門式與橋式起重機電氣保護系統(tǒng)的檢驗技術(shù)

王賀濤

（安徽省特種設(shè)備檢測院，安徽 合肥 230031）

0 引言

門式與橋式在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮出十分關(guān)鍵的作用，但其結(jié)構(gòu)復雜、邏輯性強的特點也給故障維修帶來較大難度。為保證安全生產(chǎn)、降低事故發(fā)生概率，有必要加強對起重機電氣保護系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)置，起到應有的關(guān)鍵保護作用。與此同時，在門式與橋式起重機運行過程中，還應加強對電氣保護系統(tǒng)的合理檢驗，提高起重機運行安全性與穩(wěn)定性。

1 門式與橋式起重機概述

1.1 運行特點

門式起重機指的是采用了門型框架金屬結(jié)構(gòu)的起重機設(shè)備，可分為全門式與半門式起重機，可直接在地面軌道上運行。門式起重機由電控設(shè)備、緩沖器、電動機等結(jié)構(gòu)件組成，具有較強的適應性與廣泛的作業(yè)范圍。橋式起重機采用的則為橫跨式結(jié)構(gòu)，由主梁、端梁、走臺等部分組成，根據(jù)具體的工業(yè)生產(chǎn)要求可對起重量、跨度、提升高度等參數(shù)進行調(diào)節(jié)。

1.2 電氣保護系統(tǒng)

電氣保護系統(tǒng)是門式與橋式起重機的關(guān)鍵構(gòu)成，除了工作環(huán)境不同外，兩種起重機的電氣保護系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上并沒有明顯差異，均可以實施過載保護、線路保護等不同模式，基于統(tǒng)一檢驗規(guī)則，保證電氣控制系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，避免出現(xiàn)安全隱患[1]。根據(jù)國家起重機安裝規(guī)程，在對門式與橋式起重機實施電動機保護時應確保電機具備順動/反時限動作，進而有效加強電流保護。同時考慮到電氣保護系統(tǒng)的整體性，為避免某一構(gòu)件損壞影響整體系統(tǒng)運行，需要落實完善的電氣保護系統(tǒng)檢驗工作，促進起重機運行效能的提升。通常情況下，電氣保護系統(tǒng)的構(gòu)成包括主回路、控制回路、照明回路，其具體原理如圖1 所示。

圖1 門式與橋式起重機電氣保護系統(tǒng)原理

2 門式與橋式起重機電氣保護系統(tǒng)檢驗技術(shù)

起重機電氣系統(tǒng)構(gòu)造如圖2 所示。根據(jù)《起重機械安全規(guī)程》[2]有關(guān)規(guī)定，門式與橋式起重機電動機保護應對系統(tǒng)實施熱過載保護或安裝傳感元件，出現(xiàn)故障后應及時進行制動機閉合處理。基于此，以下就各環(huán)節(jié)故障起因分別研究。

圖2 門式與橋式起重機電氣保護系統(tǒng)構(gòu)造

2.1 電源滑觸線

起重機運行期間，應根據(jù)其容量及應用環(huán)境選擇合適的滑觸線類型，包括鋼性滑觸線與安全滑觸線。通常情況下，起重機滑觸線為三相四線制或三相五線制，一旦滑觸線接觸不良，將直接導致起重機電氣系統(tǒng)故障，影響其正常運行。因此，相關(guān)人員在安裝電源滑觸線時，還需要安裝雙集電器；若滑觸線與起重機司機室位于同側(cè)，則需要安裝防護板來規(guī)避觸電可能。

2.2 零位保護

起重機運行期間，若司機離開工作臺且沒有將手柄歸至零位，電氣系統(tǒng)運行后設(shè)備將自行啟動引發(fā)碰撞風險。針對這一情況，可通過零位保護對起重機作業(yè)起支持保護作用，特別是對于沒有安裝自動復位功能的起重機來說，零位保護的安裝十分關(guān)鍵。工作人員在進行零位保護裝置檢測的過程中，需要先關(guān)閉起重機總電源將控制手柄歸零后再通電觀察設(shè)備運行情況，在零位保護生效情況下，起重機無法正常通電[3]。

