起重機(jī)相序保護(hù)器的檢驗(yàn)及其失效探討

尚坤坤，王大偉，陳串

（舟山鼠浪湖碼頭有限公司，浙江 舟山 316000）

在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中，起重機(jī)是必不可少的機(jī)械設(shè)備，主要用于重物的位移，然而，若起重機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)發(fā)生電動(dòng)機(jī)過熱、過載以及斷相的情況，勢(shì)必會(huì)造成電動(dòng)機(jī)燒毀，進(jìn)而影響作業(yè)進(jìn)程，嚴(yán)重的情況下甚至?xí){現(xiàn)場(chǎng)人員的生命安全，所以一定要將相序保護(hù)器安裝到起重機(jī)設(shè)備中，以此提升起重器運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性。若缺少了相序保護(hù)器，起重機(jī)極其容易受到電源相序接反的影響造成行程開關(guān)失效的現(xiàn)象，使得起重機(jī)隨時(shí)有“脫軌”的風(fēng)險(xiǎn)。

1 起重機(jī)的主要特點(diǎn)分析

起重機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，是必不可少的機(jī)械設(shè)備，將其應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、建筑施工中，一方面可以大幅度減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，另一方面則有助于顯著提升生產(chǎn)質(zhì)效。起重機(jī)在各個(gè)行業(yè)中所扮演的角色有所不同，在港口碼頭中主要應(yīng)用起重機(jī)進(jìn)行貨物裝卸，但是，在冶金生產(chǎn)過程中，起重機(jī)則能夠應(yīng)用到生產(chǎn)全過程，針對(duì)特殊行業(yè)，起重機(jī)的應(yīng)用形式也比較特殊，通常用于代替人工操作，力求在機(jī)械設(shè)備輔助下將特殊作業(yè)對(duì)人體傷害降到最低。由此可以看出，起重機(jī)同生產(chǎn)、生活之間存在著非常緊密的關(guān)系。

雖然起重機(jī)的應(yīng)用效能顯著，但也存在一些弊端，比如，起重機(jī)運(yùn)行階段能量消耗較大，對(duì)于操作人員的專業(yè)水平、技能要求也極高，盡管很多科研人員一直致力于優(yōu)化起重機(jī)設(shè)計(jì)，但更多的是以起重機(jī)主梁承載力作為側(cè)重點(diǎn)，為拓展起重機(jī)應(yīng)用效益未來還需要從起重機(jī)主要特征、工業(yè)發(fā)展趨勢(shì)出發(fā)，針對(duì)性研究起重機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在起重機(jī)制造階段，要求制造材料、制造工藝均要達(dá)到起重機(jī)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，隨著我國鋼鐵工業(yè)的不斷發(fā)展，一系列新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，為進(jìn)一步提升起重機(jī)的最大起重量，需要積極采用高強(qiáng)度鋼材原料，以此提升起重機(jī)主梁強(qiáng)度、剛度，若起重機(jī)的額定起重量減少的情況下，可以通過驅(qū)動(dòng)小功率驅(qū)動(dòng)裝置的方式，來達(dá)到節(jié)約能源的目的。

2 相序保護(hù)器及其原理

當(dāng)電源相序接反后倒轉(zhuǎn)的情況下，極易誘發(fā)安全事故、設(shè)備故障，此時(shí)，要通過控制回路接入相序保護(hù)器的方式，將電源相序調(diào)整過來。其工作原理如下：取樣三相電源，在對(duì)其進(jìn)行處理后，確定電源相序、相序保護(hù)器端子輸入的相序一致的基礎(chǔ)上，接通輸出繼電器以及設(shè)備主控制回路。如果電源相序出現(xiàn)變化的情況下，相序不一致，則輸出繼電器無法接通，這樣就能達(dá)到保護(hù)設(shè)備、規(guī)避事故風(fēng)險(xiǎn)的目的。

