井下水泵電氣故障分析在點(diǎn)檢管理中的應(yīng)用

張建偉

（攀鋼攀枝花鐵礦，四川攀枝花 617000）

0 引言

設(shè)備點(diǎn)檢是設(shè)備管理的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是一項(xiàng)基礎(chǔ)性工作。攀鋼礦業(yè)公司攀枝花鐵礦尖山采場由露天轉(zhuǎn)為地下開采后，分別在膠帶斜井安裝了4 套水泵機(jī)組，將井下涌水排向地面，再經(jīng)過污水站凈化處理送到地面，用于尖山露天復(fù)綠灌溉和蘭山采場防塵灑水。井下設(shè)備除了具有機(jī)電設(shè)備的共性外，還具有井下作業(yè)的特殊性。針對這兩方面因素，點(diǎn)檢員應(yīng)結(jié)合井下設(shè)備運(yùn)行特點(diǎn)，在點(diǎn)檢過程中做好故障統(tǒng)計(jì)，完成數(shù)據(jù)積累。這些數(shù)據(jù)對于點(diǎn)檢員準(zhǔn)確掌握設(shè)備技術(shù)狀態(tài)和劣化趨勢，及時采取對策，延長設(shè)備壽命，確保企業(yè)安全正常生產(chǎn)，具有十分重要的參考作用。

1 階段故障統(tǒng)計(jì)

如圖1 所示，井下水泵機(jī)組與底座分離，通過聯(lián)軸器將多級離心泵和電機(jī)聯(lián)接，基本組成還包括電纜、控制柜和變壓器等設(shè)施。攀鋼礦業(yè)公司逐步推行點(diǎn)檢定修后，由于點(diǎn)檢員對檢定修的內(nèi)涵理解不深，尤其對地采設(shè)備的性能還沒完全摸清，井下水泵的點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)制定，在參照通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的同時，把檢修故障頻次作為關(guān)注重點(diǎn)，做好運(yùn)行狀態(tài)、日常隱患及主要故障記錄，對檢修故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。通過歸納分析提出改善措施，以避免重復(fù)故障反復(fù)出現(xiàn)，杜絕設(shè)備事故發(fā)生。

以2015 年7 月至2017 年12 月為時間段，對井下排水泵故障分類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出各種故障所占比例（表1）。

圖1 井下水泵機(jī)組簡圖

表1 井下排水泵故障原因統(tǒng)計(jì)（頻次）

從表1 可以看出，總故障數(shù)中機(jī)械故障占49.69%，電氣故障占50.31%。電氣故障超過一半，其中電機(jī)故障占總故障數(shù)的26.85%，電纜故障占總故障數(shù)的18.98%，說明電氣故障中，對井下水泵影響最大的是電機(jī)，其次是電纜。

對比推行點(diǎn)檢定修前3 a 井下水泵機(jī)組電氣故障的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，可以看到，電氣部分電機(jī)故障和電纜故障所占比例始終較高，且井下水泵電機(jī)故障主要是電機(jī)繞組故障和電機(jī)軸承故障。占比分布見表2。

表2 井下排水泵電氣故障統(tǒng)計(jì)

2 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析

2.1 電機(jī)繞組故障

實(shí)際運(yùn)行中，絕大多數(shù)電機(jī)故障是因?yàn)殡姍C(jī)繞組匝間短路、相間短路或?qū)Φ負(fù)舸┮鸬模姍C(jī)解體后反映出的故障現(xiàn)象見表3。

井下電機(jī)受材料性能、制造工藝控制、運(yùn)行安裝環(huán)境等綜合因素影響,絕緣材料很容易老化和擊穿，分析其產(chǎn)生的原因，主要包括：

（1）一般情況下,井下溫度隨井深的增加而升高，井下空間密閉溫度較高，絕緣材料的絕緣等級選擇如果沒有達(dá)到要求，將加速絕緣材料的老化，擊穿電壓也會跟隨周圍介質(zhì)溫度的升高而降低。

（2）控制系統(tǒng)的保護(hù)整定調(diào)整不合理，在電機(jī)出現(xiàn)單相或堵轉(zhuǎn)時絕緣層承受大電流沖擊，因而發(fā)生過熱燒毀。

表3 電機(jī)繞組故障統(tǒng)計(jì)

