/s、5m/s速度時，變頻器輸入側(cè)、輸出測的電壓波形為PWM波；變頻器輸出的電流波形紋波較嚴(yán)重，開關(guān)頻率次的諧波最為嚴(yán)重。

副井變電所進(jìn)線一、整流柜、勵磁柜諧波電壓畸變率超標(biāo)，電壓總畸變率超標(biāo)（超出國標(biāo)值為4.00%）；諧波電流超標(biāo)，其中，進(jìn)線一第29次諧波電流過大，且29次諧波電流值保持恒定，不隨負(fù)荷的變化而變化。當(dāng)關(guān)掉變頻器，29次諧波電流消失，電網(wǎng)電壓波形得到明顯改善。通過調(diào)整變頻器運(yùn)行對29次諧波進(jìn)行抑制，罐籠震動現(xiàn)象消失。

4 結(jié)語

通過對紅慶梁煤礦副井10kV配電室和變頻器諧波的現(xiàn)場測試，采用諧波測試法能夠快速有效得出故障診斷結(jié)論，便于全面掌握煤礦提升系統(tǒng)運(yùn)行狀況，為提升系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行提供了寶貴經(jīng)驗，具有廣泛的借鑒與推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：王丹蕾（1993-），女，江蘇徐州人，中國礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院工程碩士，研究方向：故障診斷。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）