三相電源分別接入保護(hù)器的R、S、T 三個(gè)接線點(diǎn)（部分保護(hù)器為U、V、W），相序保護(hù)器上的輔助觸點(diǎn)通常為一常開、一常閉，將其接入控制回路后，需要根據(jù)原理以及接線圖確定具體接入的觸點(diǎn)，如果相序發(fā)生錯(cuò)誤或者存在缺相的情況下，保護(hù)器的輔助觸點(diǎn)動(dòng)作會(huì)從常開調(diào)整為常閉，或者從常閉調(diào)整為常開，如果想起到保護(hù)功能，正確做法是接入常閉觸點(diǎn)。關(guān)于相序保護(hù)器的溫度保護(hù)，當(dāng)相序保護(hù)器電動(dòng)機(jī)并未大于額定值，但是受到通風(fēng)效果不佳、環(huán)境溫度過高、啟動(dòng)次數(shù)過于頻繁等因素的影響，電動(dòng)機(jī)會(huì)過熱。針對(duì)此種情況，無法通過過流保護(hù)、過載保護(hù)的方式解決，而是需要直接體現(xiàn)溫度變化的熱保護(hù)器，比如，應(yīng)用帶有雙金屬片的溫度繼電保護(hù)器，讓金屬片直接埋置在發(fā)熱部位，當(dāng)溫度保護(hù)被觸發(fā)之后，電動(dòng)機(jī)的電流值可能依舊處于正常閾值，所以要采取溫度保護(hù)的方式。相比過載保護(hù)，二者雖然都是以溫度為觸發(fā)保護(hù)的媒介，但過載保護(hù)主要適用于超出額定值導(dǎo)致的繼電器升溫情況，二者始終不能相互替代。

關(guān)于相序保護(hù)器的原理，通常電動(dòng)機(jī)動(dòng)作的接線順序是有規(guī)定的，一旦因?yàn)槟撤N原因?qū)е孪嘈虺霈F(xiàn)錯(cuò)亂，電動(dòng)機(jī)輕則無法運(yùn)行，重則損壞，而安裝相序保護(hù)器的目的就是為了規(guī)避此類事故，依托相序，當(dāng)電路中相序同指定相序不一致的情況下，相序保護(hù)器會(huì)自動(dòng)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，通過切斷控制電路的方式，將電動(dòng)機(jī)的電源自動(dòng)切斷，以此來保護(hù)電動(dòng)機(jī)。應(yīng)用相序保護(hù)器的優(yōu)勢(shì)在于可以將三相電源電壓實(shí)時(shí)顯示出來，同時(shí)在電源發(fā)生各類故障時(shí)利用繼電器輸出的形式予以保護(hù)，比如，錯(cuò)相保護(hù)、缺相保護(hù)、欠壓保護(hù)等，同時(shí)發(fā)揮觸點(diǎn)控制信號(hào)，兼具了提示與保護(hù)兩項(xiàng)功能?？偟膩碚f，相序保護(hù)器是集成了多種功能為一體，采用微處理芯片、非易失存儲(chǔ)技術(shù)，功能齊全、性能穩(wěn)定、操作便捷的保護(hù)儀器。

3 起重機(jī)相序保護(hù)器的檢驗(yàn)及其失效

相序保護(hù)器是一種集成多種功能的專業(yè)設(shè)備發(fā)，當(dāng)電源產(chǎn)生過壓限電問題時(shí)，一般是采用繼電器輸出的形式發(fā)出預(yù)警，接著通過動(dòng)作輸出的觸點(diǎn)控制信號(hào)，對(duì)電路加以保護(hù)。若相序保護(hù)器本身存在問題，外加電壓的波動(dòng)，那么就極其容易增加相序保護(hù)器動(dòng)作錯(cuò)誤的概率，影響起重機(jī)的生產(chǎn)作業(yè)，因此技術(shù)人員應(yīng)加大對(duì)相序保護(hù)器的檢驗(yàn)力度，力求最大程度降低相序保護(hù)器發(fā)生失效的可能。

3.1 設(shè)計(jì)中斷錯(cuò)相保護(hù)失效

根據(jù)《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》《起重機(jī)械安全監(jiān)察規(guī)定》等制度的內(nèi)容，為進(jìn)一步規(guī)范起重機(jī)設(shè)備的安裝、改造、重大修理監(jiān)督檢驗(yàn)等工作，針對(duì)“錯(cuò)相和缺相保護(hù)”提出“裝設(shè)錯(cuò)項(xiàng)保護(hù)裝置、缺相保護(hù)”的要求，目的是應(yīng)對(duì)起重機(jī)運(yùn)行階段出現(xiàn)的發(fā)電機(jī)錯(cuò)相、缺相的現(xiàn)象，從根源處防范危險(xiǎn)事故發(fā)生。通過實(shí)施通電檢查試驗(yàn)的方式，在斷開電能裝置后，將裝置中的一根相線或者其中兩根相線進(jìn)行換接，由于起重機(jī)上加裝了斷錯(cuò)保護(hù)器，所以這樣做可以起到保護(hù)電能裝置斷相、錯(cuò)相的目的，并且檢查起重機(jī)作業(yè)過程中主電源接觸器斷開的情況。

