水泥厂电气故障诊断分析的摘要

水泥厂电气故障的查找

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摘要水泥厂电气设备种类多，容量大，电压级别高，电气设备的维护难度大。电源故障是电气装置的整体性故障，隐性危险大，偶然因素较小；而电气设备和元件的结构、性能、类别、功能等千差万别，没有固定的模式查找其故障。处理故障时，要分清是经常性故障还是偶然发生的；是启动状态还是运转状态或是调速状态发生的；要以初步分析，缩小故障范围。 关键词电气设备元件故障查找 O引言 现代化新型干法水泥生产线生产过程的连续性强，要求各主要生产环节稳定、协调、高效，因此对电气设备的安全运行也提出了相当高的要求。此外，水泥生产企业属于高耗能企业，电机种类多，容量大，电压级别高，分布面广，自动化程度高，从而使电气设备的维护难度大。很多维护人员面对控制回路复杂的电气设备，往往无从下手，对电压级别高、容量大的设备又不敢动手。许多从事实际工作的电气工作者都有这种体会。电气故障出现的范围很广，现象千变万化，随机性强，难于查找。本文就谈一下水泥厂电气故障查找的几点经验，以供参考。 1电源故障的查找 遇到复杂电气故障，查找电气故障应先从根源查起，才能标本兼治。电源故障往往具有其自身的一些特点。 1．1电源故障是电气装置的整体性故障 无论是电路故障，还是设备故障，就故障范围而言，都属于局部性故障，影响面相对较小，而电源是电路和设备工作之“源’’，“源’’出了问题，将使整个电路和设备都不能正常工作。因此，电源故障属于整体性故障。 2006年夏天某日，某生产线多台高压电动机开关柜都出现了机构储能不到位的现象。该厂6 kV高压电动机全部采用某开关厂生产的KYN 1 8A型高压盘柜(=1 250 A真空开关)，操作机构属于弹簧储能式。由于是多台电机盘柜都出现这种情况，属于整体性故障，应考虑系统电源。经查，当时正处于用电高峰期，110 kV电网电压下降较多，变电所值班员未及时调节总降主变压器有载调压开关，致使6 kV系统电压不足，而各高压盘柜的储能机构电源来自各柜自身6 kV／100 V电压互感器，电压不足，致使储能不到位。调节电乱改压后，系统正常。 1．2电源故障隐性危险大 在电气故障中，绝大多数故哗氏判障具有明显的危险性，如线路断路，设备不能工作；线路短路，短路电流效应明显。但也有些电源故障现象不明显，或者说很难从其表现形式找出故障范围。例如，交流电源波形不符合要求，可使电气设备发热量增加，电机转速降低等，但其故障的危害性是不可忽视的。 1．3电源故障的偶然因素较小 多数电源故障不是偶然一两次出现的，它可能从设备开始运行就出现了。正因如此小，为我们查找电气故障提供了一个方向。如果某些电气故障现象长期存在，应从电源方面加以考虑。 2设备和元件电气故障的查找 设备及其元件是构成电气装置的核心部分，它的基本功能是发送、接收、处理、转换、执行、输出电能或电信号。电气故障主要发生在设备和元件方面。因此，查找设备和元件的电气故障是最主要的内容。 水泥厂的电气设备和元件种类繁多，如各种电动机、伺服执行器，控制回路中的接触器、继电器，自动控制系统的各种温度、压力、料位、称重传感器，还有水泥工业的专用仪器，如高温摄像头、比色高温计、气体分析仪等等，都属于电气设备和元件的范畴。其结构、性能、类别、功能等千差万别，我们实际上很难找到某种固定的模式去查找其中的故障，下面将分类进行介绍。 2．1自动化控制方面 2．1．1系统简介 我厂用的是日本某公司先进的CS3000 DCS系统，其软硬件组态功能强大，友好的用户介面及功能丰富的硬件板卡，灵活性、可靠性以及性价比非常高，而且功能强大的操作软件及服务器软件可以保证控制系统流畅地运行于WINDOWS2000平台。依据我厂的控制要求，我们在配电控制室安装12套现场控制站(FCU)，其间用核斗V NET连接并与中控(HIS)进行通讯与控制，具有10 Mb／s通信速度，若使用总线中继器或光总线中继器连接，传输距离可达20 km．。HIS和ENG、HIS间的信息系统用LAN，采用Ethemet。现场总线采用ESB及ER。生产现场所有仪器仪表的信号都送到所属各控制站，通过I／O接口卡件处理后送FCS依据控制策略进行处理和控制。 