2.3 主隔離開關(guān)與短路檢測保護

起重機電氣保護系統(tǒng)檢測應在斷電基礎(chǔ)上進行，通過隔離開關(guān)將電源切斷，工作人員需掌握電源運作狀態(tài)，保證設(shè)備運行的安全性與穩(wěn)定性。為保證其安全性能，應以主隔離開關(guān)運作狀態(tài)為主，同時為確保起重機自身絕緣裝置發(fā)揮效用，還需要安裝相應的短路裝置，一旦出現(xiàn)電路異?，F(xiàn)象可自主切斷電源體系。值得注意的是，起重機總電源短路檢測應圍繞總電源保護進行，以額定電流與動作電流為主要檢測對象，具體流程為：（1）根據(jù)起重機類型對額定電流標準化展開研究；（2）根據(jù)起重機標準設(shè)定尖峰電流數(shù)值；（3）計算標準化額定電流和瞬時電流，保證計算信息和設(shè)置信息的一致性。

2.4 過載保護與超速保護

門式與橋式起重機功率均在1000 W 以上，因此需要安裝相應的過載保護裝置。起重機運行期間，內(nèi)部運行電流會隨著電動機負載的增加而增加，為避免電流過大燒毀線圈，可通過過載保護自動切斷電路，保護線圈安全。常見的電動機過載保護包括電流繼電器、帶熱脫扣器斷路器等。針對起重機負載超閾值需設(shè)置相應的超速保護，其整定值下降額度應控制在1.25～1.4 倍，繼電器動作電流應為額定電流的2.5 倍[4]。以橋式起重機為例，需在起升機構(gòu)上安裝超速保護裝置，同時需要對過流繼電器進行檢測，確保電器滿足要求。

2.5 緊急斷電開關(guān)

工作人員在進行起重機操作及檢修過程中，一旦面臨突發(fā)情況需緊急切斷起重機總電源。一般情況下，起重機總電源上裝有接觸器，而檢測工作中也需要對起重機總電源與接觸器進行系統(tǒng)分析，其具體步驟為：（1）切斷緊急斷電開關(guān)，觀察其是否可以自動復位；（2）通過接觸器切斷起重機主回路線路，檢查緊急斷電開關(guān)是否符合檢驗要求；（3）若起重機具備多個操作控制點，應在便于操作的位置設(shè)置緊急斷電開關(guān)。

2.6 絕緣電阻保護

為降低觸電事故發(fā)生概率，起重機需通過電氣絕緣防護裝置起保護作用，但在實際運行過程中，電氣絕緣性能會受到環(huán)境、機械、電氣等因素影響而降低，因此需要加強對絕緣電阻保護的檢驗。根據(jù)不同的用電裝置往往采取不同的檢查方法，若額定電壓為500 V 可采用絕緣電阻測量方法，具體步驟為：（1）斷開起重機總電源開關(guān)，設(shè)置相應的安全防護設(shè)施；（2）聯(lián)通起重機電氣線路，確保控制器、接觸器處于接通狀態(tài)，借助500 V 兆歐表進行檢測；（3）連接起重機線路與兆歐表L 端口以及起重機金屬結(jié)構(gòu)與E 端口，保證接觸良好；（4）讀取電阻值，保證其在1 MΩ 以上[5]。

3 起重機電氣保護系統(tǒng)配置案例

3.1 設(shè)備概況

某廠采用雙梁門式起重機，其跨度、吊重以及起升高度分別為30 m、10 t、12 m，大車行程為208 m，由2 臺門機共用12 電源滑觸線。該門式起重機各機構(gòu)均采用繞線式Y(jié)ZR 型電動機，具體配置情況見表1。

