李家峽水電站橋機(jī)故障分析和處理

劉衛(wèi)民

摘要：介紹了李家峽水電站廠房起重橋機(jī)電控系統(tǒng)改造項(xiàng)目情況，重點(diǎn)闡述了3號機(jī)組轉(zhuǎn)輪改造A級檢修過程中，利用廠房橋機(jī)操作起吊設(shè)備過程中，橋機(jī)頻繁出現(xiàn)不動(dòng)作的分析處理，以供探討和交流學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：橋機(jī);PLC;通訊干擾

于2017年7月由杭州華新機(jī)電工程有限公司進(jìn)行了2臺橋式起重機(jī)整車電氣設(shè)備（含配套機(jī)械設(shè)備）的改造設(shè)計(jì)，在3號機(jī)組轉(zhuǎn)輪改造A級檢修期間，通過試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)橋機(jī)頻繁出現(xiàn)不能動(dòng)作的嚴(yán)重故障，以至無法正常使用，嚴(yán)重影響了機(jī)組檢修進(jìn)度。本文基于這一背景，對橋機(jī)進(jìn)行了故障分析和處理，成功找到了問題原因，解決了橋機(jī)故障。

1橋機(jī)系統(tǒng)簡介

2017年7月李家電站橋機(jī)整車電氣設(shè)備（含配套機(jī)械設(shè)備）進(jìn)行了改造，將原來“繼電器+電阻”降壓啟動(dòng)控制方式改造成“PLC+變頻器傳動(dòng)+邏輯控制+通訊控制”組成的控制系統(tǒng)，其PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整車運(yùn)行的時(shí)序邏輯控制。

1.1供電

橋機(jī)的電源由大車絕緣安全滑觸線提供，經(jīng)過橋機(jī)上的隔離開關(guān)后分為動(dòng)力、控制和照明三部分，進(jìn)線處設(shè)進(jìn)線隔離開關(guān)，然后分兩路，配電控制回路中，設(shè)有整機(jī)電源的起動(dòng)、停止、電鎖、緊停開關(guān)、電源指示、安全開關(guān)及緊急限位開關(guān)等環(huán)節(jié)，設(shè)有相序監(jiān)測、缺相、短路、漏電（對檢修插座部分）、過流、過負(fù)荷、過欠壓、接地及失壓保護(hù)。當(dāng)供電電源中斷時(shí)自動(dòng)斷開總回路。

