淺談銅電解絕緣起重機(jī)絕緣的設(shè)置

廖華興，曾耀傳

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

1 概述

紫金銅業(yè)有限公司20萬噸/年銅冶煉項(xiàng)目是龍巖市建國以來最大的工業(yè)投資項(xiàng)目，也是福建省重點(diǎn)建設(shè)工程。總投資約65億元，建成投產(chǎn)后可產(chǎn)銅20～28萬噸/年、黃金5噸/年、白銀125噸/年。該公司根據(jù)生產(chǎn)需要，配套進(jìn)口兩臺(tái)由奧地利Hans Knz GmbH公司制造，最大起重量達(dá)25噸，跨度達(dá)31.5米的銅電解多功能絕緣起重機(jī)（見圖1），主要用于電解車間陰陽極裝出槽生產(chǎn)、電解槽和其它設(shè)備的維護(hù)和檢修。該設(shè)備具有良好的啟動(dòng)、安全性能和運(yùn)行平穩(wěn)性。該起重機(jī)配置了先進(jìn)的主控室控制屏(MP370)、西門子故障安全型PLC (S7-317F-2PN/DP)、司機(jī)室控制屏(TP270)、遙控手持終端和編程PC等組成的Profinet總線網(wǎng)絡(luò)，其中起重機(jī)、中控室和移動(dòng)手持終端使用的都是WLAN無線通訊；PLC與變頻傳動(dòng)、遠(yuǎn)程I/O及激光距離測(cè)量設(shè)備等使用的是Profibus-DP總線網(wǎng)絡(luò)，配置先進(jìn)、高端、精準(zhǔn)，運(yùn)行平穩(wěn)。

絕緣起重機(jī)是一種具有特殊要求的起重機(jī)，主要用在有色金屬電解鋁、鎂、鉛、鋅等冶金環(huán)境中，其吊鉤或其他吊具與大車之間的連接都要求具備可靠的絕緣設(shè)置。該類起重機(jī)通常應(yīng)設(shè)有三道絕緣；吊鉤與滑輪、起升機(jī)構(gòu)與小車架、小車架與大車。

圖1 先進(jìn)的銅電解絕緣起重機(jī)

2 現(xiàn)行相關(guān)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)行監(jiān)察、檢驗(yàn)規(guī)程和各類標(biāo)準(zhǔn)中有多處對(duì)絕緣起重機(jī)作出了相關(guān)規(guī)定，除對(duì)絕緣材料作了規(guī)定之外，還對(duì)絕緣層的設(shè)置作了更為具體的規(guī)定：

（1）《TSG Q0002-2008起重機(jī)械安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程—橋式起重機(jī)》第五十四條中規(guī)定“絕緣起重機(jī)電氣設(shè)備之間及其與起重機(jī)結(jié)構(gòu)之間，應(yīng)當(dāng)有良好的絕緣性能，有三道絕緣(吊鉤與滑輪、起升機(jī)構(gòu)與小車架、小車架與大車)，其每道絕緣在常溫狀態(tài)（20℃～25℃，相對(duì)濕度小于或者大于85%）下用1,000V兆歐表測(cè)得的電阻值，不小于1M?；鋁電解多功能機(jī)組從吊具和機(jī)頭到大車至少設(shè)兩道絕緣，其絕緣總電阻必須大于1.0M?，每個(gè)結(jié)點(diǎn)電阻值必須大于2.0M?。[1]”

（2）《JB/T 8907-1999絕緣橋式起重機(jī)技術(shù)條件》第3.2.7條規(guī)定“起重機(jī)應(yīng)設(shè)三道絕緣（吊鉤與滑輪、起升機(jī)構(gòu)與小車架、小車架與大車），其每道絕緣在常溫狀態(tài)（溫度20℃～25℃，相對(duì)濕度≤85%）下用1，000V兆歐表測(cè)得的電阻值，應(yīng)≥1M??！辈⒁?guī)定了適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)主要適用于有色金屬電解鋁、鎂、鉛、鋅等冶煉車間環(huán)境中工作的起重機(jī)，其工作級(jí)別為A5～A7，取物裝置為吊鉤或?qū)Ｓ玫蹙?。?duì)于在其他環(huán)境中工作的專用絕緣起重機(jī)也可參照使用。[2]

