岸橋輔助機(jī)構(gòu)電機(jī)接地故障分析

王明軒

（天津港歐亞國(guó)際集裝箱碼頭有限公司，天津 300461）

1 岸橋輔助機(jī)構(gòu)供電系統(tǒng)概述

岸邊集裝箱起重機(jī)（以下簡(jiǎn)稱岸橋）是一種專門用于集裝箱碼頭對(duì)集裝箱船舶進(jìn)行裝卸作業(yè)的起重設(shè)備。天津港歐亞國(guó)際集裝箱碼頭有限公司岸橋由三相交流10 kV 電源供電，通過10 kV高壓電纜經(jīng)大車電纜卷盤接至每臺(tái)岸橋機(jī)器房?jī)?nèi)的高壓進(jìn)線柜，并由饋電柜分別供電給主變壓器和輔助變壓器。主變壓器容量為2000 kVA，降壓至440 V，作為岸橋起升、大車、俯仰、小車四大主機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電源；輔助變壓器容量為250 kVA，降壓至380/220 V，供電給岸橋輔助機(jī)構(gòu)、控制、照明等輔助裝置。

主變壓器和輔助變壓器均為三相干式纏繞式變壓器，初級(jí)線圈均為三角形接法，主變壓器次級(jí)線圈為三相三線制星形接法，輔助變壓器次級(jí)線圈為三相四線制星形接法。主變壓器和輔助變壓器二次側(cè)均設(shè)有接地檢測(cè)繼電器，型號(hào)為日本光商工LEG-130L，其中輔助變壓器接地檢測(cè)繼電器靈敏度電流整定值設(shè)為500 mA，動(dòng)作時(shí)間設(shè)為200 ms。

輔助變壓器二次側(cè)設(shè)置輔助機(jī)構(gòu)電源總開關(guān)，下分小車/吊具柜電源開關(guān)、機(jī)房配電柜電源開關(guān)以及其他各種輔助裝置的電源開關(guān)，包括PLC 控制系統(tǒng)隔離變壓器、各機(jī)構(gòu)制動(dòng)器電機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)、油泵電機(jī)、空調(diào)、投光燈、插座等。小車/吊具柜電源開關(guān)下口線通過小車拖鏈進(jìn)入司機(jī)室小車/吊具柜，為司機(jī)室、吊具的總電源，下接吊具電纜卷盤電源空開、吊具控制電源空開、吊具油泵電源空開及司機(jī)室插座、照明、空調(diào)等裝置。

吊具電纜卷盤電源空開為吊具電纜卷盤機(jī)構(gòu)變頻器、制動(dòng)器等供電，吊具電纜卷盤機(jī)構(gòu)通過安川G7 變頻器驅(qū)動(dòng)2 臺(tái)5.5 kW 變頻電機(jī)，驅(qū)動(dòng)吊具電纜卷盤，卷繞30 芯90 m 的吊具垂纜跟隨吊具起升或下降。吊具控制電源空開下分兩路，一路為司機(jī)室吊具PLC 供電，一路通過吊具電纜卷盤滑環(huán)箱、吊具垂纜為吊具上架連接限位及吊具上的電源模塊供電，這一路上并聯(lián)有浪涌保護(hù)器。司機(jī)室吊具PLC 通過ASI 通信線與吊具通信，ASI 通信線與吊具控制電源、吊具油泵電源線等從司機(jī)室經(jīng)滑環(huán)箱、小車頂接線箱、吊具垂纜、吊具上架接線箱、上架電纜及大插頭與吊具連接。

2 故障排查過程

某日夜班，4#岸橋在作業(yè)過程中，發(fā)生吊具控制電源空開跳閘故障，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)存在CMS（起重機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)）柜電源空開跳閘故障和前大梁-1 投光燈空開跳閘故障，無法合閘復(fù)位。這3個(gè)空開都在輔助機(jī)構(gòu)電源總開關(guān)下口，而輔助機(jī)構(gòu)接地檢測(cè)繼電器并沒有動(dòng)作。由于CMS 斷電，無法查看故障履歷，無法判斷CMS 柜電源空開跳閘故障和前大梁-1 投光燈空開跳閘故障是否早已存在，而且不影響作業(yè)，暫且擱置，先重點(diǎn)處理吊具控制電源空開跳閘故障。

