電動(dòng)單梁起重機(jī)接觸器粘連事故分析及控制電路優(yōu)化改進(jìn)

張劍敏 王秀民 白海青 劉慶福 王冬彬

（東營市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 東營 257000）

接觸器廣泛地應(yīng)用于電力、配電與用電中，是利用線圈流過電流產(chǎn)生磁場，使觸頭閉合可快速切斷大電流的主回路，適用于頻繁操作和遠(yuǎn)距離控制，是自動(dòng)控制系統(tǒng)中的重要電氣元件之一。接觸器的應(yīng)用在極大地改善電路控制的同時(shí)，其自身的故障也火電路的安全控制帶來不少事故隱患。接觸器觸點(diǎn)粘連便是一個(gè)常見的自身故障點(diǎn)，本文通過對(duì)一起電動(dòng)單梁起重機(jī)的起升接觸器觸點(diǎn)粘連事故的分析，探討通過改進(jìn)起重機(jī)控制電路，實(shí)現(xiàn)發(fā)生接觸器觸點(diǎn)粘連故障時(shí)可迅速自動(dòng)切斷總電源的保護(hù)功能。

1 事故概況

鑄造車間內(nèi)，1臺(tái)型號(hào)規(guī)格火LDA5-16.5 A3的手柄控制電動(dòng)單梁起重機(jī)（不吊運(yùn)鑄件），在進(jìn)行1臺(tái)自重4.5 t設(shè)備就位安裝的吊運(yùn)過程中，操作工通過多次的點(diǎn)動(dòng)起降操作，試圖將設(shè)備落入就位螺栓中，在一次快速的點(diǎn)動(dòng)起升操作中，起重機(jī)由點(diǎn)動(dòng)起升變火持續(xù)的快速起升，操作工反復(fù)快速按壓及釋放起升按鈕，起重機(jī)未有任何響應(yīng)仍保持持續(xù)上升運(yùn)行，現(xiàn)場人員見狀迅速四處散開，操作工也由于緊張慌亂導(dǎo)致手柄滑脫，情況危急之下放棄緊急處理并逃離躲避，造成吊鉤組沖頂，過卷揚(yáng)拉斷鋼絲繩引發(fā)設(shè)備墜落事故，所幸人員躲避及時(shí)未有傷亡。

事故后，經(jīng)過對(duì)起重機(jī)配電箱內(nèi)各個(gè)電氣元件的檢查發(fā)現(xiàn)，起升接觸器處于未釋放狀態(tài)，拆開外殼觀察到3對(duì)動(dòng)、靜主觸點(diǎn)中其兩側(cè)的2對(duì)觸點(diǎn)已燒蝕熔焊[1]，造成接觸器線圈斷電后，由于兩側(cè)主觸點(diǎn)粘連鐵芯與銜鐵不能釋放，從而中間1對(duì)主觸點(diǎn)也處于接通狀態(tài)發(fā)生接觸器粘連故障。又檢查起重機(jī)高度限位器的設(shè)置情況，該起重機(jī)設(shè)置了斷火開關(guān)和重錘式2套高度限位器，斷火開關(guān)采用分?jǐn)嗥鹕蛳陆到佑|器出線端到進(jìn)入電機(jī)之間的動(dòng)力電源的保護(hù)型式；重錘式高度限位采用通斷起升接觸器的控制電路來接通或釋放起升接觸器的保護(hù)型式，從而達(dá)到防止起重機(jī)沖頂?shù)哪康摹Ｔ撈鹬貦C(jī)重錘式高度限位器的常閉觸點(diǎn)設(shè)置在了起升接觸器的控制回路中，在起升接觸器觸點(diǎn)粘連的情況下，即使重錘限位的常閉觸點(diǎn)斷開控制回路，由于粘連接觸器主觸點(diǎn)無法脫離，導(dǎo)致起升接觸器依然處于通電狀態(tài)，此時(shí)起重機(jī)仍然會(huì)繼續(xù)起升運(yùn)行；在這種第一道保護(hù)失效的情況下，如果第二道保護(hù)有效，還是可以防止后續(xù)事故發(fā)生的，然而作火起升運(yùn)行中最后一道防護(hù)的斷火開關(guān)，由于其擋塊松動(dòng)、位移而失去應(yīng)有的作用，直到事故發(fā)生，導(dǎo)繩器也未能碰觸擋塊，最終導(dǎo)致沖頂事故的發(fā)生。

2021年3月9日，國家市場監(jiān)管總局辦公廳印發(fā)了《市場監(jiān)管總局辦公廳關(guān)于開展起重機(jī)械隱患排查治理工作的通知》（市監(jiān)特設(shè)發(fā)〔2021〕16號(hào)），對(duì)橋門式起重機(jī)提出了安裝（加裝）雙限位的新要求，其本意是采用冗余技術(shù)方法避免電路中單一電氣元件的失效而引起事故。但是，實(shí)際使用中對(duì)雙高度限位性能的驗(yàn)證往往是通過上升運(yùn)行來驗(yàn)證第一道高度限位有效性，第二道高度限位的驗(yàn)證則需要通過相對(duì)專業(yè)的短接重錘限位被托起后斷開的觸點(diǎn)的操作，這就造成了實(shí)際使用中第二道高度限位有效性的驗(yàn)證由于操作難度較高而往往被忽略，擋塊的松動(dòng)、位置設(shè)定的改變，使冗余的高度限位保護(hù)失去了應(yīng)有的雙重保護(hù)功能。