（3）《YS/T 7-2008鋁電解多功能機(jī)組》第3.7.6條規(guī)定“電源進(jìn)線應(yīng)設(shè)隔離變壓器?！钡?.7.10條規(guī)定“大車分別與工具車、出鋁車、電葫蘆及駕駛室之間宜配置絕緣監(jiān)控點(diǎn)，并引入PLC系統(tǒng)。”第3.9.1條“機(jī)組應(yīng)采取可靠的機(jī)械絕緣措施及檢測(cè)、保護(hù)裝置。機(jī)組工具小車上的打殼機(jī)構(gòu)、扭拔機(jī)構(gòu)、清渣裝置、下料管、司機(jī)室均應(yīng)相對(duì)大梁設(shè)置兩道以上絕緣，出鋁鉤及電動(dòng)葫蘆吊鉤也應(yīng)相應(yīng)大梁設(shè)置兩道以上絕緣，上述各機(jī)構(gòu)分別相對(duì)于大梁的總電阻值應(yīng)≥2M?，其每道絕緣在常溫狀態(tài)（溫度20℃～25℃，相對(duì)濕度≤85%）下用1，000V兆歐表測(cè)得的電阻值應(yīng)≥1M?。應(yīng)設(shè)置絕緣破壞和用電設(shè)備漏電檢測(cè)系統(tǒng)。”[3]

從以上規(guī)程或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中不難發(fā)現(xiàn)，并未把銅電解絕緣起重機(jī)列入適用范圍。實(shí)際上，到目前為止，我國尚未制定出專門針對(duì)銅電解絕緣起重機(jī)的檢驗(yàn)規(guī)程或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但考慮到電解銅與電解鋁、鎂、鉛、鋅等冶金環(huán)境對(duì)起重機(jī)的要求高度相似，我們可以參考《YS/T 7-2008鋁電解多功能機(jī)組》對(duì)于鋁電解多功能起重機(jī)機(jī)組絕緣方面的規(guī)定。

3 絕緣設(shè)置

紫金銅業(yè)有限公司進(jìn)口的兩臺(tái)絕緣起重機(jī)經(jīng)過技術(shù)資料審核和現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)把關(guān)，設(shè)備上只設(shè)置了一道電氣絕緣和兩道機(jī)械絕緣。

3.1 電氣絕緣

3.1.1 主回路電源接地

電源進(jìn)線側(cè)設(shè)置了隔離變壓器（見圖2），實(shí)現(xiàn)了一道電氣絕緣。電源進(jìn)線中的PE線通過滑觸線連接到隔離變壓器的框架基礎(chǔ)，而變壓器的整個(gè)框架與開關(guān)柜殼體（與梁連接在一起）是絕緣的（見圖3）。二次側(cè)中性點(diǎn)連接到起重機(jī)本體，作為起重機(jī)的保護(hù)接地。起重機(jī)的“地”與電源PE線是不通的，從而實(shí)現(xiàn)了整臺(tái)起重機(jī)的懸浮“地”。它在有效過濾電網(wǎng)電源電壓的同時(shí)，保證了整臺(tái)起重機(jī)在電源上與PE線的隔離。

圖2 進(jìn)線隔離變壓器

圖3 變壓器與柜體絕緣

在PEN線和起重機(jī)“地”之間安裝了一個(gè)絕緣監(jiān)控繼電器，以監(jiān)測(cè)他們之間的絕緣電阻，其作用見下面的分析。

3.1.2 控制電源的接地

這里值得說明的是由于取物裝置與起重機(jī)本體是絕緣的（后面詳細(xì)說明），所以取物裝置上開關(guān)所用的直流24V專用電源采用不接地方式，開關(guān)信號(hào)送入PLC設(shè)在取物裝置上的遠(yuǎn)程I/O站，而遠(yuǎn)程I/O站與PLC主機(jī)是通過光纖Prifibus-DP通訊的，以獲得更好的絕緣效果。