因以前多次發(fā)生因滑環(huán)箱、吊具垂纜、或上架連接限位問題導(dǎo)致吊具控制電源空開跳閘的情況，因此首先分段排查這些部位，測(cè)量絕緣發(fā)現(xiàn)吊具控制電源浪涌保護(hù)器對(duì)地，浪涌保護(hù)器主要起避雷的作用，發(fā)生故障時(shí)并無雷擊情況發(fā)生，將其拆除后再次試驗(yàn)，跳閘故障依舊。繼續(xù)排查發(fā)現(xiàn)吊具上的電源模塊自保護(hù)無電壓輸出，且自保護(hù)無法復(fù)位，但測(cè)量其輸入電壓正常，考慮電源模塊損壞，更換后吊具故障仍未排除，而且又出現(xiàn)了新的問題，如吊具油泵電機(jī)電源空開跳閘、電氣房火災(zāi)報(bào)警器報(bào)警等，這些故障并無明顯關(guān)聯(lián)，故障排查陷入僵局。

而后在試車過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)起升上下運(yùn)行時(shí)，或剛合控制電源時(shí)這些故障就會(huì)發(fā)生，合上控制電源而不動(dòng)起升一定時(shí)間后故障消失，再運(yùn)行起升時(shí)又會(huì)發(fā)生故障。

經(jīng)過觀察，吊具電纜卷盤機(jī)構(gòu)跟隨起升動(dòng)作，即當(dāng)起升上升或下降時(shí)吊具電纜卷盤電機(jī)運(yùn)行，起升上升動(dòng)作停止后延時(shí)60 s，吊具電纜卷盤電機(jī)停止運(yùn)行，說明吊具電纜卷盤電機(jī)運(yùn)行與否與這一系列故障直接相關(guān)。測(cè)試吊具電纜卷盤電機(jī)絕緣，發(fā)現(xiàn)其中一臺(tái)電機(jī)一相線圈相對(duì)外殼的絕緣電阻已經(jīng)降為0，電機(jī)對(duì)地短路。2 臺(tái)吊具電纜卷盤電機(jī)為并聯(lián)布置，由一臺(tái)變頻器的一組輸出同時(shí)驅(qū)動(dòng)，通過各自的磁滯聯(lián)軸器，連接到雙輸入軸的減速箱，帶動(dòng)吊具電纜卷盤轉(zhuǎn)動(dòng)。將對(duì)地短路的電機(jī)甩開，只留另一臺(tái)電機(jī)單獨(dú)帶動(dòng)卷盤運(yùn)行，除了因單個(gè)電機(jī)功率不足，導(dǎo)致起升不能高速運(yùn)行外，所有故障全部消失，明確了所有故障均由絕緣損壞的電機(jī)引起。

然而，吊具電纜卷盤電機(jī)通過安川G7 變頻器控制，G7 變頻器在輸出電流超出額定電流50%理應(yīng)報(bào)出接地故障（GF），而且每個(gè)電機(jī)有單獨(dú)的斷路器（型號(hào)為施耐德GV2-ME20C），但此前變頻器并沒有報(bào)出任何故障，斷路器也沒跳閘，輔助變壓器接地檢測(cè)繼電器也未動(dòng)作。進(jìn)一步查看電機(jī)發(fā)現(xiàn)，電機(jī)接地線并未連接到接線盒中的接地端子上，處于懸空狀態(tài)，而電機(jī)安裝方式為B5 法蘭安裝，通過磁滯聯(lián)軸器經(jīng)多道法蘭安裝至減速箱側(cè)面端蓋上，而且磁滯聯(lián)軸器兩半聯(lián)軸器之間存在間隙并不直接接觸，法蘭結(jié)合面既有油漆又有潤(rùn)滑油，電機(jī)外殼相對(duì)于整機(jī)鋼結(jié)構(gòu)的接地電阻較大，相當(dāng)于電機(jī)外殼并未有效接地或接零，電機(jī)所有接地保護(hù)措施均失效。因電機(jī)雖然碰殼卻并無持續(xù)性較大的泄露電流與大地導(dǎo)通，故未報(bào)出故障或跳閘。