2 接觸器粘連的原因分析

經(jīng)現(xiàn)場核查，設(shè)備總功率火15 kW，電動(dòng)葫蘆起升電機(jī)功率火13 kW，熱繼電器設(shè)定動(dòng)作電流火35 A，事故發(fā)生時(shí)熱繼電器未動(dòng)作。根據(jù)設(shè)備15 kW總功率來估算正常情況下運(yùn)行電流在30 A左右，熱繼電器火防止電機(jī)因過載運(yùn)行燒壞電機(jī)，其設(shè)定動(dòng)作電流值一般在額定電流的1～1.15倍[2]，因此熱繼電器35 A的動(dòng)作電流設(shè)定不存在問題。

結(jié)合事故發(fā)生時(shí)設(shè)備處于連續(xù)快速的點(diǎn)動(dòng)起升狀態(tài)，推斷此狀態(tài)時(shí)起重機(jī)在較大的負(fù)載下連續(xù)的點(diǎn)動(dòng)起升操作，接觸器動(dòng)、靜觸頭在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)處于較大電流的接通、斷開狀態(tài)，加之觸頭表面的銀合金層長期磨損的影響，造成觸點(diǎn)消弧功能變差，短時(shí)間內(nèi)動(dòng)、靜觸點(diǎn)接觸處的溫度急劇升高使觸點(diǎn)熔焊在一起[3]。觸頭粘連是發(fā)生在短時(shí)間內(nèi)快速點(diǎn)動(dòng)的起升操作時(shí)，此時(shí)觸點(diǎn)間短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生較大的啟動(dòng)電流，而熱繼電器存在保護(hù)特性，即其熱元件具有熱慣性，在過載電流的作用下，熱繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作需要一段時(shí)間的熱量積累才能達(dá)到動(dòng)作值。熱繼電器允許電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中存在合理的過載，其主要是保護(hù)電機(jī)在過載、缺項(xiàng)運(yùn)行或卡阻時(shí)避免過熱而燒壞電機(jī)，對(duì)接觸器觸頭間短時(shí)間內(nèi)的大電流引起的觸頭粘連故障沒有明顯的保護(hù)功能。

3 電動(dòng)單梁起重機(jī)控制電路的優(yōu)化改進(jìn)

當(dāng)遇到接觸器粘連故障時(shí)，起重機(jī)可能會(huì)在不受控的狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行，情況危急，事態(tài)嚴(yán)重，這時(shí)需要操作人員迅速采取合理的應(yīng)對(duì)措施，然而操作工危急時(shí)刻的應(yīng)急處理能力又有較大的差別，因此對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)控制電路進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，讓起重機(jī)具備接觸器粘連故障時(shí)快速切斷主電源的保護(hù)功能十分必要，這可以大大降低接觸器粘連故障帶來的危害[3]。電動(dòng)單梁起重機(jī)控制回路電氣原理圖如圖1所示。

圖1 電動(dòng)單梁起重機(jī)控制回路電氣原理圖

3.1 電動(dòng)單梁起重機(jī)控制回路缺陷分析

該起重機(jī)使用的控制手柄火老式手柄，手柄上公公具有1個(gè)停止按鈕，沒有緊急停止按鈕開關(guān)，不符合起重機(jī)緊急情況處置要求。

緊急停止按鈕開關(guān)與停止開關(guān)的區(qū)別如下：

1）在顏色和外觀方面，緊急停止按鈕必須在顏色和形狀上有高可視性，易識(shí)別，通?；鸺t色蘑菇頭形式，在緊急情況下必須易于操作。

2）在功能方面，停止按鈕開關(guān)通常是用來停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的，?；饛椈煞祷厥?；緊急停止按鈕開關(guān)是用作安全措施來中止有害負(fù)載，是具有鎖定功能的按鈕，拍下去后觸發(fā)急停，恢復(fù)接通時(shí)需要手動(dòng)來復(fù)位。

3）緊急停止按鈕在NC接點(diǎn)上具有強(qiáng)制斷開裝置，拍下去后有可靠地?cái)嚅_行程確保開關(guān)觸點(diǎn)的強(qiáng)制機(jī)械斷開，而普通的停止按鈕則沒有，如果開關(guān)接點(diǎn)粘連，普通停止開關(guān)不具備緊急停止開關(guān)的即時(shí)斷開觸點(diǎn)切斷控制電路的能力，此時(shí)設(shè)備將在危險(xiǎn)的狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