表1 門式起重機各機構(gòu)電動機配置情況

門式起重機電氣主回路如圖3 所示。

圖3 門式起重機電氣主回路示意

門式起重機運行期間，易受電器元件與電線電纜質(zhì)量影響而產(chǎn)生過載過熱與短路問題，并造成一定的安全隱患。該廠在對門式起重機電控系統(tǒng)進行檢查時，發(fā)現(xiàn)其部分電動機未安裝空氣開關(guān)或熔斷器，不能起到應有的短路及過載保護效果，因此有必要進行起重機電氣回路開關(guān)和保護配置優(yōu)化。

3.2 主回路開關(guān)保護配置

為便于門式起重機停送電，往往會在操作室配置總空氣斷路器，同時保證隔離開關(guān)與總斷路器配置靠近，來有效避免帶負荷拉合閘。主回路開關(guān)保護配置裝置由電磁脫扣器與熱脫扣器構(gòu)成，前者可達到瞬時切斷的效果，發(fā)揮電源短路保護及電纜短路保護的作用；后者可達到反時限延時的效果，發(fā)揮主回路過載保護的作用。在此基礎(chǔ)上，完成總接觸器KMO 設(shè)計，可有效提升起重機總電源緊急切除、失壓保護等效果，因此可省去總過流繼電器OFA 的安裝。為規(guī)避因電機開關(guān)和電流繼電器偏大而造成的延時加長問題，工作人員往往會選用瞬動型電流繼電器?？傔^流繼電器整定值的計算為最大電動機額定電流與其余電動機額定電流相加，即2.5 × 63.4 + 2 ×24.9 + 15 = 223（A）；機構(gòu)處于卡死堵轉(zhuǎn)狀態(tài)時，主回路最大電流按6與其余電機額定電流之和計算，得到升降主回路最大電流為444 A，大車為376 A，小車為203 A，可以看出，總過流繼電器在升降、電機堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下正常啟動。

3.3 電動機過電流保護

為保證門式起重機正常運行，瞬動型電流繼電器應與斷路器組合使用，開斷電流范圍在30 ～50 kA 以上。各回路機構(gòu)接觸器斷流能力及短路電流見表2。

表2 各回路機構(gòu)接觸器斷流能力及短路電流

瞬動電磁脫扣器與繼電器在動作時間上差異不大，10 以上電流通過800 A 空氣開關(guān)及JL15 電流繼電器動作時間均為0.02 s 左右，若電機發(fā)生短路，接觸器存在先斷開的情況，因此可改型為延時型電流繼電器。而且，瞬動型電流繼電器運行期間還存在以下弊端：（1）繼電器對2.5 以下的過載不能起到應有保護作用；（2）無法避開起動電流的影響；（3）面對跳閘現(xiàn)象，若將整定值調(diào)至最大則無法發(fā)揮保護作用。

門式起重機電動機發(fā)熱屬于一個持續(xù)性過程，即便存在電機堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，在電機電流2 上升至5～73 內(nèi)，電機仍可以正常運行，不需要進行瞬動跳閘操作。為實現(xiàn)理想的電動機過流保護效果，在選配空氣斷路器時應加強的方面有：（1）在保證適配的基礎(chǔ)上盡可能調(diào)大空氣開關(guān)殼架額定電流等級，為后續(xù)接線操作提供便利；（2）為保護電機過載，空氣開關(guān)熱脫扣器額定電流應根據(jù)而定，門式起重機通常的取值為1.2～1.3；（3）保證空氣斷路器的動作電流穩(wěn)定、額定電流可調(diào)。

4 結(jié)語

電氣保護系統(tǒng)在門式、橋式起重機實際運行中發(fā)揮出關(guān)鍵作用，為保證系統(tǒng)運行的安全性與穩(wěn)定性，工作人員應做好起重機電氣保護系統(tǒng)檢驗工作，落實一系列關(guān)鍵檢驗技術(shù)。同時，應根據(jù)具體的起重機類型與工作環(huán)境選用合適的電氣保護設(shè)備設(shè)施，保障起重機械安全運行，為門式與橋式起重機實際作用的發(fā)揮奠定基礎(chǔ)。