諧波測試法在煤礦提升機罐籠振動故障診斷中的應用

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在提升和下放過程中，當罐籠速度為2.5～4m/s時出現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電控系統的諧波進行現場測試，根據測量結果分析電控系統諧波是提升機罐籠在運行過程中產生振動的根源，為全面分析煤礦提升系統罐籠振動的故障診斷提供了比較簡便的解決方法。

關鍵詞：副立井罐籠；變頻器；測試方法；諧波；故障診斷 文獻標識碼：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

紅慶梁煤礦位于內蒙古自治區鄂爾多斯市達拉特旗境內，屬于新建礦井，是國家發展改革委員會批復的“內蒙古自治區鄂爾多斯塔然高勒礦區總體規劃”中的5個井田之一，該井田規劃面積140.76平方公里，礦井煤炭總資源量為131255萬噸。礦井生產能力設計為6Mt/a，抗震烈度最大為7度，服務年限96年。副井2016年4月開始運行，擔負全礦矸石與人員、材料和大件設備等的升降任務。副立井大罐籠提升系統在調試運行初期出現下列情況：在提升和下放過程中，當罐籠速度約為2.5～4m/s時大罐籠會出現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行狀況，對副井（電控系統）10kV配電室和變頻器室內進行現場測試，分析變頻器對副井提升機電動機的影響以及變頻器對電網的影響。

1 測量方案

研究確定主要測試內容為副井提升機10kV配電室的I段進線、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。測試依據標準為《電能質量公用電網諧波》（GB/T 14549-93），測試儀器選用HIOKI3196電能質量測試儀、TEKTRONIX示波器、CWT 30B羅氏線圈、HVP-15HF高壓探頭，測試環境為常溫，一般在變電站主控室或開關室內進行。

副井提升機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、準備儀器電源、測試儀器接線、分點測試、數據記錄、數據處理分析，給出測試報告。

2.1 測試點接線法

2.1.1 I段進線測試接線。I段進線測試接線如圖2所示：

將供電系統的A、B、C三相交流電壓的PT二次側，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，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，其輸入次序應與三相交流電壓的輸入保持對應，并嚴格按A、B、C相序接入。電能質量分析儀的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：

將供電系統的A、B、C三相交流電壓的PT二次側，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，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，其輸入次序應與三相交流電壓的輸入保持對應，并嚴格按A、B、C相序接入。電能質量分析儀的GND端子接地。

2.1.3 變頻器輸入側測試接線。變頻器輸入側測試接線如圖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。示波器應可靠接地。

2.1.4 變頻器輸出側測試接線。變頻器輸出側測試接線如圖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等典型的速度進行測試，其中2.8m時振動最為劇烈，應重點測試。

2.3 測試安全措施

安全措施：工作票，按照變電所的要求，進行測試前開工作票。監護、測試過程中應有一名技術人員陪同，配合進行測試中需要的相應的操作。

測試注意事項如下：

極性：接入電能質量分析儀的電壓通道和電流通道的端子的順序應分別與三相交流電的A、B、C的相序一致。接入電能質量分析儀的各相電壓通道和電流通道的極性應一致。

接地：電能質量分析儀的接地端子應可靠接地。

變比：注意設置記錄各個測試點的PT和CT的變比。

接線：PT二次側不能短路，CT二次側不能開路。

2.4 測試儀器選擇

本次測試采用HIOKI3196電能質量測試儀器。儀器可用于24小時在線連續監測及短期現場查看具體電能質量情況。測試時采用連續記錄與超標事件記錄兩種方式，連續記錄時間間隔為1秒，事件記錄采用閥值觸發方式。

3 測量結果

3.1 測試結果

3.2 測試結論

由現場測試數據可知，罐籠在2m/s、2.8m/s、5m/s速度時，變頻器輸入側、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重，開關頻率次的諧波最為嚴重。

副井變電所進線一、整流柜、勵磁柜諧波電壓畸變率超標，電壓總畸變率超標（超出國標值為4.00%）；諧波電流超標，其中，進線一第29次諧波電流過大，且29次諧波電流值保持恒定，不隨負荷的變化而變化。當關掉變頻器，29次諧波電流消失，電網電壓波形得到明顯改善。通過調整變頻器運行對29次諧波進行抑制，罐籠震動現象消失。

4 結語

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

參考文獻

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[4] 中華人民共和國國家技術監督局.電能質量公用電網

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

（責任編輯：秦遜玉）