（3）搬運(yùn)施工過程中，由于儲存、碰撞、敲擊等產(chǎn)生機(jī)械損傷造成擊穿強(qiáng)度降低。

（4）電機(jī)接線處等部位受到水泵運(yùn)行的強(qiáng)烈振動，對絕緣強(qiáng)度和擊穿強(qiáng)度造成影響。

（5）長期處于含濕熱空氣、腐蝕氣體的井下，加速了絕緣材料的老化。

（6）因密封失效，水管漏水噴濺，電機(jī)內(nèi)部進(jìn)水，導(dǎo)致絕緣層被擊穿。

（7）因水位下降、進(jìn)水口卡堵等原因供水量不足，導(dǎo)致散熱條件變差，擊穿強(qiáng)度下降。

（8）老舊型號電機(jī)能耗過高，發(fā)熱較大。

2.2 電機(jī)軸承故障

電機(jī)運(yùn)行時，經(jīng)常有軸承過熱現(xiàn)象發(fā)生，需要及時判明原因，采取有效措施進(jìn)行處理，防止電機(jī)進(jìn)一步損壞。電機(jī)軸承故障統(tǒng)計(jì)見表4。

軸承發(fā)熱是異步電動機(jī)最常見的故障現(xiàn)象，經(jīng)常造成潤滑脂稀釋滲漏，甚至損壞軸承。分析電機(jī)軸承過熱的原因主要包括：

（1）潤滑脂在井下久存變質(zhì)，或者有灰塵、異物等雜質(zhì)混入。

（2）日常操作維護(hù)不規(guī)范，導(dǎo)致電機(jī)軸承運(yùn)行中缺油干摩。

（3）選用了不適合井下高溫、重負(fù)荷、長時間運(yùn)行環(huán)境的潤滑脂。

（4）運(yùn)行中的電機(jī)軸承損壞，造成軸承過熱。

（5）機(jī)組底座變形，導(dǎo)致中心不正引起軸向竄動，軸承敲擊或軸承受擠壓。

（6）因電機(jī)軸與離心泵軸不同心，軸向或徑向負(fù)載過大等。

表4 電機(jī)軸承故障統(tǒng)計(jì)

2.3 動力電纜故障

電纜故障主要有外力損傷、絕緣濕度、化學(xué)腐蝕、長期過負(fù)荷運(yùn)行、電纜接頭故障、溫度和環(huán)境等。電纜故障多表現(xiàn)在不同部位的燒損。其分布見表5。

電纜故障集中體現(xiàn)在動力電纜上，且故障比例較高。分析其產(chǎn)生的原因主要包括：

（1）受井下腐蝕性介質(zhì)的長期侵蝕，造成保護(hù)套損壞，絕緣層老化加速。

（2）井下高溫潮濕，導(dǎo)致水泵電纜絕緣材料失效。

（3）電纜由于振動引起的碰撞、擠壓、彎曲等因素，出現(xiàn)絕緣層損壞而過早失效。

（4）電路控制出現(xiàn)故障、保護(hù)整定值參數(shù)變化，使電纜長時間承受大電流發(fā)生過熱，加速絕緣塑料老化乃至被擊穿。

（5）安裝過程中意外擦傷電纜，機(jī)械牽引拉電纜時，使電纜表面出現(xiàn)小孔或裂紋。

表5 電纜故障統(tǒng)計(jì)

（6）地面沉降引起的張力過大，中間接頭或?qū)Ь€斷裂。

3 故障分析在點(diǎn)檢管理中的應(yīng)用

3.1 參照原因分析調(diào)整崗位點(diǎn)檢內(nèi)容

全員參加設(shè)備管理體現(xiàn)在點(diǎn)檢工作中，就是把設(shè)備管理人員、生產(chǎn)操作人員和檢修作業(yè)人員有機(jī)地組織起來，構(gòu)筑成5層防護(hù)體系，延長設(shè)備使用壽命。參照故障原因分析，對經(jīng)常出現(xiàn)的重復(fù)性故障進(jìn)行梳理，將一般性故障的檢查添加到崗位點(diǎn)檢內(nèi)容，崗位操作人員隨時觀察并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行處理。地采礦山井下高溫是造成電機(jī)繞組、軸承、電纜惡化的關(guān)鍵因素，如果僅靠點(diǎn)檢員的周期性檢查，上下井爬一趟就需要2 h，及時性更難保證。為此，專門給崗位點(diǎn)檢增加了測溫內(nèi)容，為操作人員配備手持式紅外測溫儀，在提高操作人員崗位技能的同時，激發(fā)崗位人員管好設(shè)備的使命感，保證井下水泵電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 參照原因分析調(diào)整設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)項(xiàng)目