檢修及照明回路與工作回路分別供電，這樣主回路檢修時(shí)檢修電源可以正常供電。

1.2系統(tǒng)集成

（1）整機(jī)采甩施耐德的PLC通訊控制（PROFIBUS），各機(jī)構(gòu)設(shè)置分站，從而使控制線的連接以及元器件減少，對數(shù)據(jù)采樣的誤差基本上為零。元器件減少使得整機(jī)的無故障運(yùn)行得到可靠的保障。（2）本橋機(jī)設(shè)置有控制回路急停和動(dòng)力回路急停兩種安全保護(hù)。控制回路急停按鈕動(dòng)作時(shí)立即切斷系統(tǒng)的控制電源，并關(guān)斷變頻器的輸出，實(shí)現(xiàn)安全斷電。動(dòng)力回路急停按鈕動(dòng)作時(shí)立即切斷系統(tǒng)所有的動(dòng)力電源和控制電源，制動(dòng)器立即斷電抱閘，變頻器停止輸出。這兩種設(shè)置的目的是防止在某一機(jī)構(gòu)失控時(shí)導(dǎo)致的安全事故。（3）高性能變頻調(diào)速：起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)、走行機(jī)構(gòu)全部采用變頻調(diào)速加PLC可編程控制系統(tǒng)。起升及運(yùn)行調(diào)速系統(tǒng)采用1：10的調(diào)速范圍，主令操作采用無級有擋調(diào)速控制方式。變頻器采用全數(shù)字式參數(shù)設(shè)定，變頻器能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)參數(shù)自動(dòng)識別，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)矢量控制。由脈沖編碼器作為速度檢測組件構(gòu)成速度閉環(huán)控制，在全速度范圍內(nèi)其靜態(tài)精度達(dá)到0.1%的高精度控制。具有速度的附加給定功能，在全速度范圍進(jìn)行±5%范圍內(nèi)的微調(diào)修正;調(diào)速裝置具有高轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和零轉(zhuǎn)速時(shí)能夠輸出額定轉(zhuǎn)矩以防止抱閘制動(dòng)時(shí)的溜鉤現(xiàn)象。（4）起升機(jī)構(gòu)工作制動(dòng)器及安全制動(dòng)器的控制：操作主令控制離開零位進(jìn)行作業(yè)時(shí)，變頻器得到命令后對電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁，待在電機(jī)上建立足夠的力矩后釋放工作制動(dòng)器及安全制動(dòng)器;正常操作手柄回零位后，待電機(jī)減速至設(shè)定速度后工作制動(dòng)器斷電抱閘，安全制動(dòng)器延時(shí)斷電抱閘;操作起升機(jī)構(gòu)達(dá)到極限位置后或系統(tǒng)出現(xiàn)一級停車故障時(shí)，工作制動(dòng)器立即斷電抱閘，安全制動(dòng)器延時(shí)斷電抱閘;當(dāng)急停命令或系統(tǒng)出現(xiàn)急停故障時(shí)，工作制動(dòng)器和安全制動(dòng)器立即斷電抱閘。（5）吊點(diǎn)平衡：當(dāng)需要2臺車或多個(gè)吊鉤共同作業(yè)時(shí)，可以通過臨時(shí)通訊電纜連接2臺車的預(yù)留通訊口或已設(shè)置好的通訊系統(tǒng)，同時(shí)在操作臺上作相應(yīng)選擇，此時(shí)2臺車的PLC建立了通訊，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)相互數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換。在電機(jī)尾部安裝了作為測速反饋用的增量型光電編碼器，保證電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速的測量;同時(shí)，在卷筒軸上安裝有帶DP通訊口的絕對值型光電編碼器，具有數(shù)據(jù)唯一性、無重復(fù)誤差、數(shù)據(jù)斷電保持等高性能特性，此編碼器的數(shù)值可以直接轉(zhuǎn)換為吊鉤的實(shí)際高度值。PLC系統(tǒng)實(shí)時(shí)得出絕對值型光電編碼器的讀數(shù)偏差，并根據(jù)偏差的大小實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)變頻器的輸出，達(dá)到將多個(gè)吊鉤的高度差保持在設(shè)定的范圍內(nèi)的要求。

1.3電氣保護(hù)：配電系統(tǒng)由總斷路器和各機(jī)構(gòu)的帶熔斷器的隔離開關(guān)組成，從而可以使發(fā)生故障的支路被隔離維修，配電控制回路中，設(shè)有整機(jī)電源的起動(dòng)停止、緊急開關(guān)等環(huán)節(jié)。

1）緊急斷電開關(guān)：起重機(jī)的總控制屏和司機(jī)室聯(lián)動(dòng)臺上均設(shè)有蘑菇頭緊急斷電按鈕。在緊急情況下，可方便地切斷起重機(jī)總動(dòng)力及控制電源。

2）零位保護(hù)：在起重機(jī)的司機(jī)室控制臺上的手柄設(shè)有零位觸點(diǎn)，達(dá)到零位保護(hù)的目的。當(dāng)機(jī)構(gòu)開始運(yùn)轉(zhuǎn)和失壓后恢復(fù)供電時(shí)，必須先將控制器手柄置于零位后，機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)。

3）行程開關(guān)保護(hù)：在起重機(jī)的大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、起升機(jī)構(gòu)中均設(shè)有行程開關(guān)保護(hù)。起升機(jī)構(gòu)設(shè)置上升極限位置限制器（重錘及旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)）。它可以保證當(dāng)?shù)蹙咂鹕綐O限位置時(shí)，自動(dòng)切斷起升的動(dòng)力電源。起升機(jī)構(gòu)設(shè)置下降極限位置限制器（旋轉(zhuǎn)限位開關(guān)）。它可以保證當(dāng)?shù)蹙呦陆档綐O限位置時(shí)，自動(dòng)切斷下降的動(dòng)力電源，使鋼絲繩在卷筒上的纏繞不少于設(shè)計(jì)所規(guī)定的圈數(shù)。起重機(jī)的大、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)均設(shè)有限位開關(guān)。當(dāng)機(jī)構(gòu)到達(dá)其運(yùn)動(dòng)的極限位置時(shí)，能首先進(jìn)行減速，然后自動(dòng)停車。