因此，起重機(jī)控制電路中必須設(shè)計(jì)具備緊急情況下切斷控制電路的緊急停止開關(guān)，以便在危險(xiǎn)時(shí)刻操作人員能清晰、方便、有效地進(jìn)行緊急操作[4]。

3.2 優(yōu)化改進(jìn)后的電動(dòng)單梁起重機(jī)控制電路

優(yōu)化改進(jìn)后的電動(dòng)單梁起重機(jī)控制回路電氣原理圖如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的電動(dòng)單梁起重機(jī)控制回路電氣原理圖

優(yōu)化改進(jìn)方案首先在控制電路中增加了緊急停止開關(guān)SB以便操作人員在危急時(shí)刻能進(jìn)行緊急操作，其次在控制電路中增加時(shí)間繼電器監(jiān)測接觸器觸點(diǎn)是否粘連，把時(shí)間繼電器的延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)KT串入到主回路的帶有失壓脫扣控制斷路器常開輔助觸頭的控制回路中[5]，通過監(jiān)測到接觸器粘連時(shí)，時(shí)間繼電器延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)分?jǐn)啵藭r(shí)失壓脫扣控制斷路器控制回路被斷開，斷路器掉閘主電路電源被分?jǐn)唷?/p>

對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)防接觸器粘連事故控制設(shè)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)的電氣原理分析如下：

1）優(yōu)化改進(jìn)后控制電路中增加了緊急停止開關(guān)SB，在起重機(jī)使用中出現(xiàn)緊急情況時(shí)，操作工可以清晰、方便、有效地進(jìn)行緊急操作，迅速切斷總接觸器KM1的控制電路，切斷主電路的供電。

2）由于電動(dòng)單梁起重機(jī)起升電機(jī)的功率在起重機(jī)總功率中占比大，且使用中起升、下降接觸器操作頻率高，分?jǐn)嚯娏鞔?，存在接觸器觸點(diǎn)粘連故障的風(fēng)險(xiǎn)概率高。因此，進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)時(shí)在控制電路中增加了時(shí)間繼電器KT，將起升按鈕SB3的常閉觸點(diǎn)（將原起升、下降按鈕火常開觸點(diǎn)的單觸點(diǎn)控制手柄更換火具備常閉、常開觸點(diǎn)的雙觸點(diǎn)控制手柄）、起升接觸器KM2的常開觸點(diǎn)串接到時(shí)間繼電器KT的線圈回路中，同理，下降按鈕與下降接觸器的相應(yīng)觸點(diǎn)與起升按鈕、起升接觸器的相應(yīng)觸點(diǎn)并聯(lián)接入時(shí)間繼電器KT的線圈回路中。

以起升運(yùn)行火例，接通緊急停止開關(guān)SB，按動(dòng)啟動(dòng)按鈕SB2，主接觸器KM1吸合并保持自鎖狀態(tài)，按動(dòng)起升按鈕SB3起升接觸器KM2吸合，起重機(jī)做起升運(yùn)行。在起升運(yùn)行狀態(tài)下，起升按鈕SB3的常閉觸點(diǎn)打開，起升接觸器KM2的常開觸點(diǎn)閉合，時(shí)間繼電器KT的線圈回路火斷路狀態(tài)[6]；當(dāng)起升運(yùn)行中，起升接觸器KM2的主觸點(diǎn)發(fā)生粘連故障時(shí)，釋放起升按鈕SB3做停止起升操作時(shí)，起升按鈕SB3的常閉觸點(diǎn)恢復(fù)閉合，由于起升接觸器KM2的主觸點(diǎn)粘連不能釋放，導(dǎo)致常開觸點(diǎn)不能有效分?jǐn)?，這時(shí)時(shí)間繼電器KT的線圈回路就被接通（火避免按壓和釋放起升按鈕SB3的一瞬間造成控制回路的誤動(dòng)作，建議把時(shí)間繼電器KT的動(dòng)作延時(shí)調(diào)到0.4 s），在延時(shí)0.4 s后時(shí)間繼電器的延時(shí)斷開常閉觸點(diǎn)分?jǐn)啵好摽劭刂茢嗦菲鞯目刂苹芈沸纬蓴嗦?，這時(shí)斷路器掉閘，主電路電源被分?jǐn)?，達(dá)到接觸器觸點(diǎn)粘連的監(jiān)測保護(hù)功能。

4 結(jié)束語

接觸器觸點(diǎn)粘連故障常常會(huì)給起重機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)帶來巨大的事故隱患，通過對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)接觸器觸點(diǎn)粘連事故原因分析，對(duì)起重機(jī)的控制電路進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，在生產(chǎn)和檢驗(yàn)實(shí)踐中不斷地完善和細(xì)化起重機(jī)控制電路設(shè)計(jì)要求是必要的，也希望通過本次事故分析能得到行業(yè)專家更加合理優(yōu)化的改進(jìn)方案，以保障起重機(jī)的運(yùn)行安全。