液体变阻器常见故障与处理

液体变阻器常见故障与处理

液体变阻器是一种通过自动改变导电液体中动、静电极间距以调节其电阻值，使绕线转子型异步电机平稳起动、均匀加速的起动装置。近年来已在中、小型水泥厂的风机、磨机、破碎等大型设备上广泛应用。

1 主要部件

液体变阻器有电液箱，动、静电极，电动升降机构及电控系统组成，一般都带有液位、温度等检测装置。有些专为高寒地区设计的产品还置有电加热器以及防止电阻液局部过热而增设的搅拌设施等。

电液箱由高强度PVC塑料板经专用设备焊制而成，箱体内储有足量的电阻液。升降机构一般以皮带传动为多见，也有用蜗轮蜗杆、链条传动的，甚至还有采用电动执行器和四连杆机构等方式。导电极板材质以电解铜和合金材料为主，箱体和电极的外形大都为长方形或圆柱形。

2 工作原理

绕线转子电动机启动时在转子回路中串入一定值电阻，该电阻阻值随着起动过程进行有级或无级减小，直至启动结束时将该电阻短接，能有效地降低启动电流和启动瞬间的机械冲击。

利用液体变阻器启动时，电机转子回路接入的是液体电阻，由箱体内两道绝缘隔板分隔而成的三个液体柱组成。液柱底部有三个固定电极板，经绝缘母线引出箱体后与电机三相转子绕组相连。液柱上方的三个活动电极成星形连接后与升降架固定在一起，随传动机械在限定的行程范围内上下运动，以改变两极板间距离的方式调节有效液柱长度，达到改变起动电阻的目的。与频敏变阻器、油浸变阻器等传统起动变阻器比较，具有起动平稳可靠、起动电流小、对电网无冲击、能连续多次起动等明显优点。

3 常见故障与处理

早期的液体变阻器存在问题较多，常见的故障有:上、下限位行程开关受腐蚀或磨损后接触不良引起控制失灵；进线电源相序错位后电动升降机构冲出极限位置运行而损坏起动装置；箱体强度不足或容积设计不当引起电液箱变形；还有过箱体渗漏及电液中残留有固体电解质引起液体电阻变化等故障。上述各类故障中，除电液箱渗漏和严重变形需由生产厂进行修补或换新外，其余故障均可由工厂电工自行处理。

3.1 行程开关故障

液体变阻器内动、静电极相对位置对起动性能影响很大，必须通过精确调整上、下行程

开关位置严格定位。理论上要求液体变阻器在起动结束时动、静电极直接接触，使极板间电阻为零。实际使用中通常将起动结束时的极板间距离调整在2～4mm范围内。两者间距过大，极板间残压较高，会出现较大的二次冲击电流；反之如果极板间距不足，则起动结束时易发生极板碰撞。

早期的液体变阻器一般采用机械式行程开关，安装在电液箱上方。由于电解液具有较强的腐蚀性，常出现行程开关外壳锈蚀和导电接点接触不良等故障。可在原行程开关的外侧增加一对同类型行程开关，将其触点分别与第一组行程开关两两串联或并联，作为第一对触点出现故障时的备用；更进一步的措施是将触点串并后的两组行程开关移至箱体外安装，除了仍具有上面的保险作用外还减轻了电解液对开关的化学锈蚀作用；在可靠性方面有较高要求时则采用高精度无接点开关代替机械式行程开关，能有效消除因接触不良引起的故障。

