水電站大提升高度高速電梯運(yùn)行故障分析

石教銳，劉文忠，董萬(wàn)里，包唐偉，張兆禮

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002）

0 引言

大提升高度高速電梯廣泛應(yīng)用于水電站電力生產(chǎn)核心區(qū)域和大壩壩體內(nèi)泄洪設(shè)施區(qū)域，用于檢修維護(hù)人員的交通通行、設(shè)備和工具運(yùn)輸；其不僅提升速度快，一般在4 m/s 以上，提升高度也達(dá)幾百米。由于井道狹長(zhǎng)，受季節(jié)性溫差影響，煙囪效應(yīng)[1，2]明顯，極易形成風(fēng)壓，增大廳門(mén)運(yùn)行阻力。雖然通過(guò)增大自閉力彈簧張力可以臨時(shí)解決，但同時(shí)也給轎廂門(mén)機(jī)帶來(lái)額外負(fù)荷，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)大大降低轎廂門(mén)機(jī)和自閉力彈簧使用壽命。與此同時(shí)，煙囪效應(yīng)造成空氣流通加速，電梯電氣設(shè)備容易積灰，特別是頻繁通斷的接觸器，觸點(diǎn)接觸電阻因積灰增大，易打火花損壞；在空氣潮濕的環(huán)境中，潮氣導(dǎo)致灰塵變成泥，引發(fā)電氣系統(tǒng)短路而發(fā)生故障，而其他偶發(fā)性故障也接踵而至。此外，電梯供電采用雙電源備自投自動(dòng)切換裝置，外部電源的不穩(wěn)定會(huì)造成電梯頻繁重啟，容易造成死機(jī)，對(duì)電氣設(shè)備沖擊較大。針對(duì)這些問(wèn)題，本文根據(jù)實(shí)際維護(hù)經(jīng)驗(yàn)詳細(xì)介紹各個(gè)問(wèn)題解決措施，切實(shí)提高大提升高度高速電梯運(yùn)行穩(wěn)定和安全性。

1 季節(jié)性風(fēng)壓引起的電梯運(yùn)行故障及解決措施

1.1 季節(jié)性風(fēng)壓形成原因

煙囪效應(yīng)是井道內(nèi)外溫差形成的熱壓及室外風(fēng)壓共同作用的結(jié)果，通常以前者為主，而熱壓值與井道內(nèi)外溫差產(chǎn)生的空氣密度差及進(jìn)排風(fēng)口的高度差成正比。這說(shuō)明，井道內(nèi)溫度與井道外溫度溫差越大，井道越長(zhǎng)，煙囪效應(yīng)也越明顯，見(jiàn)圖1。電梯井道由于煙囪效應(yīng)，空氣會(huì)沿著井道的空間向上流動(dòng)，造成井道內(nèi)和電梯廳外的氣壓差，從而導(dǎo)致電梯廳門(mén)處的空氣對(duì)流加強(qiáng)，產(chǎn)生廳門(mén)無(wú)法關(guān)閉和噪音的問(wèn)題。

圖1 煙囪效應(yīng)原理力圖

高速電梯井一般高約200 m 多，在夏季，電梯井道內(nèi)溫度比外界空氣溫度低，根據(jù)熱對(duì)流原理，熱空氣推著冷空氣運(yùn)動(dòng)，造成空氣向下運(yùn)動(dòng)的煙囪效應(yīng)，電梯底樓廳門(mén)運(yùn)行阻力變大；相反，在冬季，電梯井道內(nèi)溫度比外界空氣溫度高，易形成空氣向上運(yùn)動(dòng)的煙囪效應(yīng)，造成頂樓廳門(mén)運(yùn)行阻力變大。所以受季節(jié)性?xún)?nèi)外溫差影響，井道風(fēng)壓具有明確的方向性，且溫差越大時(shí)，風(fēng)壓越大，電梯廳門(mén)運(yùn)行故障越多，而在春秋季節(jié)，井道內(nèi)外溫差較小，電梯廳門(mén)運(yùn)行幾乎不受影響。

與此同時(shí)，電梯在獨(dú)立的井道中高速運(yùn)行，使得電梯井道容易出現(xiàn)“活塞效應(yīng)”[3-5]，即在電梯上升時(shí)轎廂上方的空氣被壓縮而快速形成高壓，而轎廂下方則快速形成負(fù)壓；在電梯下降時(shí)轎廂下方的空氣被壓縮而快速形成高壓，而轎廂上方則快速形成負(fù)壓。這樣上下風(fēng)壓不平衡的“活塞效應(yīng)”的存在則會(huì)造成電梯轎廂內(nèi)及電梯廳門(mén)位置的氣流噪聲較大，從而影響電梯使用的舒適性。

