井下水泵電氣故障分析在點檢管理中的應用

張建偉

（攀鋼攀枝花鐵礦，四川攀枝花 617000）

0 引言

設備點檢是設備管理的一項重要內容，也是一項基礎性工作。攀鋼礦業公司攀枝花鐵礦尖山采場由露天轉為地下開采后，分別在膠帶斜井安裝了4 套水泵機組，將井下涌水排向地面，再經過污水站凈化處理送到地面，用于尖山露天復綠灌溉和蘭山采場防塵灑水。井下設備除了具有機電設備的共性外，還具有井下作業的特殊性。針對這兩方面因素，點檢員應結合井下設備運行特點，在點檢過程中做好故障統計，完成數據積累。這些數據對于點檢員準確掌握設備技術狀態和劣化趨勢，及時采取對策，延長設備壽命，確保企業安全正常生產，具有十分重要的參考作用。

1 階段故障統計

如圖1 所示，井下水泵機組與底座分離，通過聯軸器將多級離心泵和電機聯接，基本組成還包括電纜、控制柜和變壓器等設施。攀鋼礦業公司逐步推行點檢定修后，由于點檢員對檢定修的內涵理解不深，尤其對地采設備的性能還沒完全摸清，井下水泵的點檢標準制定，在參照通用技術標準的同時，把檢修故障頻次作為關注重點，做好運行狀態、日常隱患及主要故障記錄，對檢修故障進行統計。通過歸納分析提出改善措施，以避免重復故障反復出現，杜絕設備事故發生。

圖1 井下水泵機組簡圖

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行統計，計算出各種故障所占比例（表1）。

表1 井下排水泵故障原因統計（頻次）

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

對比推行點檢定修前3 a 井下水泵機組電氣故障的統計數據，可以看到，電氣部分電機故障和電纜故障所占比例始終較高，且井下水泵電機故障主要是電機繞組故障和電機軸承故障。占比分布見表2。

表2 井下排水泵電氣故障統計

2 統計數據分析

2.1 電機繞組故障

實際運行中，絕大多數電機故障是因為電機繞組匝間短路、相間短路或對地擊穿引起的，電機解體后反映出的故障現象見表3。

井下電機受材料性能、制造工藝控制、運行安裝環境等綜合因素影響,絕緣材料很容易老化和擊穿，分析其產生的原因，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溫度的升高而降低。

（2）控制系統的保護整定調整不合理，在電機出現單相或堵轉時絕緣層承受大電流沖擊，因而發生過熱燒毀。

表3 電機繞組故障統計

（3）搬運施工過程中，由于儲存、碰撞、敲擊等產生機械損傷造成擊穿強度降低。

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

（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，電機內部進水，導致絕緣層被擊穿。

（7）因水位下降、進水口卡堵等原因供水量不足，導致散熱條件變差，擊穿強度下降。

（8）老舊型號電機能耗過高，發熱較大。

2.2 電機軸承故障

電機運行時，經常有軸承過熱現象發生，需要及時判明原因，采取有效措施進行處理，防止電機進一步損壞。電機軸承故障統計見表4。

表4 電機軸承故障統計

軸承發熱是異步電動機最常見的故障現象，經常造成潤滑脂稀釋滲漏，甚至損壞軸承。分析電機軸承過熱的原因主要包括：

（1）潤滑脂在井下久存變質，或者有灰塵、異物等雜質混入。

（2）日常操作維護不規范，導致電機軸承運行中缺油干摩。

（3）選用了不適合井下高溫、重負荷、長時間運行環境的潤滑脂。

（4）運行中的電機軸承損壞，造成軸承過熱。

（5）機組底座變形，導致中心不正引起軸向竄動，軸承敲擊或軸承受擠壓。

（6）因電機軸與離心泵軸不同心，軸向或徑向負載過大等。

2.3 動力電纜故障

電纜故障主要有外力損傷、絕緣濕度、化學腐蝕、長期過負荷運行、電纜接頭故障、溫度和環境等。電纜故障多表現在不同部位的燒損。其分布見表5。

表5 電纜故障統計

電纜故障集中體現在動力電纜上，且故障比例較高。分析其產生的原因主要包括：

（1）受井下腐蝕性介質的長期侵蝕，造成保護套損壞，絕緣層老化加速。

（2）井下高溫潮濕，導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，出現絕緣層損壞而過早失效。

（4）電路控制出現故障、保護整定值參數變化，使電纜長時間承受大電流發生過熱，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，機械牽引拉電纜時，使電纜表面出現小孔或裂紋。