各控制站接收和发出的信号基本上分为两大类：数字量(开关)信号(DI、DO)和模拟量信号(AIAO)。数字量信号主要包括：现场各MCC控制柜的如“中央就选择、备妥、运行反馈、故障、限位、测速(皮带机还有跑偏和拉绳)、执行器的限位、力矩，挡板位置、各种探测器报警、现场各温度开关、压力开关、‘料位开关’’等；模拟量信号(一般为O～10 V或4～20 mA)包括：速度、温度、压力、流量、液位、料位、行程、挡板执行器开度、气体分析仪的气体含量、各类秤(皮带秤、转子秤、托辊秤、料仓、地磅)的称重量、喂料量等量。 2．1．2故障的查找 对于水泥生产这一行业，在某些场合不免会有粉尘、振动、高温等环境因素的影响，并且现场信号多由各类接触器、中间继电器、测速、各种类型用途的开关、各测量仪器仪表等所产生，它们长时间在恶劣的工作环境中工作难免出问题，当出现故障时应着重从两方面查找。 2．1．2．1数字量信号故障的查找 首先应检查供电电源、控制电源是否正常；根据故障现象和中控室提供的故障信息综合分析，重点检查该设备启停条件和软、硬连锁条件是否具备；该设备控制柜内元件的触点、接点等接触是否完好，逻辑控制回路是否完好，接线是否松动；现场控制站内的I／O端子接线是否松动，控制信号是否发出、信号保险是否熔断；如是压力、流量或温度开关，还要检查核实现场真实数值是否达到动作要求；如果是现场智能设备或仪表，还需就地检查有否故障、报警信息、各项参数设置是否正确无误；现场设备是否是故障导致不能启动，保护装置是否动作。相信在深入了解设备控制原理的基础上，结合经验并依据以上原则，数字量信号故障是较容易查找的。 2．1．2．2模拟量信号故障的查找 (1)对于反应为不准确的信号，如温度，要检查热阻、热偶的插入深度、位置、表面是否结皮、接线是否松动、锈蚀等；若是压力、流量信号，还要检查测量管路是否堵塞、泄漏、各阀门位置、变送器是否良好等；如是重量、速度、料位等信号，要检查传感器是否良好，接线是否正确紧固，设置是否正确等；若为电参数信号，则检查各电压、电流互感器、变送器是否正常；同时由于受工作环境影响和电磁干扰等，各类现场仪表不免存在着或大或小的飘移，这需要定期进行校验、整定或补偿调整等，并且要屏蔽干扰。 (2)对于反应错误、故障、无指示的信号，要重点检查现场电源、接线端子、线路或电缆是否断线，测量设备是否完好，参数设置是否正确，是否实际存在超量程的问题，各类传感器是否损坏等等。 由于模拟信号相对于数字量信号而言，检测和处理过程复杂，设备也相对复杂，并且抗干扰能力差，更易受到工作环境的直接影响，因此处理起来较为困难。但随着电子技术的发展，现场仪表设备性能不断提高，功能日益强大，现在的现场仪器仪表多具数字化与智能化，具备自诊断功能，使得维修维护变得方便、快捷。 2．2现场电气设备方面 现场电气设备中异步电动机应用数量最多，分布最广，因此，我仅就异步电动机谈一下查找故障的几点经验。 2．2．1外部设备故障造成的异步电动机故障的查找 异步电动机的外部设备种类繁多，它们的故障都有可能引起电机本身的损坏。例如，负载故障可能造成电机启动困难、运行负载过重、发热、振动，严重时甚至烧毁电动机。水泥厂由于粉尘量大，电接触故障是平日里维修量最大，又是查找最难的故障之一。如主触点“虚接，这类故障往往会导致电机缺相运行，严重发热以至烧毁；而主触点“烧蚀而粘连会导致不能释放，使停机设备带电并在设备启动时可能引起相间弧光短路，给人身安全和系统运行带来严重危害。 一台Y系列三相异步电动机，55 kW、11 5 A、380 V、△形联结，采用Y-△降压启动控制，如图1。 一天笔者值班时，其启动正常，但运转约10 min．后电动机明显发热，转速降低，声音异常。从故障现象来看，似乎是电机缺相运行。停机后，对三相绕组进行了具体测量，证明绕组完好。测量三相电压，均正常(三相绕组角接如图2)。通电运行时，用钳形电流表测得三相电流分别为65 A、110 A、64 A，三相电流极不平衡。进一步分析，这三相电流有一定规律，即两相相等，另一相过大，是另外两相的1．732倍，这一结果正好是三相绕组△形联接电动机一相断线的情况。打开△形联接接触器，发现其中一相触点由于水泥粉尘过多，造成触点接触不良，使线路一相电流为另外两相电流的相量和，电机转速降低，明显发热。