1.2 解決措施

根據(jù)維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，曾選取受季節(jié)性風(fēng)壓影響最大的一臺(tái)電梯進(jìn)行了頂樓廳門(mén)開(kāi)鑿?fù)L(fēng)孔試驗(yàn)，結(jié)果表明廳門(mén)運(yùn)行故障明顯減小，故通過(guò)“引流”可在很大程度減小風(fēng)壓對(duì)廳門(mén)的作用力。具體到某一臺(tái)電梯要解決類(lèi)似問(wèn)題，對(duì)開(kāi)鑿?fù)L(fēng)孔的尺寸、位置的選擇還需經(jīng)專(zhuān)業(yè)人士進(jìn)行計(jì)算和論證。

由于井道屬于全封閉狀態(tài)，溫差造成空氣垂直運(yùn)動(dòng)，而廳門(mén)開(kāi)啟頻繁，一旦廳門(mén)開(kāi)啟，運(yùn)動(dòng)空氣全部向廳門(mén)擠出，給廳門(mén)造成瞬間巨大壓力，加上轎廂的高速位移，很大程度也會(huì)加劇空氣的運(yùn)動(dòng)，所以在頂樓開(kāi)鑿?fù)L(fēng)孔可降低冬季帶來(lái)的向上廳門(mén)風(fēng)壓。相反，在夏季，利用電梯井底坑鏤空安全門(mén)可降低夏季帶來(lái)的向下廳門(mén)風(fēng)壓。

以某高度為260 m 的電梯為例，以6 m/s 速度在運(yùn)行方向同位上行→下行時(shí)，不同季節(jié)下開(kāi)設(shè)通風(fēng)孔前后門(mén)廳的最大瞬時(shí)壓差測(cè)量數(shù)據(jù)如表1與圖2 所示。所以，通過(guò)打通井道上下通風(fēng)孔，增加空氣固定通道流通，有助于減小廳門(mén)風(fēng)壓阻力。同時(shí)，為滿(mǎn)足消防火勢(shì)蔓延功能，可在通風(fēng)孔設(shè)置消防聯(lián)動(dòng)自動(dòng)關(guān)閉式百葉窗。

表1 不同條件下某電梯門(mén)廳最大瞬時(shí)壓差

圖2 不同條件下某電梯門(mén)廳最大瞬時(shí)壓差

風(fēng)壓?jiǎn)栴}始終是大提升高速電梯的癥結(jié)，除了通過(guò)改變風(fēng)速的流向，還可以通過(guò)改變電梯廳門(mén)的受力結(jié)構(gòu)來(lái)解決。

無(wú)風(fēng)壓狀態(tài)，廳門(mén)主要依靠底部滾輪承受自重，當(dāng)井道風(fēng)壓對(duì)門(mén)板產(chǎn)生作用力時(shí)，廳門(mén)與門(mén)框之間間隙變小、甚至直接接觸，發(fā)生滑動(dòng)摩擦，這是造成電梯廳門(mén)運(yùn)行阻力增大的直接原因。所以，為減小廳門(mén)運(yùn)行阻力，可在廳門(mén)上下端安裝側(cè)向支撐滾輪，風(fēng)壓作用下，側(cè)向支撐滾輪將廳門(mén)的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，以達(dá)到減小廳門(mén)運(yùn)行阻力的目的。

2 灰塵、潮氣引起的電梯運(yùn)行故障及解決措施

2.1 灰塵、潮氣對(duì)電梯的影響

灰塵、潮氣對(duì)電梯金屬結(jié)構(gòu)和電氣設(shè)備的侵蝕，會(huì)大大降低電梯的使用壽命，日積月累，故障頻發(fā)。尤其是電梯底坑，在有滲漏積水的環(huán)境下，導(dǎo)軌、緩沖器、固定螺栓等結(jié)構(gòu)性部件易銹蝕而引發(fā)電梯故障；現(xiàn)場(chǎng)因施工及裝修等因素，加上季節(jié)性煙囪效應(yīng)，風(fēng)壓使得灰塵快速進(jìn)入電梯電氣系統(tǒng)，在空氣潮濕的環(huán)境中導(dǎo)致灰塵變成泥，引發(fā)電氣系統(tǒng)短路而發(fā)生故障，而其他偶發(fā)性故障也接踵而至。

2.2 解決措施

將電梯井道滲漏水引流至電梯底坑，用開(kāi)挖排水溝的形式將滲漏水排走；對(duì)受影響的部件進(jìn)行定期維護(hù)，比如除銹、防腐、銹蝕嚴(yán)重的部件及時(shí)更換，或更換成耐腐蝕、抗水性較好的材料。

灰塵對(duì)電氣設(shè)備影響較大，可以從灰塵來(lái)源進(jìn)行分析，規(guī)范施工流程，做好施工灰塵較大項(xiàng)目的隔離工作，其次是封堵機(jī)房、電控系統(tǒng)柜子孔洞，柜門(mén)增加密封條等等，既可防止老鼠、蟑螂進(jìn)入電控柜，還可以保障電控系統(tǒng)的清潔。

