高温高湿环境下起重机械电气故障分析及预防

李 荣，郑可勇

（山东电力建设第三工程有限公司，山东 青岛 266100）

1 电气系统的环境要求

1.1 起重机械电气系统的使用环境

对于串级调速、变频调速、直流调速系统，为提高电气设备的使用寿命，一般要求避免阳光的直接照射和其他热辐射，要避免潮湿、粉尘过多或有腐蚀气体的场所。腐蚀气体易使电子元件受到腐蚀变质，造成接触不良或元件间短路，影响设备的正常运行。

1.2 电气系统对电源质量的要求

为了避免电源波动幅度大（大于±10%）和可能的瞬间干扰信号等影响，精密的电气一般采用专线供电或增设稳压装置等，减少供电质量的影响和电气干扰。

1.3 印度施工现场环境特点

印度大部分地区位于低维度，属于热带地区。大部分气候是热带季风气候，气候特点是全年高温，降雨集中，且降雨周期长，明显的分为旱、雨两季，全年最低气温在25℃以上，所以又叫热带季雨林。印度供电电源使用的是三相415V四线制，工频50Hz，对地电压240V，中国电动机械使用的是三相380V五线制，工频50Hz、对地电压220V。印度近年来经济发展速度较快，电网缺电是常态，电压波动很大。

2 起重机械电气系统的配置情况

我公司在印度项目部中，大部分起重机械是购自国内的新设备，生产厂家都是国内起重机械制造技术一流的工厂，为国内各种起重机械的最新电气控制水平。代表性机械电气系统配置如表1。

表1 起重机械电气系统配置

国内采购的门式起重机在工厂发货前，将配电盘里的电气控制继电器等电气部件，改成220V电压控制。通过一个输入415V，输出220V的变压器为他们提供控制电源。而其它电气控制元件和驱动电机保持不变，这样既解决了电源电压匹配问题，又节省了全部电气元件更换成满足印度电压部件的费用，满足了正常使用的要求。

3 印度项目起重机械电气系统故障分析

3.1 电网电压的异常波动

工地初期外网电源紧缺时常停电，就采用发电机供电，电网电压极不稳，机械电气就容易发生故障，如40t塔机在使用发电机供电期间，每台吊车施耐德PLC电源模块大约4～6个月就烧坏一个，直流24V电源约5～6个月烧坏一个，施耐德回转变频器的损坏，有的是坏主板、有的是坏整流管，大约在6～10个月左右坏一次。随着电厂机组的投产发电，机械开始使用厂用电，电源质量明显提高，这些故障也逐渐减少。

3.2 机械操作人员的非正常操作

每一种调速方式、每一种操作机构，都不尽相同，都有各自的操作要求，譬如：串电阻调速系统要求操作1、2、3、4、5要顺序依次推进，时间不能过快也不能过慢，1、2、3档属于过渡挡，不能长时间使用，电液控制操作系统则要求缓慢平稳。曾有一台40t门式起重机投用时间不久，就出现1～2个月烧坏1个控制变压器，10天烧坏3～4个中间继电器的现象。经过故障原因查询是由于电源总空气开关一合闸，控制变压器通电，所有零位中间继电器就吸合。在构件安装过程中，就位后一般有较长时间吊车不动，应及时切断主接触器，避免部分电器元件长时间通电，尤其是在电源质量较差的环境。

3.3 潮湿和高温环境对起重机械电气系统的影响

印度雨季和高温天气非常明显，雨季电机受潮，绝缘阻值达不到使用要求，集成线路板间接接地等故障时有发生。高温则对质量较差控制电缆造成的老化严重，使电缆内部线路产生短路现象，造成的故障数量将难以估算。潮湿和高温因素导致的电气系统故障在80%以上。

湿度过高，降低电气设备的绝缘强度。一方面，湿度过高使空气的绝缘性能降低，开关设备中很多地方是靠空气间隙绝缘的。潮湿空气使设备中的导电金属、导磁硅钢片等发生锈蚀，降低接触导电性能，容易造成设备电气系统故障。另一方面，空气中的水分附着在绝缘材料表面，使电气设备的绝缘电阻减低，特别是使用年限较长的设备，由于内部有积尘吸附水分，潮湿程度更为严重，绝缘电阻更低，设备的泄漏电流增加，就容易造成绝缘击穿，产生事故。实践表明，当温度为25～30℃区间，相对湿度为75%～95%时，是最有利于霉菌生长的条件。加上电气柜、控制柜等为了防止淋雨，一般都设计为密封结构，不利于通风，更为霉菌生产提供了温床。霉菌中含有大量的水分，使设备的绝缘性能大大降低。对一些多孔的绝缘材料，霉菌根部还能深入到材料内部，造成绝缘击穿。霉菌的代谢过程中所分泌出的酸性物质与绝缘相互作用，使设备的绝缘性能进一步下降。