3.2 电源倒相故障

液体变阻器动电极板在上、下行程开关限定的范围内运作，变化余地不大。变阻器上端行程开关控制电极上升位置，当上端行程开关受到碰撞后即切断电机上升电路；同理电极下降过程中一经碰撞下端行程开关便应迅速切断电机下降运行电路。但当电源相序与系统控制原理相悖时，则会出现电机上升回路通电时，电机却向下运行，电极碰撞下端行程开关后虽切断电气下行交流接触器线圈回路但无法阻止由上升回路控制的电极继续下降，造成动、静电极相碰撞后电极仍无法停止而损坏整个传动机构。同理当电机下行回路通电而电极却上升时，造成严重的冲顶事故。初次接线调试时最易发生此类事故。因而在安装调试阶段，一般应先手动使动电极板下降至箱体中间位置后再通电检查电机旋转方向，务必使电极升降与系统控制要求相一致。因此，需设计应用电源倒相电路，防止此类事故。

3.3 电气回路故障

液体变阻器电气控制大致可分三部分:1)主回路，包括电机的定子和转子接线；2)液体变阻器电极升降控制部分；3)二次控制回路。

液体变阻器二次控制回路接线故障较多。电路设计中有一个允许启动回路，只有当内、外电路所有条件如电液液位、温度正常；电极位置正确、行程开关状态正常；主电机短接接触器断电开路以及其它电路中要求满足的条件全部满足启动要求时，该回路才输出允许启动信号。该电路涉及的电气元件多，有防止变阻器低液位或高温度下工作的温度、液位等继电器类；有防止主电机转子短接状态下启动电机的接触器类；有控制电极上下运行的行程开关；还有一些为了系统的安全而设置在进相机双投闸刀的限位开关和其它电气上需要的联锁接点等。且各类元件和接点分布地域广，既有安装在液体变阻器内的元件，又有安装在高、低压电气控制屏内的，还有安装在进相机或电机现场的。相互之间距离较远，采用导线连接时大部分接点以串联的方式相连，任一接点故障都会影响到正常工作，因而出现故障时查找比较困难。在日常运行中需要经常检查变阻器的液位、温度是否正常，检查各接线连接是否完好，接触是否紧密；各类接触器、继电器接点弹簧压力是否正常，各行程开关位置是否准确等等；有时某个行程开关位置固定失当也会引起接点闭合不全而失常。

主回路电气故障虽不多见，但也时有发生，如曾出现过启动结束后转子短接接触器未及时闭合，造成变阻器长期通电，发生电机转速下降，电解液温度升高而沸腾，碳酸钠溶液化作泡沫溢出箱外等事故。但从根本上说，此类故障仍应从查找控制短接接触器的二次控制回路入手。

3.4 电液箱箱体故障

常见的箱体故障为箱体变形和渗漏两大类。

3.4.1 箱体渗漏故障

箱体渗漏故障的特点较隐蔽，查找困难，容易与电机转子入地、转子引出线入地等常见电气故障相混淆。渗漏点往往位于箱体底部隐蔽处，附近既无明显裂缝或孔洞，甚至连渗漏也往往不是连续的。不经仔细查找难以察觉，需要有经验的维修人员才能正确判断和处理。 如果箱体渗漏量不大，只要在电液箱体与金属构架间垫一层2～3mm厚度的绝缘软橡皮将电阻液入地回路阻断后就可暂时解决问题。渗漏严重时应该更换箱体或进行修补。

3.4.2 箱体变形的处理

箱体变形故障在早期产品或使用时间较长的设备中较为多见，主要是材质和制造质量问题，箱体外筒壁和隔离板需要用12mm厚度的PVC塑料板制作，发生严重变形的箱体往往是由于塑料板强度不足或焊接质量不良引起。连续启动产生的热量积聚使电解液温度升高，长期过热后箱体出现变形。对于严重变形的箱体应及时更换。

3.4.3 箱体容积过小

设计不当有时也会引起箱体变形，箱体容积大小决定了液体变阻器热容量的大小，液体变阻器能连续多次启动而不出现较大温升，主要是电解液具有较大的热容量。因而一般要求变阻器箱体尽可能大，以保证有足够的热容量，否则，应考虑扩大箱体容积。

