露天煤矿机电设备故障分析与对策

朱良东

（国能宝清煤电化有限公司朝阳露天煤矿，双鸭山 155600）

近几年，我国露天煤矿开采范围不断扩大，促使煤矿开采作业对机电设备的要求不断提高。露天煤矿系统内机电设备零件处于完全封闭的壳体内，无法通过外部观察判断故障，因此准确地判断故障难度较高。及时发现露天煤矿机电设备故障问题并予以有效处理，对于露天煤矿开采行业的发展具有重要意义。

1 露天煤矿常用机电设备

1.1 变压器

变压器是露天煤矿供电系统的常用设备，多为整体滑橇、一体吊装、密封抗振性较佳的移动式变压器。在露天煤矿开采作业开展过程中，变压器主要负责降低电压或提高电压、完全绝缘一次侧和二次侧电气保护设备等。

1.2 皮带机

皮带机是露天煤矿常用机电设备之一，负责将给煤机放煤输送到装车站。一般矿用皮带机为重型胶带，由大功率异步电机驱动。皮带机电机与减速器之间经液体黏性传动装置实现软启动，进而实现低转速高扭矩平稳启动。

1.3 发动机

发动机是露天煤矿开采的心脏，广泛运用于露天采矿设备。一般矿用发动机具有自动回怠速功能，即在操纵手柄不动作5 s后发动机自动降至怠速。同时，矿用发动机需要满足低噪声、大排量、低油耗以及低转速等要求[1]。

2 露天煤矿机电设备故障表现

2.1 变压器故障

2.1.1 绕组故障

露天煤矿用变压器绕组故障包括绕组松动、绕组短路等类型，直接影响变压器的正常运行，进而干扰露天煤矿生产。从变压器绕组故障原因来看，绕组匝间短路与绕组受潮引发局部放电有较大关系，而绕组松动与变压器绕组制造质量差有一定关系。

2.1.2 铁心故障

露天煤矿用变压器铁心故障主要包括铁心多点接地、短路等。其中，铁心多点接地会直接引发环流（铁心接地点－铁心－压板与铁心短接点－压板－夹件－铁心接地片），致使变压器在长时间运行下电流上升到安倍级而引发局部温度上升，加速变压器绝缘老化，甚至引发大面积设备烧损事故。铁心受损则表现为铁心绝缘破坏，与变压器油含水量高、吊芯环境湿度较大具有较大关系。故障会直接影响变压器的正常运行，进而影响露天煤矿的开采作业。

2.2 皮带机故障

2.2.1 运行故障

在露天煤矿皮带机运行过程中，高压电机和皮带位置经常出现故障，包括电机过流故障引起跳闸、运行中断带、运行中皮带跑偏或运行中跑偏开关连锁跳停等。

2.2.2 软启动故障

在露天煤矿皮带机软启动运行过程中，接触器接点故障、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）故障、温度传感器故障以及过载继电器故障较为常见，会直接导致皮带机软启动失败。

2.3 发动机故障

2.3.1 机械构件故障

在露天煤矿发动机运行过程中，常见的机械构件故障为轴瓦磨损、活塞损坏和连杆拉断。轴瓦磨损、活塞损坏和连杆拉断等故障与发动机制作质量不佳、长时间高强度运行、内部进入杂污颗粒等具有较大关系。

2.3.2 动力系统故障

发动机动力系统故障主要表现为举升或驱动构件动力不足、牵引力不足以及输送速度缓慢等，与燃油进入发动机油底、防冻液进入发动机油底壳具有较大关系。

3 露天煤矿机电设备故障处理对策

3.1 矿用变压器故障处理

3.1.1 绕组故障处理

为确定矿用变压器绕组故障类型，维修人员可以借助电阻测试方法，检测变压器的低压外壳、高压外壳、中压外壳，根据检查结果判定变压器分接开关各部位接触是否良好、分接开关实际位置与指示位置是否一致、绕组引出线是否断裂、多股导线并绕组是否短股、接头焊接质量是否达标、绕组围裙是否老化以及内部是否存在金属接地等。根据检查结果采取针对性处理措施，确保露天煤矿用变压器绕组故障得到及时、有效解决。某矿用变压器绕组直流电阻检测结果，如表1所示。

表1 某矿用变压器绕组直流电阻检测结果

由表1可知，某矿用变压器高压、中压两侧直流电阻在合格范围内，低压绕组相电阻测量值三相不平衡率高达100.00%。进一步换算低压相电阻，得出A相电阻为9 125.251 MΩ，B相电阻为11.810 MΩ，C相电阻为11.690 MΩ，可初步判定低压绕组A相存在断线故障。确定故障后，拆除中压绕组、低压绕组的围屏，确定A相绕组围屏烧穿且第一档、第二档整匝熔断。此时，可以在整体更换变压器低压绕组的基础上更换局部受损绝缘件，故障解除。

3.1.2 铁心故障处理

为判定铁心故障类型，维修人员可以在保证变压器铁心外绝缘无污物的前提下检测泄漏电流，或者利用钳形电流表进行矿用变压器铁心外接地引下线接地电流的测量，判定是否为铁心多点接地故障。一般在矿用变压器铁心外接地引下线接地电流达到安培级（大于100 mA）时，判定矿用变压器铁心存在多点接地故障。在确定为铁心多点接地故障后，根据《电力变压器运行规程》（DL/T 572—2021 ）关于铁心多点接地的规定，维修人员可以临时在接地回路串入限流电阻，避免铁心多点接地故障进一步恶化。随后借助大型滤油机从变压器下部打入油，借助油流冲击矿用变压器底部，促使导电颗粒离开导电位置，确保铁心底部恢复良好的绝缘状态。

