水電站大提升高度高速電梯運行故障分析

石教銳，劉文忠，董萬里，包唐偉，張兆禮

（中國長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用于水電站電力生產核心區域和大壩壩體內泄洪設施區域，用于檢修維護人員的交通通行、設備和工具運輸；其不僅提升速度快，一般在4 m/s 以上，提升高度也達幾百米。由于井道狹長，受季節性溫差影響，煙囪效應[1，2]明顯，極易形成風壓，增大廳門運行阻力。雖然通過增大自閉力彈簧張力可以臨時解決，但同時也給轎廂門機帶來額外負荷，長時間運行會大大降低轎廂門機和自閉力彈簧使用壽命。與此同時，煙囪效應造成空氣流通加速，電梯電氣設備容易積灰，特別是頻繁通斷的接觸器，觸點接觸電阻因積灰增大，易打火花損壞；在空氣潮濕的環境中，潮氣導致灰塵變成泥，引發電氣系統短路而發生故障，而其他偶發性故障也接踵而至。此外，電梯供電采用雙電源備自投自動切換裝置，外部電源的不穩定會造成電梯頻繁重啟，容易造成死機，對電氣設備沖擊較大。針對這些問題，本文根據實際維護經驗詳細介紹各個問題解決措施，切實提高大提升高度高速電梯運行穩定和安全性。

1 季節性風壓引起的電梯運行故障及解決措施

1.1 季節性風壓形成原因

煙囪效應是井道內外溫差形成的熱壓及室外風壓共同作用的結果，通常以前者為主，而熱壓值與井道內外溫差產生的空氣密度差及進排風口的高度差成正比。這說明，井道內溫度與井道外溫度溫差越大，井道越長，煙囪效應也越明顯，見圖1。電梯井道由于煙囪效應，空氣會沿著井道的空間向上流動，造成井道內和電梯廳外的氣壓差，從而導致電梯廳門處的空氣對流加強，產生廳門無法關閉和噪音的問題。

圖1 煙囪效應原理力圖

高速電梯井一般高約200 m 多，在夏季，電梯井道內溫度比外界空氣溫度低，根據熱對流原理，熱空氣推著冷空氣運動，造成空氣向下運動的煙囪效應，電梯底樓廳門運行阻力變大；相反，在冬季，電梯井道內溫度比外界空氣溫度高，易形成空氣向上運動的煙囪效應，造成頂樓廳門運行阻力變大。所以受季節性內外溫差影響，井道風壓具有明確的方向性，且溫差越大時，風壓越大，電梯廳門運行故障越多，而在春秋季節，井道內外溫差較小，電梯廳門運行幾乎不受影響。

與此同時，電梯在獨立的井道中高速運行，使得電梯井道容易出現“活塞效應”[3-5]，即在電梯上升時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壓；在電梯下降時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壓。這樣上下風壓不平衡的“活塞效應”的存在則會造成電梯轎廂內及電梯廳門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

根據維護經驗，曾選取受季節性風壓影響最大的一臺電梯進行了頂樓廳門開鑿通風孔試驗，結果表明廳門運行故障明顯減小，故通過“引流”可在很大程度減小風壓對廳門的作用力。具體到某一臺電梯要解決類似問題，對開鑿通風孔的尺寸、位置的選擇還需經專業人士進行計算和論證。

由于井道屬于全封閉狀態，溫差造成空氣垂直運動，而廳門開啟頻繁，一旦廳門開啟，運動空氣全部向廳門擠出，給廳門造成瞬間巨大壓力，加上轎廂的高速位移，很大程度也會加劇空氣的運動，所以在頂樓開鑿通風孔可降低冬季帶來的向上廳門風壓。相反，在夏季，利用電梯井底坑鏤空安全門可降低夏季帶來的向下廳門風壓。

以某高度為260 m 的電梯為例，以6 m/s 速度在運行方向同位上行→下行時，不同季節下開設通風孔前后門廳的最大瞬時壓差測量數據如表1與圖2 所示。所以，通過打通井道上下通風孔，增加空氣固定通道流通，有助于減小廳門風壓阻力。同時，為滿足消防火勢蔓延功能，可在通風孔設置消防聯動自動關閉式百葉窗。

表1 不同條件下某電梯門廳最大瞬時壓差

圖2 不同條件下某電梯門廳最大瞬時壓差

風壓問題始終是大提升高速電梯的癥結，除了通過改變風速的流向，還可以通過改變電梯廳門的受力結構來解決。

無風壓狀態，廳門主要依靠底部滾輪承受自重，當井道風壓對門板產生作用力時，廳門與門框之間間隙變小、甚至直接接觸，發生滑動摩擦，這是造成電梯廳門運行阻力增大的直接原因。所以，為減小廳門運行阻力，可在廳門上下端安裝側向支撐滾輪，風壓作用下，側向支撐滾輪將廳門的滑動摩擦變為滾動摩擦，以達到減小廳門運行阻力的目的。