环境温度过高，加上周围空气流动性差，使设备的热量不能及时散开，会导致设备因为过热而跳闸，甚至烧坏设备。配电箱内的电子产品在高温下运行就会影响到保护器的稳定性和动作可靠性以及计量的准确性。温度过高，电接触两导体表面会剧烈氧化，接触电阻明显增加，造成导体及其附件温度升高，甚至可能使触头发生熔焊。部分由弹簧压紧的触头，在温度升高后，弹簧压力降低，电接触的稳定性变差，容易造成电气故障。另外，高温也易使电气系统中的绝缘材料变脆和老化加快，绝缘性能下降，甚至击穿。

起重机械主要部件电动机电机的回路包括主电机绕组、电阻箱中串联电阻、控制箱中的交流接触器和联动线路等。由于起重机在正常工作时，电阻箱中的电阻大部分时间均投入运行，因此将产生大量的热量，从而使电阻组的温度较高。在外界长期的高温潮湿环境中，无论是电阻本身还是电阻连接端子均易变质。一方面将改变电阻材质，引起电阻阻质的改变；另一方面可能导致电阻连接端子的断裂，使得电机转子或定子的串联电阻阻值不平衡。与此同时，起重机工作过程中各种交流接触器的切换频率特别高，高温潮湿环境下其触点很容易损伤、老化，接触不良，造成部分触点接触电阻变大或发生缺相现象，使电机绕阻的串联电阻阻值不平衡，当起重机重载或长时间工作时就很容易导致电机损坏。

4 预防电气故障的应对措施

1）安装前在检修电气系统元件的同时，要充分检查现场供电系统，电源容量、电压的匹配等条件，要符合机械对电源的最高要求。

2）检查设备在运输途中是否存在损坏现象，设备使用的电缆是否能够适应当地气候，旧机械要注意电缆的老化程度能否满足使用要求等，对损坏和无法继续使用的电气部件要提前更换。

3）机械在安装前应对配电盘进行灰尘清扫工作，根据图纸对配电盘进行线路检查，电动机进行绝缘测量，对损坏无法继续使用的电气部件要立即更换，要求达到完好使用条件。

4）由配电盘通向机械的电缆与接线盒进出口应做好防雨措施，实验证明用玻璃胶密封效果比较理想。对于裸露在外面的电缆可用塑料布进行包裹，可起到防雨防老化的目的。

5）电气部分在通电前要对使用电压进行测量是否达到使用要求，确认电气接线无误后，安排专人监护机务部分，逐个机构进行点动通电试运转。

6）有条件的情况下，配电室及操作室安装空调和风扇进行温度和湿度调节。对不便于安装空调的位置，尽可能采取防护措施，例如定期进行灰尘清理、夜间使用防雨篷布避免凝露、定期通风等。最好是在机械设备采购时，对工厂提出加装空调和风扇的要求，要求工厂尽可能的将电气控制元件统一规划放置于控制柜内，并预留空调接线、安装的位置，设备在现场安装时，从当地采购空调安装即可投用。

7）雨季期间湿度增大，开机前要进行绝缘测试，低绝缘时尽量避免开机。可使用吹风机对控制柜等进行烘干，绝缘达到要求再启动。

8）日常对配电柜、控制柜等电气系统进行清理，避免积尘、霉菌衍生。

5 总 结

随着国内起重机械制造技术的快速进步，电气系统逐步实现了数字化、自动化，并不断向更高科技、高稳定性、高安全性和高智能化的方向发展，对自然环境、电源环境的适应性将不断提高，这一发展趋势将带领我国机械设备走向更广阔的世界市场。本文对特殊自然环境下起重机械电气系统故障的分析和应对，希望能够对类似环境下的机械管理团队起到一定的借鉴作用，使走出去的国产机械设备适应性更强，故障更少，工作效率更高。