井下水泵电气故障分析在点检管理中的应用

张建伟

（攀钢攀枝花铁矿，四川攀枝花 617000）

0 引言

设备点检是设备管理的一项重要内容，也是一项基础性工作。攀钢矿业公司攀枝花铁矿尖山采场由露天转为地下开采后，分别在胶带斜井安装了4 套水泵机组，将井下涌水排向地面，再经过污水站净化处理送到地面，用于尖山露天复绿灌溉和兰山采场防尘洒水。井下设备除了具有机电设备的共性外，还具有井下作业的特殊性。针对这两方面因素，点检员应结合井下设备运行特点，在点检过程中做好故障统计，完成数据积累。这些数据对于点检员准确掌握设备技术状态和劣化趋势，及时采取对策，延长设备寿命，确保企业安全正常生产，具有十分重要的参考作用。

1 阶段故障统计

如图1 所示，井下水泵机组与底座分离，通过联轴器将多级离心泵和电机联接，基本组成还包括电缆、控制柜和变压器等设施。攀钢矿业公司逐步推行点检定修后，由于点检员对检定修的内涵理解不深，尤其对地采设备的性能还没完全摸清，井下水泵的点检标准制定，在参照通用技术标准的同时，把检修故障频次作为关注重点，做好运行状态、日常隐患及主要故障记录，对检修故障进行统计。通过归纳分析提出改善措施，以避免重复故障反复出现，杜绝设备事故发生。

以2015 年7 月至2017 年12 月为时间段，对井下排水泵故障分类进行统计，计算出各种故障所占比例（表1）。

图1 井下水泵机组简图

表1 井下排水泵故障原因统计（频次）

从表1 可以看出，总故障数中机械故障占49.69%，电气故障占50.31%。电气故障超过一半，其中电机故障占总故障数的26.85%，电缆故障占总故障数的18.98%，说明电气故障中，对井下水泵影响最大的是电机，其次是电缆。

对比推行点检定修前3 a 井下水泵机组电气故障的统计数据，可以看到，电气部分电机故障和电缆故障所占比例始终较高，且井下水泵电机故障主要是电机绕组故障和电机轴承故障。占比分布见表2。

表2 井下排水泵电气故障统计

2 统计数据分析

2.1 电机绕组故障

实际运行中，绝大多数电机故障是因为电机绕组匝间短路、相间短路或对地击穿引起的，电机解体后反映出的故障现象见表3。

井下电机受材料性能、制造工艺控制、运行安装环境等综合因素影响,绝缘材料很容易老化和击穿，分析其产生的原因，主要包括：

（1）一般情况下,井下温度随井深的增加而升高，井下空间密闭温度较高，绝缘材料的绝缘等级选择如果没有达到要求，将加速绝缘材料的老化，击穿电压也会跟随周围介质温度的升高而降低。