設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)包括日常維護(hù)、定期保養(yǎng)以及潤滑冷卻等內(nèi)容，是設(shè)備維護(hù)的基礎(chǔ)工作。參照故障原因分析，可以通過清掃、潤滑、調(diào)整等方式對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，使設(shè)備達(dá)到整潔、堅(jiān)固、安全等完好標(biāo)準(zhǔn)。以前，井下水泵電氣清潔的重點(diǎn)在設(shè)備的外觀清掃擦拭、控制盤內(nèi)線路的清洗，針對動力電纜故障率較高的問題，又?jǐn)U展到電纜外觀、接頭等部位，同時根據(jù)運(yùn)行情況對斷相和短路保護(hù)進(jìn)行調(diào)整。井下環(huán)境溫度明顯高于外界，電機(jī)運(yùn)行時軸承最高允許溫度為95 ℃，軸承溫度過高，如果處理不及時將燒壞軸承。出現(xiàn)這種情況，大多數(shù)是潤滑不到位造成，但也不排除注油過勤，潤滑脂填充量過多，使軸承摩擦轉(zhuǎn)矩增大而發(fā)熱。考慮井下環(huán)境密閉，減少每次的潤滑脂用量，增加潤滑頻次，并重新選用藍(lán)色耐高溫鋰基潤滑脂，替換通用2#鋰基潤滑脂。

3.3 參照原因分析調(diào)整維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為點(diǎn)檢定修“四大標(biāo)準(zhǔn)”之一，對作業(yè)方法、作業(yè)順序、技術(shù)要點(diǎn)及危險源辨識等項(xiàng)目進(jìn)行了具體規(guī)范。但定了標(biāo)準(zhǔn)后，有時卻做不到，這就需要不斷改進(jìn)、調(diào)整維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，參照故障原因分析，可以不斷優(yōu)化維修資源配置，規(guī)范維修作業(yè)人員的維修行為和作業(yè)要求，提高維修質(zhì)量和效率，增強(qiáng)維修人員分析判斷和處理故障的能力。對于出現(xiàn)故障概率高的重要電氣部位，在檢修規(guī)程中要進(jìn)行明確。為保持電氣部件的初始參數(shù)，盡量在定修時將水泵機(jī)組運(yùn)到井外廠房檢修。由于需動用卷揚(yáng)、吊車等設(shè)備，工作量大，維修前必須按照分析確定的定修周期編制設(shè)備定期計(jì)劃。一般將定修周期細(xì)化到月，以逐步減少事后維修工時，增加預(yù)防維修工時，通過作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化降低修復(fù)時間。

3.4 參照原因分析調(diào)整備件庫存管理

科學(xué)合理地儲備備品備件，能有效提高維修質(zhì)量、減少停修時間，保證設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。庫存管理是一項(xiàng)專業(yè)而復(fù)雜的工作，需要隨時進(jìn)行動態(tài)分析統(tǒng)計(jì)，摸清消耗規(guī)律，既合理儲備又不能出現(xiàn)積壓。參照故障原因分析，可以提前做好預(yù)判，在滿足安全生產(chǎn)需要的前提下，確定儲備品種、形式和定額，提高備品備件利用率。電機(jī)或電纜絕緣結(jié)構(gòu)發(fā)生擊穿，往往是電、熱、放電及機(jī)械振動等多種原因綜合作用的結(jié)果，特殊使用環(huán)境中，絕緣材料的選型特別苛刻，不僅要考慮絕緣材料的耐熱等級，還要選擇合適的耐壓等級，針對井下工作環(huán)境復(fù)雜、惡劣的特點(diǎn)，重新選用高等級的0.6/1 kV 電纜，對原有450/750 V 電纜作降庫處理。電機(jī)長期不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)，溫度過高的原因很多，其中電機(jī)型號老舊，效率低能耗高也是不可忽略的原因，結(jié)合電機(jī)淘汰目錄，淘汰原Y2-315M-2 型電機(jī)，新增YE2-315M-2 型電機(jī)，防止運(yùn)行狀況的惡化。

4 結(jié)語

井下排水泵是保證地采安全作業(yè)、尤其是防止雨季大水淹井的關(guān)鍵設(shè)備。為保證井下排水泵始終處于良好狀態(tài)，點(diǎn)檢員在點(diǎn)檢定修推進(jìn)過程中，堅(jiān)持收集數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，及時掌握水泵運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)存在的問題，找出點(diǎn)檢工作的差距，合理安排檢修項(xiàng)目和檢修周期，設(shè)備的缺陷、故障能及時得到處理，生產(chǎn)影響時間明顯降低。設(shè)備維修已由“事后維修”向“事前預(yù)防”轉(zhuǎn)變，防止了生產(chǎn)設(shè)備的意外損壞，節(jié)省了維修成本和其他相關(guān)費(fèi)用，確保排水設(shè)備安全可靠運(yùn)行。