分析其他一系列蹊蹺故障的成因。經(jīng)查吊具電纜卷盤電機(jī)的電源線為CEF82（3×2.5）帶屏蔽層船用電纜，從司機(jī)室內(nèi)的電氣柜經(jīng)布線槽至電機(jī)所在位置，其中在線槽內(nèi)與吊具ASI 通信線、吊具控制電源線、吊具油泵電機(jī)電源線等緊密排列布置。電纜全長(zhǎng)25 m，其中3 芯為3 根相線，電纜屏蔽層兩端接地，既承擔(dān)屏蔽作用，又承擔(dān)接地作用，無獨(dú)立的接地線。而在實(shí)際接線時(shí)，電機(jī)側(cè)屏蔽層未接至電機(jī)機(jī)殼，因而電纜屏蔽層既起不到屏蔽作用，又起不到接地作用。電機(jī)絕緣損壞后雖無持續(xù)較大的對(duì)地電流，但其在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)仍會(huì)產(chǎn)生較大的瞬時(shí)電流波動(dòng)，雖不足以導(dǎo)致對(duì)地故障，但會(huì)對(duì)在線槽內(nèi)和電氣柜內(nèi)緊鄰的其他線路產(chǎn)生感應(yīng)干擾，造成吊具通信故障，同時(shí)使CMS、前大梁投光燈、電氣房火災(zāi)報(bào)警器等輔助裝置的公共中性線（零線）O2100感應(yīng)帶電，致使輔助機(jī)構(gòu)其他空開漏保跳閘。至此，明確了此次故障的原因。故障分析流程見圖1

圖1 故障分析流程

3 總結(jié)

本次故障的直接原因是吊具卷盤電機(jī)絕緣損壞漏電，但連帶導(dǎo)致的其他故障對(duì)故障排查造成了誤導(dǎo)。通過故障分析，除了理清了故障原因，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的深層次問題并采取有針對(duì)性的措施外，還得到以下啟示:

3.1 認(rèn)真分析工況

本次故障的快速排除，得益于對(duì)故障發(fā)生時(shí)各機(jī)構(gòu)動(dòng)作工況的觀察與分析。排查電氣故障不僅要對(duì)電氣原理和基礎(chǔ)知識(shí)有深入了解，更要熟悉設(shè)備運(yùn)行的工況，才能透過現(xiàn)象看到故障的本質(zhì)。

3.2 采用分段排除法

當(dāng)遇到疑難故障時(shí)，采用分段排除法，將故障可能存在的線路或部位進(jìn)行分段，從最可能發(fā)生的部位、最易排除的部位著手，逐段排除。如果人員充足，在確保安全的前提下可并行開展，可以提高故障排除效率。但分工時(shí)要有人協(xié)調(diào)指揮，防止各自為戰(zhàn)。

3.3 重視電工儀表使用

不能只依靠經(jīng)驗(yàn)或設(shè)備自帶的監(jiān)控儀表或監(jiān)控系統(tǒng)，要重視常用電工儀表如萬用表、電流卡表、兆歐表甚至示波器的使用，采取多點(diǎn)觀測(cè)、動(dòng)態(tài)觀測(cè)、連續(xù)觀測(cè)的方法獲取數(shù)據(jù)，通過分析數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律。

3.4 規(guī)范施工

電氣線路及設(shè)備的安裝和維修一定要按照規(guī)范施工，如果本次故障中接地線能夠規(guī)范連接，就會(huì)直接發(fā)現(xiàn)電機(jī)接地故障，而不會(huì)因其他故障的干擾造成混淆，節(jié)省排查時(shí)間。更重要的是，施工的不規(guī)范可能導(dǎo)致電氣保護(hù)裝置失效，引發(fā)火災(zāi)、觸電等安全事故，必須嚴(yán)格避免。