2 灰塵、潮氣引起的電梯運行故障及解決措施

2.1 灰塵、潮氣對電梯的影響

灰塵、潮氣對電梯金屬結構和電氣設備的侵蝕，會大大降低電梯的使用壽命，日積月累，故障頻發。尤其是電梯底坑，在有滲漏積水的環境下，導軌、緩沖器、固定螺栓等結構性部件易銹蝕而引發電梯故障；現場因施工及裝修等因素，加上季節性煙囪效應，風壓使得灰塵快速進入電梯電氣系統，在空氣潮濕的環境中導致灰塵變成泥，引發電氣系統短路而發生故障，而其他偶發性故障也接踵而至。

2.2 解決措施

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

灰塵對電氣設備影響較大，可以從灰塵來源進行分析，規范施工流程，做好施工灰塵較大項目的隔離工作，其次是封堵機房、電控系統柜子孔洞，柜門增加密封條等等，既可防止老鼠、蟑螂進入電控柜，還可以保障電控系統的清潔。

3 外部電源引起的電梯運行故障及解決措施

3.1 外部供電電源

外部電源的穩定性和運行規律對運行中的高速電梯死機概率有直接的影響[6]，高速電梯一般設置有雙電源切換裝置，簡稱備自投，見圖3。備自投參數的設置與供電電源運行規律的相互作用，直接影響電梯的故障率，下面以某水電站高速梯為例進行詳細剖析：

圖3 雙電源切換裝置（備自投）

備自投一般有“自投自復”、“互為備用”兩種工作模式，延時時間可調，參數設置與外界電源特性不匹配容易造成電梯供電頻繁通斷，死機概率增大。大部分備自投初始默認為“自投自復”工作模式，也就是主電源斷電，備自投延時后自動切換至備用電源，如果主電源斷電時間很短，備自投剛切換至備用電源又馬上切回主電源，則電梯會出現兩次供電通斷，外部主電源在短時間內多次通斷，則電梯供電通斷次數會隨著外部電源通斷的次數加倍。根據電力行業送電特點，為有效減小線路上工作人員觸電風險，線路送電均會短暫送電后斷電，最后再次送電。如此，備自投設置不當，電梯故障率明顯增大。

3.2 解決措施

將備自投工作模式設置為“互為備用”，也就是主電源斷電后，備自投自動切換至備用電源，主電源無論是否來電，備自投均不再進行自動切回主電源操作，以達到減少電梯頻繁重啟的目的。另外，通過修改電梯主板參數，讓電梯來電延時啟動，也可以有效達到電梯頻繁重啟，降低電梯死機概率，保障電梯穩定運行。

4 外界溫差引起的電梯故障及解決措施

4.1 外界溫差對電梯的影響

電梯主機、電控設備受溫度影響較大，特別是夏季，外界高溫天氣會直接造成電梯機房電控設備散熱不良，電梯出現頻繁死機，主機軸承磨損加劇，結構部件熱脹冷縮，這些都會加快電梯的老化，故障頻發。

4.2 解決措施

在電梯機房里安裝空調是最直接、有效的方法，可以維持機房內溫度恒定。還可以根據電梯運行規律設置休眠、停機，以減小電梯運行產生的熱量，另外，在電梯機房安裝窗簾，防止夏季太陽直射，在很大程度上也可以減小電梯的過熱。

5 預防性維護方法

（1）根據環境灰塵量的多少，定期對電控系統進行灰塵清理，以保持電控系統的干凈整潔。

（2）根據電梯運行規律統計出易損壞元器件，預估電梯特定環境電氣元件使用壽命，定期對易損元器件進行更換，如頻繁通斷的接觸器、經常運行的樓層廳門自閉力彈簧、運行頻率較高的電梯隨行電纜等等。

（3）定期對電梯鋼絲繩進行清洗、檢查，發現接近報廢標準的鋼絲繩及時更換。

（4）制定電梯月度、季度、年度維護計劃，重點對電梯抱閘、限速器、平衡系數、結構性部件進行檢查，發現問題及時處理，把缺陷消除在萌芽狀態。

（5）安裝遠程監測系統，電梯一旦發生故障或困人，電梯狀態信息第一時間推送至維護人員設備終端，以便維護人員第一時間了解設備情況，有利于在最短的時間內排查故障和應急救援。

6 結語

本文根據多年維護經驗列舉了一些運行故障原因和降低故障率的方法，后續根據電梯運行環境的變化隨時進行調整和更新策略，可為類似電梯維護保養提供借鑒和參考。