（2）控制系统的保护整定调整不合理，在电机出现单相或堵转时绝缘层承受大电流冲击，因而发生过热烧毁。

表3 电机绕组故障统计

（3）搬运施工过程中，由于储存、碰撞、敲击等产生机械损伤造成击穿强度降低。

（4）电机接线处等部位受到水泵运行的强烈振动，对绝缘强度和击穿强度造成影响。

（5）长期处于含湿热空气、腐蚀气体的井下，加速了绝缘材料的老化。

（6）因密封失效，水管漏水喷溅，电机内部进水，导致绝缘层被击穿。

（7）因水位下降、进水口卡堵等原因供水量不足，导致散热条件变差，击穿强度下降。

（8）老旧型号电机能耗过高，发热较大。

2.2 电机轴承故障

电机运行时，经常有轴承过热现象发生，需要及时判明原因，采取有效措施进行处理，防止电机进一步损坏。电机轴承故障统计见表4。

轴承发热是异步电动机最常见的故障现象，经常造成润滑脂稀释渗漏，甚至损坏轴承。分析电机轴承过热的原因主要包括：

（1）润滑脂在井下久存变质，或者有灰尘、异物等杂质混入。

（2）日常操作维护不规范，导致电机轴承运行中缺油干摩。

（3）选用了不适合井下高温、重负荷、长时间运行环境的润滑脂。

（4）运行中的电机轴承损坏，造成轴承过热。

（5）机组底座变形，导致中心不正引起轴向窜动，轴承敲击或轴承受挤压。

（6）因电机轴与离心泵轴不同心，轴向或径向负载过大等。

表4 电机轴承故障统计

2.3 动力电缆故障

电缆故障主要有外力损伤、绝缘湿度、化学腐蚀、长期过负荷运行、电缆接头故障、温度和环境等。电缆故障多表现在不同部位的烧损。其分布见表5。

电缆故障集中体现在动力电缆上，且故障比例较高。分析其产生的原因主要包括：

（1）受井下腐蚀性介质的长期侵蚀，造成保护套损坏，绝缘层老化加速。

（2）井下高温潮湿，导致水泵电缆绝缘材料失效。

（3）电缆由于振动引起的碰撞、挤压、弯曲等因素，出现绝缘层损坏而过早失效。

（4）电路控制出现故障、保护整定值参数变化，使电缆长时间承受大电流发生过热，加速绝缘塑料老化乃至被击穿。

（5）安装过程中意外擦伤电缆，机械牵引拉电缆时，使电缆表面出现小孔或裂纹。

表5 电缆故障统计

（6）地面沉降引起的张力过大，中间接头或导线断裂。

3 故障分析在点检管理中的应用

3.1 参照原因分析调整岗位点检内容

全员参加设备管理体现在点检工作中，就是把设备管理人员、生产操作人员和检修作业人员有机地组织起来，构筑成5层防护体系，延长设备使用寿命。参照故障原因分析，对经常出现的重复性故障进行梳理，将一般性故障的检查添加到岗位点检内容，岗位操作人员随时观察并根据现场实际进行处理。地采矿山井下高温是造成电机绕组、轴承、电缆恶化的关键因素，如果仅靠点检员的周期性检查，上下井爬一趟就需要2 h，及时性更难保证。为此，专门给岗位点检增加了测温内容，为操作人员配备手持式红外测温仪，在提高操作人员岗位技能的同时，激发岗位人员管好设备的使命感，保证井下水泵电机稳定运行。

3.2 参照原因分析调整设备维护保养项目

设备的维护保养包括日常维护、定期保养以及润滑冷却等内容，是设备维护的基础工作。参照故障原因分析，可以通过清扫、润滑、调整等方式对设备进行维护保养，使设备达到整洁、坚固、安全等完好标准。以前，井下水泵电气清洁的重点在设备的外观清扫擦拭、控制盘内线路的清洗，针对动力电缆故障率较高的问题，又扩展到电缆外观、接头等部位，同时根据运行情况对断相和短路保护进行调整。井下环境温度明显高于外界，电机运行时轴承最高允许温度为95 ℃，轴承温度过高，如果处理不及时将烧坏轴承。出现这种情况，大多数是润滑不到位造成，但也不排除注油过勤，润滑脂填充量过多，使轴承摩擦转矩增大而发热。考虑井下环境密闭，减少每次的润滑脂用量，增加润滑频次，并重新选用蓝色耐高温锂基润滑脂，替换通用2#锂基润滑脂。

3.3 参照原因分析调整维修作业标准

维修作业标准作为点检定修“四大标准”之一，对作业方法、作业顺序、技术要点及危险源辨识等项目进行了具体规范。但定了标准后，有时却做不到，这就需要不断改进、调整维修作业标准。因此，参照故障原因分析，可以不断优化维修资源配置，规范维修作业人员的维修行为和作业要求，提高维修质量和效率，增强维修人员分析判断和处理故障的能力。对于出现故障概率高的重要电气部位，在检修规程中要进行明确。为保持电气部件的初始参数，尽量在定修时将水泵机组运到井外厂房检修。由于需动用卷扬、吊车等设备，工作量大，维修前必须按照分析确定的定修周期编制设备定期计划。一般将定修周期细化到月，以逐步减少事后维修工时，增加预防维修工时，通过作业标准化降低修复时间。

3.4 参照原因分析调整备件库存管理

科学合理地储备备品备件，能有效提高维修质量、减少停修时间，保证设备安全、经济运行。库存管理是一项专业而复杂的工作，需要随时进行动态分析统计，摸清消耗规律，既合理储备又不能出现积压。参照故障原因分析，可以提前做好预判，在满足安全生产需要的前提下，确定储备品种、形式和定额，提高备品备件利用率。电机或电缆绝缘结构发生击穿，往往是电、热、放电及机械振动等多种原因综合作用的结果，特殊使用环境中，绝缘材料的选型特别苛刻，不仅要考虑绝缘材料的耐热等级，还要选择合适的耐压等级，针对井下工作环境复杂、恶劣的特点，重新选用高等级的0.6/1 kV 电缆，对原有450/750 V 电缆作降库处理。电机长期不间断运转，温度过高的原因很多，其中电机型号老旧，效率低能耗高也是不可忽略的原因，结合电机淘汰目录，淘汰原Y2-315M-2 型电机，新增YE2-315M-2 型电机，防止运行状况的恶化。

4 结语

井下排水泵是保证地采安全作业、尤其是防止雨季大水淹井的关键设备。为保证井下排水泵始终处于良好状态，点检员在点检定修推进过程中，坚持收集数据并进行分析，及时掌握水泵运行状态，发现存在的问题，找出点检工作的差距，合理安排检修项目和检修周期，设备的缺陷、故障能及时得到处理，生产影响时间明显降低。设备维修已由“事后维修”向“事前预防”转变，防止了生产设备的意外损坏，节省了维修成本和其他相关费用，确保排水设备安全可靠运行。