3.5 导电极板和传动机构故障

3.5.1 传动机构故障

液体变阻器最常见的传动方式是电机通过皮带轮减速后由丝杆拖动传动架在导轨或导槽内上下运动，导轨与滑块结合面越紧密，则传动架在升降过程中越平稳。其常见故障为滑块松动、滑块卡滞和传动皮带张力不当。因而在日常维修保养中要经常注意传动机械的润滑，及时调整皮带的松紧程度。对变阻器生产厂来说，导轨、滑块、丝杆一定要进行精加工。 传动机构的运行速度对电机启动性能也有一定影响，运行速度过快，电机启动时间短，运动过程中的冲击力相应增大，行程开关受冲撞造成开关过度磨损，且容易产生行程过冲。因而导电极板传动架的上下升降线速度不宜超过20mm/s，启动过程时间一般在25～40s之间。

3.5.2 导电极板故障

导电极板以电解铜和合金材料为主，粉末冶金或铸造材质的导电板厚度较大，通常在12mm以上，耐机械冲击和耐腐蚀性能较强，但导电性较差；电解铜导电极板通常厚度为4～5mm，机械强度较差，在长期运行中容易引起变形。严重时曾发现过厚度2～3mm的电极

在使用中出现极板卷曲事故。同时电解铜导电极板易受电解液腐蚀，在表面出现一层深绿色氧化物，时间长久后也会对启动带来不良影响。最好能在其外表均匀镀锡，以增加防腐性能。不论是合金材质或电解铜材质都应该定期进行清洗。

安装导电极板时必须注意水平度和垂直度，确保运行中上、下导电极板平面间保持平行。

3.6 电阻液故障

电阻液是一种弱酸强碱性盐溶液，呈碱性。水泥厂生产现场的灰尘污物等容易进入电液箱内并在箱体底部沉积，需定期对箱体进行清洗和电阻液更新。当变阻器箱体渗漏等原因出现电液箱内浓度发生较大变化时也必须重新配置电阻液。

3.6.1 液位过低

电阻液常因发热、蒸发和环境条件、干湿度变化等因素引起水分大量消耗，为了保持箱体内正常液位，需经常向电液箱内增添纯净水进行补充。一旦箱体内液位低于动电极板，此时如不及时采取补液措施，电机启动时相当于转子回路开路，必然会引起很大的冲击电流而导致系统跳闸，其后果十分危险。

电液箱内液体总量显著减少，会使变阻器的热容量远小于设计值，电机启动过程中产生的热量会引起电阻液温度上升过快。

3.6.2 液位过高

箱体内液位若超过正常液位过多，启动时随着动电极板的上下运动有部分溶液会被带出箱外，不但对周围环境造成污染，外溢的电解液还会对箱体的金属外壳造成腐蚀和损坏。

3.6.3 电阻液浓度变化

电阻液配置方法不当会引起运行不久后阻值变化。正确的操作程序是:先在变阻器箱体内注入足够的纯净水，一般加至正常液位70%左右；然后根据负荷及电机参数大致估算所需的固体碳酸钠，选用一个合适的容器用30～50kg、85℃左右热水溶化足量的粉状碳酸钠，充分搅拌使其完全溶解后配置成浓度为8%～10%的碳酸钠母液，用量杯将该母液等量地注入三相槽内，搅拌均匀后再注入纯净水使液面增至适当位置，然后再进行电阻测量和调整。 任何情况下都不允许将粉状碳酸钠直接投入箱体内，否则未完全溶解的碳酸钠固体在运行过程中逐渐溶化，溶液电阻值变小，而导致启动性能恶化。

当发生液体变阻器箱体渗漏而引起箱内溶液液面过度下降，通常采取加入纯净水的方法补充，如果渗漏严重，补入液体过多，也会使电解液浓度发生较大变化。

3.7 启动性能不理想

3.7.1 启动电流大

电解液浓度过大即电阻值小，会引起电机启动电流增大，对电网冲击变大。要将浓度偏大的溶液进行稀释比较麻烦，需先将箱体内溶液用小水泵或其它设备取出部分，使箱内液面显著下降后，再加入纯净水以稀释溶液浓度，使溶液电阻与计算值相接近。当然电机启动电流的大小与机械负荷的变化也有一定关系。