3.2 兩道機(jī)械絕緣為：梁對(duì)大車軌道和小車對(duì)取物裝置

3.2.1 梁對(duì)大車軌道的絕緣層

梁對(duì)大車軌道的絕緣分兩部分：第一部分在大車端梁支撐腿的軸上（見圖4），使起重機(jī)與大車軌道（大車軌道已接至進(jìn)線PE線）絕緣。由于大車電機(jī)外殼是接地（接起重機(jī)浮“地”）的，所以它必須和減速箱絕緣。在電機(jī)和大車減速箱的連接法蘭之間增加了絕緣墊片；在連接螺栓上增加了塑料套管；并且在聯(lián)軸器內(nèi)使用了絕緣彈性緩沖塊。這三處絕緣共同組成了大車電機(jī)對(duì)減速箱的絕緣（見圖5）。以上兩部分形成了起重機(jī)對(duì)大車軌道的絕緣。

圖4 大車端梁支撐腿軸絕緣

圖5 大車電機(jī)與減速箱的絕緣

3.2.2 小車對(duì)取物裝置的絕緣

小車與取物裝置共有兩處直接連接的部件：一是取物裝置上的轉(zhuǎn)向輪（通過鋼絲繩）（見圖6）；二是取物裝置防搖導(dǎo)桿（見圖7）。在導(dǎo)向滑輪下端的懸掛軸上使用了絕緣材料，取物裝置與導(dǎo)向輪之間實(shí)現(xiàn)了絕緣；在取物裝置防搖導(dǎo)桿的端部用絕緣板隔離小車與取物裝置。這是小車對(duì)取物裝置的絕緣。這是兩道機(jī)械絕緣。除了應(yīng)檢查以上每道絕緣的絕緣材料是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求外，還要判斷以上的絕緣設(shè)置是否滿足要求。

圖6 轉(zhuǎn)向輪絕緣

圖7 防搖導(dǎo)桿絕緣

4 絕緣設(shè)備合規(guī)判定

首先分析絕緣層的設(shè)置?，F(xiàn)在我們可以分析一下可能的漏電回路（見圖8）：

圖8 起重機(jī)漏電回路示意圖

在整個(gè)漏電回路中，本起重機(jī)共設(shè)置了上述兩道機(jī)械絕緣，從而使整臺(tái)起重機(jī)（不含取物裝置）對(duì)“地”懸浮。如果其中一道絕緣失效，起重機(jī)帶電，依然不能構(gòu)成漏電回路。既能保證起重機(jī)上人員和設(shè)備的安全，也可以滿足絕緣起重機(jī)的絕緣要求。

但兩道絕緣同時(shí)失效呢？就有可能產(chǎn)生危險(xiǎn)。所以如何能防止絕緣層的失效，就顯得非常關(guān)鍵：該起重機(jī)在進(jìn)線隔離變壓器處，專門設(shè)置了PE與起重機(jī)“地”之間的絕緣監(jiān)測(cè)繼電器。一旦絕緣失效，該繼電器觸發(fā)報(bào)警信號(hào)，輸入PLC控制系統(tǒng)發(fā)出警告，以提示要盡快進(jìn)行絕緣檢查和維修。此時(shí)起重機(jī)是可以繼續(xù)運(yùn)行的，但要及時(shí)排除故障，若出現(xiàn)兩道絕緣都失效，這時(shí)就可能造成危險(xiǎn)。

這是否滿足現(xiàn)行檢規(guī)的要求呢？

首先，顯然無法滿足TSG Q0002-2008和JB/T 8907-1999對(duì)絕緣起重機(jī)的三道絕緣要求(要求吊鉤與滑輪、起升機(jī)構(gòu)與小車架、小車架與大車分別設(shè)立三道絕緣)。

其次，以上規(guī)程或標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍中并未包含銅電解起重機(jī)，考慮到銅電解和鋁電解對(duì)起重機(jī)要求的高度相似，我們可以參考該規(guī)程對(duì)于鋁電解多功能機(jī)組絕緣方面的規(guī)定。TSG Q0002-2008要求從吊具和機(jī)頭到大車至少設(shè)兩道絕緣，本銅電解起重機(jī)吊具到大車只設(shè)置了一道，另一道被設(shè)置到了大車與大車軌道，仍然無法滿足其規(guī)定。對(duì)照YS/T 7-2008，隔離變壓器和絕緣監(jiān)測(cè)均滿足規(guī)定，但兩道絕緣的設(shè)置仍然有出入。