维修人员可以借助交流耐压试验法，向电气铁心绝缘外施加交流试验电压（高于额定电压）并持续1 min，或者直接用万用表欧姆档测量铁心绝缘电阻值，确定铁心受损故障发生位置，以便及时处理。例如，某有载40 000 kV·A变压器整体干燥后，高压对地绝缘电阻为5 000 MΩ，低压对地绝缘电阻为4 000 MΩ，高压对低压绝缘电阻为5 000 MΩ，低压对低压绝缘电阻为4 000 MΩ，经25 200 V兆欧表测得铁心对地绝缘电阻为0 MΩ，借助万用表欧姆档测得铁心对地绝缘电阻为6 900 Ω，同时借助毫安表测得铁心对地绝缘电流由20 mA上升到35 mA，可判定铁心对地绝缘受损。该故障与垫脚绝缘板受潮具有较大关系。重新处理垫脚后，铁心绝缘电阻上升到4 000 MΩ。

3.2 矿用皮带机故障处理

3.2.1 运行故障处理

针对露天煤矿用皮带机电机故障，维修人员应先查明电机过载原因和电机绝缘情况，再确定恰当的故障处理方案[2]。例如，电机过流引起跳闸与皮带机运行负荷过大具有一定关系，维修人员应及时停机检查，并取出皮带内卡固物料，尝试重新启动。

对于运行中的断带故障，维修人员应着重考虑皮带制造质量差、严重磨损或腐蚀、受冲击断裂、疲劳断裂等因素，在降低皮带机运行动荷载的同时更换新的高质量水准皮带。

对于皮带机运行中的皮带跑偏故障，维修人员应从调整承载托辊组着手，重新调整承载托辊组。若承载托辊组调整后仍未解除故障，维修人员可以进行调心托辊组的安置，并重新调整驱动滚筒、改向滚筒位置，避免皮带向滚筒的右侧跑偏。

对于运行中的跑偏开关连锁跳停问题，维修人员可以根据故障信号提示进行中控复位，重新启动皮带机。若中控复位后皮带机无法正常开机且故障指示灯仍然亮起，则维修人员可以复位热继电器，检查电源断路器，现场确认皮带是否被异物卡固、煤料是否拥堵，现场解除故障现象，重新开启机器[3]。

3.2.2 软启动故障处理

针对露天煤矿用皮带机软启动故障，维修人员应以连锁继电器、接触器等动作频繁部件为重点，定期检查更换，避免热继电器双金属片动作而引起过载。一般煤矿用皮带机软启动故障会在操作界面显示故障位置并亮起故障指示灯，如START（启动）故障、LINE（线路）故障、TEMP（温度）故障等。根据故障指示灯指示位置可以进行停机修理。

在确定频繁动作部件性能正常的前提下，维修人员应先查看控制电压状态指示灯是否正常。若控制电源消失，则从连接线松动虚接着手，重新紧固松动导线，紧固后及时点检确定电源恢复无故障后重新启动。在重新启动失败后，以门电路开路电阻为对象，确定电源电极正常与否。若电源电极异常，需及时更换电源电极。

温度传感器故障与元件特别是热敏电阻元件性能不稳定具有较大关系。针对温度传感器故障，在定期检查的基础上，维修人员可以更换性能较佳的温度传感器[4]。此外，环境温度过低、环境温度过高、电动机启动瞬间过载等均易引起温度传感器故障。这主要是由于皮带机软启动器内部监控可控硅整流温度部件为内热敏电阻，在电源极最大额定温度下，门信号关闭且软启动器停止运行。一旦环境过高或启动瞬时负荷过载，整流器温度在短时间内上升引发保护跳闸。而在温度低于-10 ℃时，吸油泵对斗轮润滑不良，启动力矩较大，影响软启动器温度传感器的正常运行。因此，应注重控制皮带软启动温度传感器运行环境温度，采用外部包裹或增设局部散热装置的方式降低类似故障的发生概率。

3.3 矿用发动机故障处理

3.3.1 机械系统故障处理

为判定机械系统故障类型，维修人员可以利用多元素油料原子光谱分析仪（或铁谱仪），通过捕捉原子发射多频率光谱检测发动机用机油液体磨损产生小颗粒金属含量（或机油中金属磨损小颗粒类型）。不同金属颗粒含量及类型对应故障处理方案，如表2所示。

表2 不同金属颗粒含量及类型对应故障处理方案

3.3.2 动力故障处理

在发生动力故障后，维修人员可以借助开口闪点测试仪检测发动机油底[5]。若机油样品闪点检测结果在标准油样下，则表明柴油混入机油导致机油闪点下降，需要停机检查喷油器是否正常，并在更换机油后对发动机进行低级别保养。在低级别保养无法发挥作用的情况下，维修人员可以借助石油产品水分试验器检查发动机水路系统，及时发现发动机水路系统破损位置并及时修理。例如，在石油产品水分试验器检测发动机水路系统水分超出0.3%且多元素油料分析原子发射光谱仪测得硼、钠、铜含量超出10×10-6个/mL时，表明系统混入防冻液并被防冻液腐蚀破损，需要及时修补，确保系统正常运行。

4 结语

露天煤矿机电设备故障维修是整个煤矿开采过程中至关重要的一项工作，关系到矿山工作人员的生命安全和矿山开采的经济效益。因此，维修人员应根据露天煤矿常用机电设备运行特点，了解矿用机电设备不同故障的特征表现，利用科学检测方法准确判定矿用机电设备的故障类型，并及时、有效进行处理，确保矿用机电设备安全平稳运行。