水电站大提升高度高速电梯运行故障分析

石教锐，刘文忠，董万里，包唐伟，张兆礼

（中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443002）

0 引言

大提升高度高速电梯广泛应用于水电站电力生产核心区域和大坝坝体内泄洪设施区域，用于检修维护人员的交通通行、设备和工具运输；其不仅提升速度快，一般在4 m/s 以上，提升高度也达几百米。由于井道狭长，受季节性温差影响，烟囱效应[1，2]明显，极易形成风压，增大厅门运行阻力。虽然通过增大自闭力弹簧张力可以临时解决，但同时也给轿厢门机带来额外负荷，长时间运行会大大降低轿厢门机和自闭力弹簧使用寿命。与此同时，烟囱效应造成空气流通加速，电梯电气设备容易积灰，特别是频繁通断的接触器，触点接触电阻因积灰增大，易打火花损坏；在空气潮湿的环境中，潮气导致灰尘变成泥，引发电气系统短路而发生故障，而其他偶发性故障也接踵而至。此外，电梯供电采用双电源备自投自动切换装置，外部电源的不稳定会造成电梯频繁重启，容易造成死机，对电气设备冲击较大。针对这些问题，本文根据实际维护经验详细介绍各个问题解决措施，切实提高大提升高度高速电梯运行稳定和安全性。

1 季节性风压引起的电梯运行故障及解决措施

1.1 季节性风压形成原因

烟囱效应是井道内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压值与井道内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比。这说明，井道内温度与井道外温度温差越大，井道越长，烟囱效应也越明显，见图1。电梯井道由于烟囱效应，空气会沿着井道的空间向上流动，造成井道内和电梯厅外的气压差，从而导致电梯厅门处的空气对流加强，产生厅门无法关闭和噪音的问题。

图1 烟囱效应原理力图

高速电梯井一般高约200 m 多，在夏季，电梯井道内温度比外界空气温度低，根据热对流原理，热空气推着冷空气运动，造成空气向下运动的烟囱效应，电梯底楼厅门运行阻力变大；相反，在冬季，电梯井道内温度比外界空气温度高，易形成空气向上运动的烟囱效应，造成顶楼厅门运行阻力变大。所以受季节性内外温差影响，井道风压具有明确的方向性，且温差越大时，风压越大，电梯厅门运行故障越多，而在春秋季节，井道内外温差较小，电梯厅门运行几乎不受影响。

与此同时，电梯在独立的井道中高速运行，使得电梯井道容易出现“活塞效应”[3-5]，即在电梯上升时轿厢上方的空气被压缩而快速形成高压，而轿厢下方则快速形成负压；在电梯下降时轿厢下方的空气被压缩而快速形成高压，而轿厢上方则快速形成负压。这样上下风压不平衡的“活塞效应”的存在则会造成电梯轿厢内及电梯厅门位置的气流噪声较大，从而影响电梯使用的舒适性。

1.2 解决措施

根据维护经验，曾选取受季节性风压影响最大的一台电梯进行了顶楼厅门开凿通风孔试验，结果表明厅门运行故障明显减小，故通过“引流”可在很大程度减小风压对厅门的作用力。具体到某一台电梯要解决类似问题，对开凿通风孔的尺寸、位置的选择还需经专业人士进行计算和论证。

由于井道属于全封闭状态，温差造成空气垂直运动，而厅门开启频繁，一旦厅门开启，运动空气全部向厅门挤出，给厅门造成瞬间巨大压力，加上轿厢的高速位移，很大程度也会加剧空气的运动，所以在顶楼开凿通风孔可降低冬季带来的向上厅门风压。相反，在夏季，利用电梯井底坑镂空安全门可降低夏季带来的向下厅门风压。

以某高度为260 m 的电梯为例，以6 m/s 速度在运行方向同位上行→下行时，不同季节下开设通风孔前后门厅的最大瞬时压差测量数据如表1与图2 所示。所以，通过打通井道上下通风孔，增加空气固定通道流通，有助于减小厅门风压阻力。同时，为满足消防火势蔓延功能，可在通风孔设置消防联动自动关闭式百叶窗。

表1 不同条件下某电梯门厅最大瞬时压差

图2 不同条件下某电梯门厅最大瞬时压差

风压问题始终是大提升高速电梯的症结，除了通过改变风速的流向，还可以通过改变电梯厅门的受力结构来解决。

无风压状态，厅门主要依靠底部滚轮承受自重，当井道风压对门板产生作用力时，厅门与门框之间间隙变小、甚至直接接触，发生滑动摩擦，这是造成电梯厅门运行阻力增大的直接原因。所以，为减小厅门运行阻力，可在厅门上下端安装侧向支撑滚轮，风压作用下，侧向支撑滚轮将厅门的滑动摩擦变为滚动摩擦，以达到减小厅门运行阻力的目的。