4）聯(lián)鎖保護(hù)裝置：進(jìn)入橋機(jī)的門和由司機(jī)室登上橋架的艙門口都設(shè)有聯(lián)鎖保護(hù)裝置（接近開關(guān)）。當(dāng)門打開時(shí)，起重機(jī)的部分動(dòng)力電源被切斷，起重機(jī)不能開動(dòng)。

5）負(fù)荷限制器：當(dāng)載荷達(dá)到90%時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出聲光報(bào)警信號，達(dá)到105%時(shí)，立即斷電，起升機(jī)構(gòu)只能下降，不能上升。

2故障分析和處理

2.1故障現(xiàn)象

異常1、橋機(jī)1號主起升不能下降;當(dāng)操作1號主起升時(shí)抱閘能正常動(dòng)作，但主起升還未動(dòng)作時(shí)司機(jī)室的系統(tǒng)合閘電源就已斷開，司機(jī)機(jī)室操作橋機(jī)沒有反應(yīng)。與此同時(shí)司機(jī)室的顯示屏出現(xiàn)多個(gè)故障點(diǎn)指示，PLC信號指示燈sF常亮、BF1閃爍，現(xiàn)地變頻器報(bào)出故障7510通訊中斷信息。

異常2、橋機(jī)大車時(shí)常不能動(dòng)作;當(dāng)操作大車行走時(shí)，司機(jī)機(jī)室操作橋機(jī)沒有反應(yīng)。與此同時(shí)司機(jī)室的顯示屏出現(xiàn)多個(gè)故障點(diǎn)指示，PLC信號指示燈sF常亮、BF1閃爍，現(xiàn)地變頻器報(bào)出故障7510通訊中斷信息。

基于上述故障現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)在橋機(jī)操作啟動(dòng)瞬間，存在通信掉線故障。

2.2分析和處理過程

（1）由施耐德PLC信號指示燈sF常亮，BF1閃亮，這一故障現(xiàn)象可知BF2燈閃爍是總線故障，需要檢查DP頭及DP網(wǎng)線。而sF燈常亮則因BF2而起。為此首先檢查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的DP頭中有2個(gè)出現(xiàn)了顯著缺陷，即刻更換了DP頭，并且按照參數(shù)表重新設(shè)定了參數(shù)。

（2）將PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中首尾端變頻器上的DP頭電阻設(shè)置為“ON”位置，而中間變頻器上的DP頭電阻設(shè)置為“OFF”。

（3）經(jīng)過上述2步處理，橋機(jī)仍然不能正常進(jìn)行操作。進(jìn)一步進(jìn)行現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)通訊電纜緊挨著動(dòng)力電纜布置在同一橋架內(nèi)，為此將通訊電纜從橋架內(nèi)移出并加裝屏蔽接地線。經(jīng)上電操作橋機(jī)能夠正常操作，確保了李家峽水電站3號機(jī)組轉(zhuǎn)輪改造及A級檢修的施工進(jìn)度可控和在控。

3結(jié)束語

通過變頻器故障代碼及PLC模塊輸出信號顯示狀態(tài)，采用排除法找出了橋機(jī)頻繁出現(xiàn)故障的原因，通信電纜與橋機(jī)動(dòng)力電纜布置于同一電纜橋架，在橋機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，通信電纜受動(dòng)電纜強(qiáng)電干擾，引起通信信號故障，致使橋機(jī)頻繁出現(xiàn)不動(dòng)作的情況，通過此次事件分析，電氣安裝專業(yè)人員在設(shè)備改造過程中一定要遵循施工規(guī)范，將動(dòng)力電纜與控制電纜或信號電纜分隔開進(jìn)行敷設(shè)，弱電回路一定要做好防強(qiáng)電干擾的預(yù)控措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]杭州華新機(jī)電工程有限公司橋機(jī)操作維護(hù)使用說明書【z】

[2]SmMENS公司.PLC產(chǎn)品手冊【z】.