谐波测试法在煤矿提升机罐笼振动故障诊断中的应用

王丹蕾　孙彦景　李德臣

摘要：红庆梁煤矿副立井大罐笼提升系统在提升和下放过程中，当罐笼速度为2.5～4m/s时出现声音较大的异响和振动。为了查明原因，对红庆梁煤矿提升机电控系统的谐波进行现场测试，根据测量结果分析电控系统谐波是提升机罐笼在运行过程中产生振动的根源，为全面分析煤矿提升系统罐笼振动的故障诊断提供了比较简便的解决方法。

关键词：副立井罐笼；变频器；测试方法；谐波；故障诊断 文献标识码：A

中圖分类号：TD53 文章编号：1009-2374（2017）01-0155-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.075

红庆梁煤矿位于内蒙古自治区鄂尔多斯市达拉特旗境内，属于新建矿井，是国家发展改革委员会批复的“内蒙古自治区鄂尔多斯塔然高勒矿区总体规划”中的5个井田之一，该井田规划面积140.76平方公里，矿井煤炭总资源量为131255万吨。矿井生产能力设计为6Mt/a，抗震烈度最大为7度，服务年限96年。副井2016年4月开始运行，担负全矿矸石与人员、材料和大件设备等的升降任务。副立井大罐笼提升系统在调试运行初期出现下列情况：在提升和下放过程中，当罐笼速度约为2.5～4m/s时大罐笼会出现声音较大的异响和振动。为查明原因和真实全面地掌握变频器运行状况，对副井（电控系统）10kV配电室和变频器室内进行现场测试，分析变频器对副井提升机电动机的影响以及变频器对电网的影响。

1 测量方案

研究确定主要测试内容为副井提升机10kV配电室的I段进线、整流变压器的输入，励磁变压器的输入，变频柜的输入，变频柜的输出。测试依据标准为《电能质量公用电网谐波》（GB/T 14549-93），测试仪器选用HIOKI3196电能质量测试仪、TEKTRONIX示波器、CWT 30B罗氏线圈、HVP-15HF高压探头，测试环境为常温，一般在变电站主控室或开关室内进行。

副井提升机10kV配电室的谐波测试点布置示意如图1，图中“●”位置为测试点。谐波测试内容：电压总谐波畸变率UTHD、各次谐波电压Uh、各次谐波电流Ih。

2 测量方法

谐波测量方法采用测试点测试接线法。

测试步骤为确定测试点、沟通测试方法、准备仪器电源、测试仪器接线、分点测试、数据记录、数据处理分析，给出测试报告。

2.1 测试点接线法

2.1.1 I段进线测试接线。I段进线测试接线如图2所示：

将供电系统的A、B、C三相交流电压的PT二次侧，分别接入到本测试分析仪交流的电压输入通道端子4、5、6中。将A、B、C三相交流电流的CT二次侧，分别通过钳型电流互感器接入到本测试分析仪的交流电流输入通道端子1、2、3中，其输入次序应与三相交流电压的输入保持对应，并严格按A、B、C相序接入。电能质量分析仪的GND端子接地。

2.1.2 整流变压器测试点测试接线。整流变压器测试点测试接线如图3所示：

将供电系统的A、B、C三相交流电压的PT二次侧，分别接入到本测试分析仪交流的电压输入通道端子1、2、3中。将A、B、C三相交流电流的CT二次侧，分别通过钳型电流互感器接入到本测试分析仪的交流电流输入通道端子4、5、6中，其输入次序应与三相交流电压的输入保持对应，并严格按A、B、C相序接入。电能质量分析仪的GND端子接地。

2.1.3 变频器输入侧测试接线。变频器输入侧测试接线如图4所示：

采用1000/1的高压衰减探头接入示波器，探头的另一端接地，测量电压波形。采用1A/1mV的罗氏线圈接入示波器，测量电流波形。示波器应可靠接地。

2.1.4 变频器输出侧测试接线。变频器输出侧测试接线如图5所示：

采用1000/1的高压衰减探头接入示波器，探头的另一端接地，测量电压波形。采用1A/1mV的罗氏线圈接入示波器，测量电流波形。示波器应可靠接地。

2.2 罐笼在不同提升速度的振动测试

测试时间：为一个副井提升机的工作周期。对罐笼的提升速度分别为2m/s、2.8m/s、5m/s等典型的速度进行测试，其中2.8m时振动最为剧烈，应重点测试。

2.3 测试安全措施

安全措施：工作票，按照变电所的要求，进行测试前开工作票。监护、测试过程中应有一名技术人员陪同，配合进行测试中需要的相应的操作。

测试注意事项如下：

极性：接入电能质量分析仪的电压通道和电流通道的端子的顺序应分别与三相交流电的A、B、C的相序一致。接入电能质量分析仪的各相电压通道和电流通道的极性应一致。

接地：电能质量分析仪的接地端子应可靠接地。

变比：注意设置记录各个测试点的PT和CT的变比。

接线：PT二次侧不能短路，CT二次侧不能开路。

2.4 测试仪器选择

本次测试采用HIOKI3196电能质量测试仪器。仪器可用于24小时在线连续监测及短期现场查看具体电能质量情况。测试时采用连续记录与超标事件记录两种方式，连续记录时间间隔为1秒，事件记录采用阀值触发方式。

3 测量结果

3.1 测试结果

3.2 测试结论

由现场测试数据可知，罐笼在2m/s、2.8m/s、5m/s速度时，变频器输入侧、输出测的电压波形为PWM波；变频器输出的电流波形纹波较严重，开关频率次的谐波最为严重。

副井变电所进线一、整流柜、励磁柜谐波电压畸变率超标，电压总畸变率超标（超出国标值为4.00%）；谐波电流超标，其中，进线一第29次谐波电流过大，且29次谐波电流值保持恒定，不随负荷的变化而变化。当关掉变频器，29次谐波电流消失，电网电压波形得到明显改善。通过调整变频器运行对29次谐波进行抑制，罐笼震动现象消失。

4 结语

通过对红庆梁煤矿副井10kV配电室和变频器谐波的现场测试，采用谐波测试法能够快速有效得出故障诊断结论，便于全面掌握煤矿提升系统运行状况，为提升系统的安全、可靠运行提供了宝贵经验，具有广泛的借鉴与推广应用价值。

参考文献

[1] 王惠臣.红庆梁煤矿主通风机电控系统设计[J].煤炭

工程，2015，47（7）.

[2] 李德臣，刘少邦.红庆梁煤矿特大直径副立井设备选

型及应用[J].矿山机械，2014，（42）.

[3] 苑成友.矿井提升设备选型设计[J].煤炭技术，

2013，32（6）.

[4] 中华人民共和国国家技术监督局.电能质量公用电网

谐波（GB/T 14549-93）[S].

作者简介：王丹蕾（1993-），女，江苏徐州人，中国矿业大学信息与电气工程学院工程硕士，研究方向：故障诊断。

（责任编辑：秦逊玉）