但正如上面的分析所述，從安全的角度出發(fā)，該絕緣起重機(jī)在絕緣方面的設(shè)置是滿足要求的：設(shè)立了進(jìn)線隔離變壓器；設(shè)置了兩道機(jī)械絕緣；設(shè)置了絕緣監(jiān)測(cè)并把信號(hào)引入到PLC控制系統(tǒng)中進(jìn)行保護(hù)。

5 絕緣項(xiàng)目檢測(cè)

由于PLC控制系統(tǒng)和變頻傳動(dòng)系統(tǒng)有較多電子元器件，并且在絕緣處設(shè)置了絕緣監(jiān)測(cè)和保護(hù)裝置，因此在做1,000V絕緣電阻測(cè)試時(shí)，一定要做好電氣設(shè)備的隔離斷電防護(hù)工作，確實(shí)防止損壞電子設(shè)備。檢測(cè)步驟如下：

開動(dòng)大車至合適位置；控制取物裝置到適當(dāng)高度（要求：取物裝置離地懸空且不能碰到任何起重機(jī)外的物體；防搖導(dǎo)桿下降到位，與取物裝置相接觸；高度恰當(dāng)方便爬上取物裝置）；斷開地面進(jìn)線總電源；斷開主電源隔離變壓器絕緣監(jiān)測(cè)回路的斷路器，切斷檢測(cè)回路與兩“地”的連接。兩道絕緣要分別測(cè)量：

5.1 大車與大車軌道

本道絕緣可以直接測(cè)量隔離變壓器進(jìn)線接地處與變壓器二次回路接地處的絕緣電阻值。應(yīng)注意檢查變壓器一次接地與電源PE線的導(dǎo)通性（它們通過滑觸線連通）。

5.2 小車與取物裝置

可以直接測(cè)量防搖導(dǎo)桿與取物裝置間的絕緣電阻。

上述每道絕緣電阻值要求必須不小于1M?，而實(shí)測(cè)值遠(yuǎn)大于1M?，滿足要求。特別應(yīng)注意的是：由于每道絕緣的絕緣層的爬電距離有限，在日常維護(hù)中必須保持絕緣層的干凈和干燥，并經(jīng)常測(cè)量其阻值（至少每月一次），定檢時(shí)尤其應(yīng)注意檢查。

6 小結(jié)

該設(shè)備絕緣項(xiàng)目的檢測(cè)基本是參照鋁電解多功能機(jī)組和絕緣起重機(jī)的相關(guān)規(guī)定并結(jié)合銅電解多功能起重機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)的。絕緣層的設(shè)置雖然與目前檢規(guī)有出入，但從安全的角度出發(fā)，基本是相符的。另據(jù)廠家介紹，從同種起重機(jī)在多家國外工廠的實(shí)際運(yùn)行情況看，該設(shè)備的絕緣性能良好，未出現(xiàn)電擊或感應(yīng)電壓高的現(xiàn)象。且到目前為止，起重機(jī)實(shí)際效果也很好。希望將來能專門出臺(tái)針對(duì)銅電解絕緣起重機(jī)的檢規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)，或?qū)ΜF(xiàn)行檢規(guī)作局部的修訂，便于實(shí)踐檢驗(yàn)工作。

[1]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.TSG Q0002-2008 起重機(jī)械安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程—橋式起重機(jī)[S].北京：中國計(jì)量出版社出版，2008.

[2]國家機(jī)械工業(yè)局.JB/T 8907-1999 絕緣橋式起重機(jī)技術(shù)條件[S].北京：全國起重機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)，1999.

[3]國家發(fā)展和改革委員會(huì).YS/T-72008 鋁電解多功能機(jī)組[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4]Hans Knz GmbH.21146-20 21146-30,Tank House Crane Zijin Copper, Austria：Hans Knz GmbH，2010.