（1）通電檢查試驗(yàn)，斷錯(cuò)相保護(hù)功能有效。在起重機(jī)處于地控控制的情況下，在應(yīng)用通電檢查試驗(yàn)方法對(duì)起重機(jī)的相序保護(hù)器實(shí)施檢查的過程中，第一步要將總開關(guān)斷開，然后再將能換成電能裝置內(nèi)的一根相線或者兩根相線進(jìn)行換接，換接完畢后將電源接通，此時(shí)，相序保護(hù)器APR 會(huì)觸發(fā)切斷輸出端的動(dòng)作，此時(shí)檢查人員需要按下啟動(dòng)按鈕，使停止按鈕開關(guān)處在復(fù)位狀態(tài)，因?yàn)橐粋€(gè)控制器會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入量，依據(jù)特定規(guī)則及算法構(gòu)建對(duì)應(yīng)的控制回路，也就是調(diào)節(jié)電路電源處于斷開或者連接狀態(tài)，如果交流接觸器的線圈沒有通電，總接觸器處于斷開狀態(tài)，進(jìn)而影響起重機(jī)的正常運(yùn)行。因此，采用通電檢查試驗(yàn)方法，起重機(jī)斷相錯(cuò)相保護(hù)功能是有效的。

（2）控制回路總停接通后，斷錯(cuò)相保護(hù)功能失效。首先，當(dāng)相序保護(hù)器APR 工作狀態(tài)穩(wěn)定，不存在斷相、錯(cuò)相、過壓、欠壓等故障問題，相序保護(hù)器的APR 的輸出端將處在閉合狀態(tài)，促使檢查人員按下啟動(dòng)按鈕，讓停止按鈕開關(guān)復(fù)位，將電路中交流接觸器KM 線圈通電，KM 的一個(gè)常開輔助觸點(diǎn)保持閉合狀態(tài)，并且以自動(dòng)的方式鎖定；KM 的另一個(gè)常開輔助觸點(diǎn)也會(huì)呈現(xiàn)出閉合的狀態(tài)，而且短接相序保護(hù)器的輸出端，此時(shí)，運(yùn)行電路全部斷離，總停接通。其次，在運(yùn)行電路全部電源已接通未充電的情況下，若三相交流電源供電的電路中，沒有接入變壓器供電線的一相通常發(fā)生以下幾項(xiàng)問題，比如，熔斷器開路、供電線路斷開、供電電源電壓波動(dòng)過大，盡管相序保護(hù)器APR 已經(jīng)檢測(cè)到故障存在，而且立即觸發(fā)保護(hù)，將輸出端斷開，但因?yàn)檩敵龆艘呀?jīng)與電路中交流接觸器KM 的輔助觸點(diǎn)短接在一起，使得運(yùn)行電路與電源的端子9-2 全部斷離，處于持續(xù)接狀態(tài)，所以即使相序保護(hù)器APR 已經(jīng)第一時(shí)間觸發(fā)動(dòng)作保護(hù)，依然無法令交流接觸器KM 線圈失電，簡(jiǎn)單來說，就是控制回路總停接通后，斷錯(cuò)相保護(hù)功能失效。

此種設(shè)計(jì)方式極其巧妙，這是因?yàn)槠鹬貦C(jī)控制柜中的相序保護(hù)器幾乎不會(huì)發(fā)生短接現(xiàn)象，而且經(jīng)過之前通電試驗(yàn)檢查法也能確定相序保護(hù)器的功能具備有效性，所以促使現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)工作效率得到大幅度提升。然而，當(dāng)將控制回路的總停接通的情況下，相序保護(hù)器的輸出端通常會(huì)與總接觸器的常開輔助觸點(diǎn)形成短接，此時(shí)，相序保護(hù)器則不具備保護(hù)功能。按照此種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在安裝修理作業(yè)過程中僅需要經(jīng)過斷電、拆或裝相線、送電三個(gè)步驟，就能檢測(cè)出三相電源是否存在接入錯(cuò)誤，同步觸發(fā)保護(hù)裝置；相應(yīng)，當(dāng)起重機(jī)通電開始運(yùn)行后，又能有效屏蔽相序保護(hù)器完成精度檢測(cè)，并觸發(fā)因多種原因?qū)е碌南嘈虮Ｗo(hù)器動(dòng)作保護(hù)。值得強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)控制回路的總停止接通之后，對(duì)于短接在相序保護(hù)器中的電機(jī)保護(hù)裝置而言是有一定風(fēng)險(xiǎn)的，就拿三相電路未接入變壓器供電一相來說，必然會(huì)伴隨熔斷器開路、該相信供電線路斷開的現(xiàn)象，總接觸器KM 依舊處于閉合狀態(tài)，這樣也就導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在缺相狀態(tài)下運(yùn)行，非常容易產(chǎn)生過熱燒損。