正常运行较长时间后发生启动电流增大，如果不存在机械等方面原因，一般需要对变阻

器内电阻值重新测量，特别是高温环境下或干燥冬季的过量蒸发容易使箱体内水分大量减少，引起溶液浓缩而阻值显著减小。因而有必要经常对箱体内液位进行检查和观察，以防出现不正常现象。一般液体变阻器使用说明书认为:用液体变阻器启动时可以将启动电流控制在1.1～1.2倍电机额定电流范围内。而我们在工厂企业中自行调试时往往以设备能顺利启动为前提，尽可能降低启动电流，因而通常都将启动电流控制在等于或小于电机额定电流范围内。

3.7.2 二次冲击电流大

一台配置合理的液体变阻器能够使启动过程中电流变化接近一条直线。二次冲击电流是指电机由启动转入运行过程时出现的一个较大的短暂冲击电流值。一般认为由启动电阻配置不当或电机没有完成启动过程而提前进入运行引起。合理调整启动电阻值，调整动、静电极板间行程以延长启动时间都是常用方法。此外还可考虑减慢变阻器升降机构运行速度来增加启动时间。

3.7.3 启动速度慢

电解液浓度过小，电阻值大，易出现启动转矩显著减小而电机无法正常启动，即使能勉强启动，启动结束后的二次冲击电流也相当大。如果出现这类情况，一般首先应考虑电阻液配置方面存在的问题。检测后如果确认需要降低电阻值，可有40～60℃温水溶解少量粉状碳酸钠作为母液，逐相均匀掺入电液箱内以降低电阻值，但需随时测量电阻具体数值，切忌过度。直至能满足启动要求为止。

3.8 变阻器温升过高

热容量大是液体变阻器的一个重大特征，因而允许连续多次启动而温度不会超过额定值。选用变阻器规格型号时要考虑电机各方面的性能参数和运行要求，例如电机的启动电流、启动频繁程度、液体变阻器周围的环境温度、散热条件等。

如果发现温升过高的变阻器箱体内液位不高，也可以通过增加液体量即增大热容量的方法部分改善温升高的现象。

4 电阻液配置与测试

电阻液配置可参照电液变阻器使用说明书要求进行，启动电阻值的大小根据电动机规格型号、功率大小以及电机定、转子额定电压、电流等参数进行计算后确定。起动电流的设置可按照负载性质及电网承受冲击电流能力等多方面因素进行综合考虑。一般的原则是在设备能正常起动的前提下尽可能将起动电流限制在最低值，以保证电网系统稳定。

对配置后的导电液必须逐相测量其电阻值，由于起动电阻数值不大，尽可能采用电流表-电压表方法精确测试，使其与理论计算值相吻合，并尽量保持三相间电阻值一致。 5 结束语

近几年来，电器生产厂商为了扩大市场、提高竞争能力，从提高设备的可靠性和改进材质两方面入手，使液体变阻器的设计和制作更趋合理。如将液体箱与电控屏组合装配在同一箱体上以减少二者间接线故障；又如用高精度接近开关取代有接点行程开关来控制升降机构行程以减少接点故障；也有在设计中增加上、下极限位置倒相保护电路。还有采用PLC可编程序控制器来替代常规的继电器控制系统，提高控制系统的可靠性。在材料选择上，导电极板材质通常经过特殊防腐处理，极板截面和厚度均留有较大裕度。同时还在箱体容积、强度、密封性能、液体电阻的热容量等方面都作了较大的改进，因此各类在运行中被发现的问题随着产品的不断更新、完善正在得到不断解决。