分析如下：正常时：iA+ib+ic=O、ica+ibc+iab=O，IL=√3Ipa， UL=UP；若由于△形联接接触器触点接触不良使Rab断开，显然有iA=ica,iA=ibciCA、ibc保持相电流不变，根据节点电流定律，对于点O有：iA√3+ib√3+ic=0，显然为使电路达到新的平衡，iA、ib减少√3倍下降为相电流，而ic仍为线电流，数值上是缺相后fA、fB的√3倍。图1中(图2中点)KM1上方为钳形电流的测量点。图2中X点为接触器虚接的断路点。 2．2．2异步电动机本身故障的查找 电动机本身的故障包括：轴承损坏，严重时可能造成转子扫膛、绕组接地、绕组断路、绕组短路、线圈接错、转子断条(对于绕线转子，还有转子绕组断线、短路、转子集电环及电刷故障等)。 水泥厂异步电动机本身的故障往往是由于环境恶劣、维修保养不及时造成的。判断一台电动机是否出了故障以及故障出在哪里，通常应检查电动机的工作电流、温升、转速、响声、气味、绝缘电阻、直流电阻及电感等等。 有一次检查设备时，一台三相交流异步电动机启动时运转正常，但半小时后发现电动机外壳明显发热，无其他特别表现，这时设备已不能继续运行，我们立即通知停机并断电检查。引起电机过热的原因很多，如绕组、铁心、轴承等故障。经分析我们认为由于是整体过热，不可能是轴承的故障；另外，由于已经运行了半小时，并基本正常，不可能是缺相运行、绕组一相反接、绕组接错等。可能性最大的是：电源电压过高、过低或三相不平衡；绕组匝间短路；铁心短路；过载。 我们测量三相电压均正常，检查机械正常，不过载，绕组对地绝缘也正常。测量三相直流电阻分别为1．728 Ω、1．442 Ω、1．719 Ω，偏差太大，证明绕组存在匝间短路故障。我们随后对该电机进行抽芯检查时发现，该电机为返修过的电机，是二级电机，由于制作困难，定子绕组端部预留较大，为不使绕组碰壳接地，可看出曾用器具打压过绕组端部，在其一相绕组端部发现有数根漆包线破皮粘连，并发现其它各相绕组相应位置均有不同程度的绝缘破坏情况。随后将粘连的漆包线分开，并将各处有绝缘损伤部分采用绝缘漆处理，烘干8 h后，组装试车，故障消除。 2．2．3安装不合理电气故障的查找 电气设备要想正常工作，除了设备本身质量外，合理的选材安装也至关重要。例如，一条电力线路为了输送足够大的电能，其导线截面积、线路的绝缘强度和机械强度等必须满足一定的要求，才能克服外部和内部各种因素的不良影响，保证线路安全运行，不出或少出故障。 我厂新建生活区电源配电箱的220V／380V电源从总降引出，导线为3×95+1×50，四根导线分别穿人内径为25 mm的普通钢管中，通电运行1 h后，发现钢管发热。分析发现发热的原因就在于导线穿管时不能四根线分别穿管，而应穿入同一钢管中。导线单独穿管时，其电流产生的磁通穿过钢管管壁，必然在钢管这一铁磁物质中产生铁磁损耗，造成发热。其实，有关规程明确规定“同一交流回路的导线必须穿于同一钢管”，后改为四根导线穿于80 mm内径的同一钢管内，故障便消除了。

3结束语 水泥厂的电气设备高压的很多，在查找故障的过程中安全第一。要坚决执行各项安全规章制度，做好各项安全措施。在查找故障的过程中，保持良好心态，不急不燥，养成“一停、二看、三动手’’的良好习惯。电气维护工作是一项理论与实践并重的工作，电气故障的查找也必须有坚实的理论知识作为基础，要养成在动手中动脑，在实践中学习的良好习惯。复杂的控制回路往往是由多个简单的基本环节组成，透过电气故障的现象，抓住事物的本质，由易到难，定能找出产生故障的实质原因。处理各种故障现象时，应向设备操作者询问清楚：是经常发生的故障还是偶然发生的；故障发生在什么状态，是启动状态还是运转状态或是调速状态等等，以便对故障现象进行初步分析，缩小故障范围。心中有数后，再进行各种参数的测量，以便少走弯路，防止误操作，使故障范围扩大，对自身和设备带来不安全因素。但正如“万用表并非万用一样，这里所说的查找电气故障的方法，也并非能解决实际中的所有问题，也没有哪一种方法是放之四海而皆准的，只有在实践中多学习，多总结，才能提高自己查找故障的水平。

主要看中控室显示是什么故障，在进行处理，把范围缩小。一个是检查，二是思考