【摘 要】本文針對立井提升中高壓電動機故障多發(fā)的實際情況,通過多方面、多層次、多因素的分析電機故障產(chǎn)生的原因進行闡述。結合現(xiàn)場實際情況有針對性的采取簡單有效的方式、方法進行問題解決,取得了較好的應用效果,值得我們工程技術人員在其它行業(yè)領域探討和借鑒。
【關鍵詞】提升機電動機;故障多發(fā);原因分析與處理
0 引言
某礦立井提升設備為洛陽礦山機械廠制造的JKM2.8×4/Ⅱ型多繩摩擦絞車,目前配套電機為800KW×2,繞線式三相異步八級電動機。該提升設備于1980年9月28日建成投產(chǎn),設計年產(chǎn)量90萬t/a,當時主井主電機功率為630KW×2,16小時工作制。1987年后開始改擴建,將主電機功率更換為800KW×2,同時減速機進行了改造,速比降為11.5,提升能力由原來的90萬t/a提升為150萬t/a。隨著產(chǎn)能的增加主井電機長時間處于滿負荷運轉狀態(tài),逐漸表現(xiàn)出了其性能弱點,設備故障率較高。
1 主電機故障原因分析
1.1 初步原因分析
主井電機故障頻發(fā),多為并聯(lián)套開焊、轉子引出線燒斷、星點連線燒斷等故障,并聯(lián)套開焊較為容易發(fā)現(xiàn),可根據(jù)現(xiàn)場掉錫情況進行判斷,處理也相對比較簡單,影響時間較短。而其它兩種情況,都發(fā)生在絕緣內(nèi)部,多為突然發(fā)生,平時巡檢時無法觀察到,而利用測溫儀也無法進行實時監(jiān)測,發(fā)生故障時處理方法比較復雜,工藝要求較高,需要對引出線等進行現(xiàn)場焊接或更換,一般影響時間較長,這些都嚴重影響了主井的正常生產(chǎn)。綜合以上現(xiàn)象,歸根結底,電機的各種故障都是因為溫度過高所致。
電動機正常運行過程中,存在著損耗,主要有鐵損、銅損和機械損耗。這些損耗最終將轉變?yōu)闊幔闺姍C溫度升高。電動機正常運行時,其溫升是不會超過溫升限值的。只有電機在故障或處于電氣隱患狀態(tài)下,才會過熱,電機過熱會縮短電機使用壽命。
根據(jù)計算公式:Q=I2×R×∫t,電流的平方與對應電阻乘積,為電機銅損,而鐵損一般是固定不變的,銅損和鐵損共同構成電機的主要損耗。由公式可以看出,電機的發(fā)熱量與電流的平方,繞線內(nèi)阻及運行時間等都成正比,當電流增大時,電機的銅損增加最快,即電機溫升加劇,其能量在電機的制造工藝水平的最薄弱處。從而造成電機的并列套燒損、引線燒斷等現(xiàn)象。
1.2 電機故障主要原因分析
結合現(xiàn)場設備條件和使用情況等因素,主井電機故障主要原因有以下幾個方面:
(1)現(xiàn)用電機為非標準電機,B級絕緣,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,電機外型按630KW電機制造,其體積較小,定子繞組及轉子鐵心為了達到相應的額定電壓與電流,又必須按800KW電機標準,因此,該電機內(nèi)部結構設計緊湊,通風不良,造成了散熱不符合要求。溫度會隨著電機的持續(xù)運行而不斷上升,直至超過其所能承受的能力。
(2)負荷加大后,啟動電流增加,一般三相異步電機的啟動電流為額定電流的6~7倍,重載時會更大,從以上公式可知,較大的電流使得電機溫升迅速,從而導致燒斷、開焊等故障。2004年改造后,增加了提升負荷,由原來的每斗9T增加到每斗9.5T至現(xiàn)在的每斗10T,造成電機啟動時間加長、全速運行時電流增大,這對電動機的安全運行是非常不利的。
(3)啟動頻繁,休止時間不足,大型電動機因頻繁啟動,可加速溫升,使電機發(fā)熱持續(xù)時間過長,導致絕緣材料迅速老化,介質損耗增加,發(fā)熱更歷害,嚴重時則導致?lián)舸┒鴵p壞。目前由于提高速度及縮短卸載時間等因素,每小時最多可提42斗,一個圓班下來,最多時競提到了900斗,甚至更多,除了每天正常的2個小時檢修時間外,其它時間幾乎都處于滿負荷工作狀態(tài),電機休止時間很小,使得電機經(jīng)常由于過載提升而造成局部過熱,輕微時表現(xiàn)為并聯(lián)套開焊,嚴重時則造成引出線等突然燒斷。
(4)電機老化嚴重,該800KW電機自從1987年改造以為,一直使用至今,其絕緣部件及轉子鐵及定子繞組等均有不同程度老化。變頻改造后,尤其加劇了其轉子的承載強度,由于是定子短封,采用轉子送電的方式中壓變頻調(diào)速。該方法使得轉子長時間處于高壓高頻大電流狀態(tài),使轉子繞組溫度迅速升高,易在最薄弱的環(huán)節(jié)發(fā)生故障,即轉子引出線的薄弱處燒斷。
(5)電源電壓過高也是影響電機使用壽命的原因之一。主井6KV電壓一般可達6.3~6.4KV,當電源電壓過高時,電動機反電動勢、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,導致鐵心過熱。而磁通增加,又致使勵磁電流分量急劇增加,造成定子繞組銅損增大,使繞組過熱。因此,電源電壓超過電動機的額定電壓時,會使電動機過熱,嚴重時則導致燒斷故障。
2 解決方案提出與實際工作驗證
如果想要改善這種局面,建議從以下幾個方面給予解決:
(1)更換符合國家標準的800KW電動機,由于當前電動機的特殊情況及其工作制式等不適合現(xiàn)有的工作強度,只有更換為標準800KW電動機,使電機動的體積滿足散熱條件,才能有效緩解電機頻繁故障的現(xiàn)象。
(2)減少負載,即減少每斗提升量,可有效減小電機啟動電流,減少大電流沖擊,從而控制電機溫升,減少絕緣破壞,減少故障發(fā)生。
(3)降低提升頻率,增加電機休止時間,即延長卸載時間或增加每班電機的停止時間,使電機溫升在一定范圍內(nèi),然后再進行提升工作。
(4)更換新電機,按照現(xiàn)有位置及基礎定制新電機,增強制作工藝,增加所用材料絕緣等級(F級),提高電機抗大電流頻繁啟動的能力。
(5)有效控制電網(wǎng)電壓,使之保持在國家規(guī)定的數(shù)值范圍內(nèi),以保證電機的正常工作。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功補償裝置。
綜合以上分析,采用(1)和(2)兩種方案是被動的防護方式。其余三種方案即符合現(xiàn)場實際,也很容易做到。所以,實際采用和落實了(3)(4)和(5)三種方案。應用效果比較明顯。
3 結束語
在現(xiàn)場設備的使用中,受到各種不利因素和條件的限制,不能全部更新所有設備。但是,可以通過多方面、多層次的分析,不斷地總結經(jīng)驗,解決現(xiàn)有問題,使設備達到最佳的狀態(tài),適應生產(chǎn)的需求。其目的和意義非常重大??梢栽诟嗟念I域和行業(yè)應用。值得工程技術人員研究與探討。
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