3 外部電源引起的電梯運(yùn)行故障及解決措施

3.1 外部供電電源

外部電源的穩(wěn)定性和運(yùn)行規(guī)律對(duì)運(yùn)行中的高速電梯死機(jī)概率有直接的影響[6]，高速電梯一般設(shè)置有雙電源切換裝置，簡(jiǎn)稱(chēng)備自投，見(jiàn)圖3。備自投參數(shù)的設(shè)置與供電電源運(yùn)行規(guī)律的相互作用，直接影響電梯的故障率，下面以某水電站高速梯為例進(jìn)行詳細(xì)剖析：

圖3 雙電源切換裝置（備自投）

備自投一般有“自投自復(fù)”、“互為備用”兩種工作模式，延時(shí)時(shí)間可調(diào)，參數(shù)設(shè)置與外界電源特性不匹配容易造成電梯供電頻繁通斷，死機(jī)概率增大。大部分備自投初始默認(rèn)為“自投自復(fù)”工作模式，也就是主電源斷電，備自投延時(shí)后自動(dòng)切換至備用電源，如果主電源斷電時(shí)間很短，備自投剛切換至備用電源又馬上切回主電源，則電梯會(huì)出現(xiàn)兩次供電通斷，外部主電源在短時(shí)間內(nèi)多次通斷，則電梯供電通斷次數(shù)會(huì)隨著外部電源通斷的次數(shù)加倍。根據(jù)電力行業(yè)送電特點(diǎn)，為有效減小線(xiàn)路上工作人員觸電風(fēng)險(xiǎn)，線(xiàn)路送電均會(huì)短暫送電后斷電，最后再次送電。如此，備自投設(shè)置不當(dāng)，電梯故障率明顯增大。

3.2 解決措施

將備自投工作模式設(shè)置為“互為備用”，也就是主電源斷電后，備自投自動(dòng)切換至備用電源，主電源無(wú)論是否來(lái)電，備自投均不再進(jìn)行自動(dòng)切回主電源操作，以達(dá)到減少電梯頻繁重啟的目的。另外，通過(guò)修改電梯主板參數(shù)，讓電梯來(lái)電延時(shí)啟動(dòng)，也可以有效達(dá)到電梯頻繁重啟，降低電梯死機(jī)概率，保障電梯穩(wěn)定運(yùn)行。

4 外界溫差引起的電梯故障及解決措施

4.1 外界溫差對(duì)電梯的影響

電梯主機(jī)、電控設(shè)備受溫度影響較大，特別是夏季，外界高溫天氣會(huì)直接造成電梯機(jī)房電控設(shè)備散熱不良，電梯出現(xiàn)頻繁死機(jī)，主機(jī)軸承磨損加劇，結(jié)構(gòu)部件熱脹冷縮，這些都會(huì)加快電梯的老化，故障頻發(fā)。

4.2 解決措施

在電梯機(jī)房里安裝空調(diào)是最直接、有效的方法，可以維持機(jī)房?jī)?nèi)溫度恒定。還可以根據(jù)電梯運(yùn)行規(guī)律設(shè)置休眠、停機(jī)，以減小電梯運(yùn)行產(chǎn)生的熱量，另外，在電梯機(jī)房安裝窗簾，防止夏季太陽(yáng)直射，在很大程度上也可以減小電梯的過(guò)熱。

5 預(yù)防性維護(hù)方法

（1）根據(jù)環(huán)境灰塵量的多少，定期對(duì)電控系統(tǒng)進(jìn)行灰塵清理，以保持電控系統(tǒng)的干凈整潔。

（2）根據(jù)電梯運(yùn)行規(guī)律統(tǒng)計(jì)出易損壞元器件，預(yù)估電梯特定環(huán)境電氣元件使用壽命，定期對(duì)易損元器件進(jìn)行更換，如頻繁通斷的接觸器、經(jīng)常運(yùn)行的樓層廳門(mén)自閉力彈簧、運(yùn)行頻率較高的電梯隨行電纜等等。

（3）定期對(duì)電梯鋼絲繩進(jìn)行清洗、檢查，發(fā)現(xiàn)接近報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)的鋼絲繩及時(shí)更換。

（4）制定電梯月度、季度、年度維護(hù)計(jì)劃，重點(diǎn)對(duì)電梯抱閘、限速器、平衡系數(shù)、結(jié)構(gòu)性部件進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，把缺陷消除在萌芽狀態(tài)。

（5）安裝遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，電梯一旦發(fā)生故障或困人，電梯狀態(tài)信息第一時(shí)間推送至維護(hù)人員設(shè)備終端，以便維護(hù)人員第一時(shí)間了解設(shè)備情況，有利于在最短的時(shí)間內(nèi)排查故障和應(yīng)急救援。

6 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)多年維護(hù)經(jīng)驗(yàn)列舉了一些運(yùn)行故障原因和降低故障率的方法，后續(xù)根據(jù)電梯運(yùn)行環(huán)境的變化隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整和更新策略，可為類(lèi)似電梯維護(hù)保養(yǎng)提供借鑒和參考。