3.2 使用環(huán)節(jié)的斷錯(cuò)相保護(hù)失效

當(dāng)相序保護(hù)器發(fā)生過壓、欠壓故障時(shí)，指示燈會(huì)處于常量狀態(tài)，用于提示電源電壓不穩(wěn)定。此時(shí)，建議應(yīng)用鉗形電流表對(duì)交流電壓擋實(shí)施測(cè)量，得出交流電源輸出端中三相電源線的最小輸入電壓，接著，同額定電壓進(jìn)行對(duì)比，若偏差為負(fù)，則表示此時(shí)供電電源的壓力是不足的。在此基礎(chǔ)上，查閱對(duì)應(yīng)型號(hào)的相序保護(hù)器使用說明書，了解其是否具備過壓、欠壓的保護(hù)功能，以及允許的電壓波動(dòng)范圍，若測(cè)得的三相電源電壓最小值相比相序保護(hù)器的欠壓保護(hù)動(dòng)作閾值要高，相序保護(hù)器動(dòng)作觸發(fā)故障保護(hù)動(dòng)作。通過通電試驗(yàn)的方式實(shí)施失效檢查，如果在斷相、逆相的情況下，故障提示燈常亮，且相序保護(hù)器觸發(fā)動(dòng)作，總電源接觸器處于閉合狀態(tài)，起重機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定正常，可以判定錯(cuò)相保護(hù)功能失效。在檢查相序保護(hù)器的過程中，如果輸出端口接線被短接，并且兩根接線同時(shí)連在NO 常開輸出端，頻繁出現(xiàn)相序保護(hù)器動(dòng)作切斷起重機(jī)動(dòng)力回路電源的現(xiàn)象，此時(shí)，首先，需要考察該區(qū)域電網(wǎng)的供電電壓日常的穩(wěn)定性；其次，通過短接相序保護(hù)器的辦法將欠壓保護(hù)功能進(jìn)行屏蔽。

起重機(jī)中安裝的相序保護(hù)器，一般情況下三相電源會(huì)依次接入R、S、T 三個(gè)接線端，電源輸出主要依靠?jī)山M觸點(diǎn)，分別為一常開、一常閉，依靠觸點(diǎn)產(chǎn)生的通斷變化實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的輸出，以此來達(dá)到預(yù)警、保護(hù)的目的。NO 屬于常開觸點(diǎn)接線端、NC 屬于常閉觸點(diǎn)接線端、COM 屬于公共接線端。之所以相序保護(hù)器失效，主要是因?yàn)槠溥B接控制電路的兩根接線都與NO 端相連，導(dǎo)致相序保護(hù)器的輸出端被短接，控制電路電流繞過相序保護(hù)器，所以斷錯(cuò)相、過欠壓都不會(huì)影響相序保護(hù)器動(dòng)作觸發(fā)的常開常閉觸點(diǎn)狀態(tài)，控制電路通斷不會(huì)發(fā)生變化。正確的做法是將分別將NC 端、COM 端與常閉觸點(diǎn)相接，這樣在相序保護(hù)器動(dòng)作的過程中，常閉觸點(diǎn)就能自動(dòng)斷開，將控制電路的供電切斷，此時(shí)，總電源接觸器自然也會(huì)斷開，如此就能對(duì)斷錯(cuò)相、過欠壓實(shí)施保護(hù)。

4 結(jié)語

綜上所述，起重機(jī)因具備強(qiáng)大的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，使其在諸多行業(yè)領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用，經(jīng)過多年的研制，我國起重機(jī)性能已經(jīng)有了極大改善，但是，同西方國家相比依舊存在些許差距，為此深入研究起重機(jī)相序保護(hù)器的檢驗(yàn)措施以及失效是十分有必要的，技術(shù)及研究人員需要在檢驗(yàn)實(shí)踐中不斷積累經(jīng)驗(yàn)，積極引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)我國起重機(jī)應(yīng)用需求以及地域條件，構(gòu)建出一套完備的起重機(jī)相序保護(hù)器的檢驗(yàn)體系，進(jìn)而為市場(chǎng)提供可靠安全優(yōu)質(zhì)的起重機(jī)產(chǎn)品。