高溫高濕環境下起重機械電氣故障分析及預防

李 榮，鄭可勇

（山東電力建設第三工程有限公司，山東 青島 266100）

1 電氣系統的環境要求

1.1 起重機械電氣系統的使用環境

對于串級調速、變頻調速、直流調速系統，為提高電氣設備的使用壽命，一般要求避免陽光的直接照射和其他熱輻射，要避免潮濕、粉塵過多或有腐蝕氣體的場所。腐蝕氣體易使電子元件受到腐蝕變質，造成接觸不良或元件間短路，影響設備的正常運行。

1.2 電氣系統對電源質量的要求

為了避免電源波動幅度大（大于±10%）和可能的瞬間干擾信號等影響，精密的電氣一般采用專線供電或增設穩壓裝置等，減少供電質量的影響和電氣干擾。

1.3 印度施工現場環境特點

印度大部分地區位于低維度，屬于熱帶地區。大部分氣候是熱帶季風氣候，氣候特點是全年高溫，降雨集中，且降雨周期長，明顯的分為旱、雨兩季，全年最低氣溫在25℃以上，所以又叫熱帶季雨林。印度供電電源使用的是三相415V四線制，工頻50Hz，對地電壓240V，中國電動機械使用的是三相380V五線制，工頻50Hz、對地電壓220V。印度近年來經濟發展速度較快，電網缺電是常態，電壓波動很大。

2 起重機械電氣系統的配置情況

我公司在印度項目部中，大部分起重機械是購自國內的新設備，生產廠家都是國內起重機械制造技術一流的工廠，為國內各種起重機械的最新電氣控制水平。代表性機械電氣系統配置如表1。

表1 起重機械電氣系統配置

國內采購的門式起重機在工廠發貨前，將配電盤里的電氣控制繼電器等電氣部件，改成220V電壓控制。通過一個輸入415V，輸出220V的變壓器為他們提供控制電源。而其它電氣控制元件和驅動電機保持不變，這樣既解決了電源電壓匹配問題，又節省了全部電氣元件更換成滿足印度電壓部件的費用，滿足了正常使用的要求。

3 印度項目起重機械電氣系統故障分析

3.1 電網電壓的異常波動

工地初期外網電源緊缺時常停電，就采用發電機供電，電網電壓極不穩，機械電氣就容易發生故障，如40t塔機在使用發電機供電期間，每臺吊車施耐德PLC電源模塊大約4～6個月就燒壞一個，直流24V電源約5～6個月燒壞一個，施耐德回轉變頻器的損壞，有的是壞主板、有的是壞整流管，大約在6～10個月左右壞一次。隨著電廠機組的投產發電，機械開始使用廠用電，電源質量明顯提高，這些故障也逐漸減少。

3.2 機械操作人員的非正常操作

每一種調速方式、每一種操作機構，都不盡相同，都有各自的操作要求，譬如：串電阻調速系統要求操作1、2、3、4、5要順序依次推進，時間不能過快也不能過慢，1、2、3檔屬于過渡擋，不能長時間使用，電液控制操作系統則要求緩慢平穩。曾有一臺40t門式起重機投用時間不久，就出現1～2個月燒壞1個控制變壓器，10天燒壞3～4個中間繼電器的現象。經過故障原因查詢是由于電源總空氣開關一合閘，控制變壓器通電，所有零位中間繼電器就吸合。在構件安裝過程中，就位后一般有較長時間吊車不動，應及時切斷主接觸器，避免部分電器元件長時間通電，尤其是在電源質量較差的環境。

3.3 潮濕和高溫環境對起重機械電氣系統的影響

印度雨季和高溫天氣非常明顯，雨季電機受潮，絕緣阻值達不到使用要求，集成線路板間接接地等故障時有發生。高溫則對質量較差控制電纜造成的老化嚴重，使電纜內部線路產生短路現象，造成的故障數量將難以估算。潮濕和高溫因素導致的電氣系統故障在80%以上。

濕度過高，降低電氣設備的絕緣強度。一方面，濕度過高使空氣的絕緣性能降低，開關設備中很多地方是靠空氣間隙絕緣的。潮濕空氣使設備中的導電金屬、導磁硅鋼片等發生銹蝕，降低接觸導電性能，容易造成設備電氣系統故障。另一方面，空氣中的水分附著在絕緣材料表面，使電氣設備的絕緣電阻減低，特別是使用年限較長的設備，由于內部有積塵吸附水分，潮濕程度更為嚴重，絕緣電阻更低，設備的泄漏電流增加，就容易造成絕緣擊穿，產生事故。實踐表明，當溫度為25～30℃區間，相對濕度為75%～95%時，是最有利于霉菌生長的條件。加上電氣柜、控制柜等為了防止淋雨，一般都設計為密封結構，不利于通風，更為霉菌生產提供了溫床。霉菌中含有大量的水分，使設備的絕緣性能大大降低。對一些多孔的絕緣材料，霉菌根部還能深入到材料內部，造成絕緣擊穿。霉菌的代謝過程中所分泌出的酸性物質與絕緣相互作用，使設備的絕緣性能進一步下降。