2 灰尘、潮气引起的电梯运行故障及解决措施

2.1 灰尘、潮气对电梯的影响

灰尘、潮气对电梯金属结构和电气设备的侵蚀，会大大降低电梯的使用寿命，日积月累，故障频发。尤其是电梯底坑，在有渗漏积水的环境下，导轨、缓冲器、固定螺栓等结构性部件易锈蚀而引发电梯故障；现场因施工及装修等因素，加上季节性烟囱效应，风压使得灰尘快速进入电梯电气系统，在空气潮湿的环境中导致灰尘变成泥，引发电气系统短路而发生故障，而其他偶发性故障也接踵而至。

2.2 解决措施

将电梯井道渗漏水引流至电梯底坑，用开挖排水沟的形式将渗漏水排走；对受影响的部件进行定期维护，比如除锈、防腐、锈蚀严重的部件及时更换，或更换成耐腐蚀、抗水性较好的材料。

灰尘对电气设备影响较大，可以从灰尘来源进行分析，规范施工流程，做好施工灰尘较大项目的隔离工作，其次是封堵机房、电控系统柜子孔洞，柜门增加密封条等等，既可防止老鼠、蟑螂进入电控柜，还可以保障电控系统的清洁。

3 外部电源引起的电梯运行故障及解决措施

3.1 外部供电电源

外部电源的稳定性和运行规律对运行中的高速电梯死机概率有直接的影响[6]，高速电梯一般设置有双电源切换装置，简称备自投，见图3。备自投参数的设置与供电电源运行规律的相互作用，直接影响电梯的故障率，下面以某水电站高速梯为例进行详细剖析：

图3 双电源切换装置（备自投）

备自投一般有“自投自复”、“互为备用”两种工作模式，延时时间可调，参数设置与外界电源特性不匹配容易造成电梯供电频繁通断，死机概率增大。大部分备自投初始默认为“自投自复”工作模式，也就是主电源断电，备自投延时后自动切换至备用电源，如果主电源断电时间很短，备自投刚切换至备用电源又马上切回主电源，则电梯会出现两次供电通断，外部主电源在短时间内多次通断，则电梯供电通断次数会随着外部电源通断的次数加倍。根据电力行业送电特点，为有效减小线路上工作人员触电风险，线路送电均会短暂送电后断电，最后再次送电。如此，备自投设置不当，电梯故障率明显增大。

3.2 解决措施

将备自投工作模式设置为“互为备用”，也就是主电源断电后，备自投自动切换至备用电源，主电源无论是否来电，备自投均不再进行自动切回主电源操作，以达到减少电梯频繁重启的目的。另外，通过修改电梯主板参数，让电梯来电延时启动，也可以有效达到电梯频繁重启，降低电梯死机概率，保障电梯稳定运行。

4 外界温差引起的电梯故障及解决措施

4.1 外界温差对电梯的影响

电梯主机、电控设备受温度影响较大，特别是夏季，外界高温天气会直接造成电梯机房电控设备散热不良，电梯出现频繁死机，主机轴承磨损加剧，结构部件热胀冷缩，这些都会加快电梯的老化，故障频发。

4.2 解决措施

在电梯机房里安装空调是最直接、有效的方法，可以维持机房内温度恒定。还可以根据电梯运行规律设置休眠、停机，以减小电梯运行产生的热量，另外，在电梯机房安装窗帘，防止夏季太阳直射，在很大程度上也可以减小电梯的过热。

5 预防性维护方法

（1）根据环境灰尘量的多少，定期对电控系统进行灰尘清理，以保持电控系统的干净整洁。

（2）根据电梯运行规律统计出易损坏元器件，预估电梯特定环境电气元件使用寿命，定期对易损元器件进行更换，如频繁通断的接触器、经常运行的楼层厅门自闭力弹簧、运行频率较高的电梯随行电缆等等。

（3）定期对电梯钢丝绳进行清洗、检查，发现接近报废标准的钢丝绳及时更换。

（4）制定电梯月度、季度、年度维护计划，重点对电梯抱闸、限速器、平衡系数、结构性部件进行检查，发现问题及时处理，把缺陷消除在萌芽状态。

（5）安装远程监测系统，电梯一旦发生故障或困人，电梯状态信息第一时间推送至维护人员设备终端，以便维护人员第一时间了解设备情况，有利于在最短的时间内排查故障和应急救援。

6 结语

本文根据多年维护经验列举了一些运行故障原因和降低故障率的方法，后续根据电梯运行环境的变化随时进行调整和更新策略，可为类似电梯维护保养提供借鉴和参考。