（6）地面沉降引起的張力過大，中間接頭或導線斷裂。

3 故障分析在點檢管理中的應用

3.1 參照原因分析調整崗位點檢內容

全員參加設備管理體現在點檢工作中，就是把設備管理人員、生產操作人員和檢修作業人員有機地組織起來，構筑成5層防護體系，延長設備使用壽命。參照故障原因分析，對經常出現的重復性故障進行梳理，將一般性故障的檢查添加到崗位點檢內容，崗位操作人員隨時觀察并根據現場實際進行處理。地采礦山井下高溫是造成電機繞組、軸承、電纜惡化的關鍵因素，如果僅靠點檢員的周期性檢查，上下井爬一趟就需要2 h，及時性更難保證。為此，專門給崗位點檢增加了測溫內容，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，激發崗位人員管好設備的使命感，保證井下水泵電機穩定運行。

3.2 參照原因分析調整設備維護保養項目

設備的維護保養包括日常維護、定期保養以及潤滑冷卻等內容，是設備維護的基礎工作。參照故障原因分析，可以通過清掃、潤滑、調整等方式對設備進行維護保養，使設備達到整潔、堅固、安全等完好標準。以前，井下水泵電氣清潔的重點在設備的外觀清掃擦拭、控制盤內線路的清洗，針對動力電纜故障率較高的問題，又擴展到電纜外觀、接頭等部位，同時根據運行情況對斷相和短路保護進行調整。井下環境溫度明顯高于外界，電機運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。出現這種情況，大多數是潤滑不到位造成，但也不排除注油過勤，潤滑脂填充量過多，使軸承摩擦轉矩增大而發熱。考慮井下環境密閉，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 參照原因分析調整維修作業標準

維修作業標準作為點檢定修“四大標準”之一，對作業方法、作業順序、技術要點及危險源辨識等項目進行了具體規范。但定了標準后，有時卻做不到，這就需要不斷改進、調整維修作業標準。因此，參照故障原因分析，可以不斷優化維修資源配置，規范維修作業人員的維修行為和作業要求，提高維修質量和效率，增強維修人員分析判斷和處理故障的能力。對于出現故障概率高的重要電氣部位，在檢修規程中要進行明確。為保持電氣部件的初始參數，盡量在定修時將水泵機組運到井外廠房檢修。由于需動用卷揚、吊車等設備，工作量大，維修前必須按照分析確定的定修周期編制設備定期計劃。一般將定修周期細化到月，以逐步減少事后維修工時，增加預防維修工時，通過作業標準化降低修復時間。

3.4 參照原因分析調整備件庫存管理

科學合理地儲備備品備件，能有效提高維修質量、減少停修時間，保證設備安全、經濟運行。庫存管理是一項專業而復雜的工作，需要隨時進行動態分析統計，摸清消耗規律，既合理儲備又不能出現積壓。參照故障原因分析，可以提前做好預判，在滿足安全生產需要的前提下，確定儲備品種、形式和定額，提高備品備件利用率。電機或電纜絕緣結構發生擊穿，往往是電、熱、放電及機械振動等多種原因綜合作用的結果，特殊使用環境中，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，針對井下工作環境復雜、惡劣的特點，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。電機長期不間斷運轉，溫度過高的原因很多，其中電機型號老舊，效率低能耗高也是不可忽略的原因，結合電機淘汰目錄，淘汰原Y2-315M-2 型電機，新增YE2-315M-2 型電機，防止運行狀況的惡化。

4 結語

井下排水泵是保證地采安全作業、尤其是防止雨季大水淹井的關鍵設備。為保證井下排水泵始終處于良好狀態，點檢員在點檢定修推進過程中，堅持收集數據并進行分析，及時掌握水泵運行狀態，發現存在的問題，找出點檢工作的差距，合理安排檢修項目和檢修周期，設備的缺陷、故障能及時得到處理，生產影響時間明顯降低。設備維修已由“事后維修”向“事前預防”轉變，防止了生產設備的意外損壞，節省了維修成本和其他相關費用，確保排水設備安全可靠運行。