環境溫度過高，加上周圍空氣流動性差，使設備的熱量不能及時散開，會導致設備因為過熱而跳閘，甚至燒壞設備。配電箱內的電子產品在高溫下運行就會影響到保護器的穩定性和動作可靠性以及計量的準確性。溫度過高，電接觸兩導體表面會劇烈氧化，接觸電阻明顯增加，造成導體及其附件溫度升高，甚至可能使觸頭發生熔焊。部分由彈簧壓緊的觸頭，在溫度升高后，彈簧壓力降低，電接觸的穩定性變差，容易造成電氣故障。另外，高溫也易使電氣系統中的絕緣材料變脆和老化加快，絕緣性能下降，甚至擊穿。

起重機械主要部件電動機電機的回路包括主電機繞組、電阻箱中串聯電阻、控制箱中的交流接觸器和聯動線路等。由于起重機在正常工作時，電阻箱中的電阻大部分時間均投入運行，因此將產生大量的熱量，從而使電阻組的溫度較高。在外界長期的高溫潮濕環境中，無論是電阻本身還是電阻連接端子均易變質。一方面將改變電阻材質，引起電阻阻質的改變；另一方面可能導致電阻連接端子的斷裂，使得電機轉子或定子的串聯電阻阻值不平衡。與此同時，起重機工作過程中各種交流接觸器的切換頻率特別高，高溫潮濕環境下其觸點很容易損傷、老化，接觸不良，造成部分觸點接觸電阻變大或發生缺相現象，使電機繞阻的串聯電阻阻值不平衡，當起重機重載或長時間工作時就很容易導致電機損壞。

4 預防電氣故障的應對措施

1）安裝前在檢修電氣系統元件的同時，要充分檢查現場供電系統，電源容量、電壓的匹配等條件，要符合機械對電源的最高要求。

2）檢查設備在運輸途中是否存在損壞現象，設備使用的電纜是否能夠適應當地氣候，舊機械要注意電纜的老化程度能否滿足使用要求等，對損壞和無法繼續使用的電氣部件要提前更換。

3）機械在安裝前應對配電盤進行灰塵清掃工作，根據圖紙對配電盤進行線路檢查，電動機進行絕緣測量，對損壞無法繼續使用的電氣部件要立即更換，要求達到完好使用條件。

4）由配電盤通向機械的電纜與接線盒進出口應做好防雨措施，實驗證明用玻璃膠密封效果比較理想。對于裸露在外面的電纜可用塑料布進行包裹，可起到防雨防老化的目的。

5）電氣部分在通電前要對使用電壓進行測量是否達到使用要求，確認電氣接線無誤后，安排專人監護機務部分，逐個機構進行點動通電試運轉。

6）有條件的情況下，配電室及操作室安裝空調和風扇進行溫度和濕度調節。對不便于安裝空調的位置，盡可能采取防護措施，例如定期進行灰塵清理、夜間使用防雨篷布避免凝露、定期通風等。最好是在機械設備采購時，對工廠提出加裝空調和風扇的要求，要求工廠盡可能的將電氣控制元件統一規劃放置于控制柜內，并預留空調接線、安裝的位置，設備在現場安裝時，從當地采購空調安裝即可投用。

7）雨季期間濕度增大，開機前要進行絕緣測試，低絕緣時盡量避免開機?？墒褂么碉L機對控制柜等進行烘干，絕緣達到要求再啟動。

8）日常對配電柜、控制柜等電氣系統進行清理，避免積塵、霉菌衍生。

5 總 結

隨著國內起重機械制造技術的快速進步，電氣系統逐步實現了數字化、自動化，并不斷向更高科技、高穩定性、高安全性和高智能化的方向發展，對自然環境、電源環境的適應性將不斷提高，這一發展趨勢將帶領我國機械設備走向更廣闊的世界市場。本文對特殊自然環境下起重機械電氣系統故障的分析和應對，希望能夠對類似環境下的機械管理團隊起到一定的借鑒作用，使走出去的國產機械設備適應性更強，故障更少，工作效率更高。