永磁同步曳引機(jī)沖頂事故分析

趙迎龍

(江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院無錫分院 無錫 214000)

事故發(fā)生在2013年春節(jié)前夕的1月30日下午，江南某地一市級醫(yī)院醫(yī)技樓內(nèi)，一臺病床電梯發(fā)生沖頂事故，轎廂失控沖頂致使一名乘客受傷。事故發(fā)生在一位醫(yī)務(wù)人員進(jìn)入空轎廂后，電梯轎廂從18層失控向上沖至23層，沖擊井道頂板后在高出23層頂層平層位置1.35m位置停止。上沖慣性使轎內(nèi)該唯一乘客頭部撞擊轎廂內(nèi)頂部裝飾板，致使轎內(nèi)頂部裝飾板完全脫落，撞擊導(dǎo)致該乘客腦震蕩及兩節(jié)頸椎嚴(yán)重受損。

該電梯相關(guān)技術(shù)參數(shù)見表1，與事故相關(guān)的電梯運(yùn)行參數(shù)見表2。另據(jù)查驗(yàn)圖紙及現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，電梯配備有驅(qū)動電動機(jī)電路封星接觸器，新建安裝驗(yàn)收后投入運(yùn)行時間不到半年。

表1 事故電梯相關(guān)技術(shù)參數(shù)表

表2 事故電梯運(yùn)行參數(shù)

查驗(yàn)事故后現(xiàn)場狀況可見：限速器電氣超速開關(guān)已處于上行動作狀態(tài)；檢查曳引機(jī)制動器未發(fā)現(xiàn)制動失效的跡象；手動盤車檢查制動能力正常；轎廂架上梁導(dǎo)靴變形，導(dǎo)靴基座最大下陷約25mm；井道頂板有導(dǎo)靴及油杯沖擊的痕跡?，F(xiàn)場檢查轎廂可見在頂層平層位置時，轎廂頂部最高剛性部件(導(dǎo)靴頂端)距離井道頂部距離為1390mm。

1 事故分析

1.1 事故原因預(yù)判

該電梯從18層失控沖頂至對重接觸對重緩沖器時運(yùn)行的總行程為19.3m，對重質(zhì)量為2514kg，事故發(fā)生時對重側(cè)與轎廂側(cè)重量差m為794kg(乘客重約70kg)，曳引系統(tǒng)運(yùn)動總質(zhì)量M約為5497kg。根據(jù)沖頂狀態(tài)下曳引系統(tǒng)的受力分析可以看出，沖頂過程的系統(tǒng)加速度為：

考慮到系統(tǒng)運(yùn)行過程中與導(dǎo)軌的摩擦阻力，以及曳引機(jī)運(yùn)行阻力的影響，實(shí)際加速度可取為1.4m/s2。在上述加速度作用下，沖頂過程的末端速度約為：

沖頂過程持續(xù)的時間約為：

t=v/a=7.35/1.4=5.25s。

查驗(yàn)該電梯出廠隨機(jī)文件可以看出，該電梯具有利用無齒輪曳引機(jī)制動器作為上行超速保護(hù)裝置的型式試驗(yàn)證明。而據(jù)事故的現(xiàn)場情況表明，在轎廂上沖加速過程中，上行超速保護(hù)開關(guān)已經(jīng)斷開，轎廂在超速情況下曳引機(jī)制動器未能及時制動，因此需要進(jìn)一步追查安全回路斷開后制動器是否及時斷電。鑒于轎廂加速上沖時未受到永磁同步電機(jī)封星電路的減速作用，還需追究封星接觸器為何未及時短接永磁電機(jī)回路產(chǎn)生電磁制動力。

1.2 電氣控制回路的設(shè)計缺陷

電氣原理簡圖如圖1所示。GB 5226.1-2008《機(jī)械電器安全》對于等電位聯(lián)結(jié)有如下要求：等電位聯(lián)結(jié)包括保護(hù)聯(lián)結(jié)和功能聯(lián)結(jié)。保護(hù)聯(lián)結(jié)是為了保護(hù)人員防止來自間接接觸的電擊，是故障防護(hù)的基本措施，保護(hù)聯(lián)結(jié)電路中不應(yīng)該有開關(guān)或過流保護(hù)器件(如開關(guān)、熔斷器)，不應(yīng)設(shè)置中斷保護(hù)聯(lián)結(jié)導(dǎo)線的手段；功能聯(lián)結(jié)的目的是為盡量減小絕緣失效影響機(jī)械運(yùn)行的后果及敏感電氣設(shè)備受騷擾而影響機(jī)械運(yùn)行的后果，通常的功能聯(lián)結(jié)可由連接到保護(hù)聯(lián)結(jié)電路來實(shí)現(xiàn)[1]。檢查電氣原理圖可見，事故電梯的主控電器控制電源回路未設(shè)置工作接地，也未配置對地絕緣監(jiān)控裝置。因此曳引機(jī)主控電器動力電源的安全控制功能，將可能因控制電源回路絕緣故障而失效(如電源點(diǎn)意外接地系統(tǒng)無反應(yīng)，當(dāng)同側(cè)點(diǎn)絕緣失效時安全繼電器控制觸點(diǎn)即失效)。信號輸入回路電源也未設(shè)置絕緣保護(hù)，存在意外輸入的可能。在廠商未提供內(nèi)部控制程序的情況下，一時難以分析判定在事故發(fā)生時，內(nèi)部控制程序是否正常。

圖1 電氣原理簡圖

經(jīng)與生產(chǎn)廠商設(shè)計人員溝通后得知，曳引機(jī)制動器上閘時其兩個控制接觸器分為兩步順序?qū)嵤?，控制軟件程序中將制動接觸器分?jǐn)嘧鳛橹鹘佑|器分?jǐn)鄤幼鞯那疤釛l件，這使得制動器控制的雙套獨(dú)立控制形同虛設(shè)。由此可斷定，制動器控制接觸器一旦粘連，主接觸器分?jǐn)鄬⒅辽俦淮蟠笱訒r，將直接導(dǎo)致制動器不能及時上閘制動，主接觸器未分?jǐn)噙€使封星電路同時失效。對此生產(chǎn)廠商設(shè)計人員經(jīng)確認(rèn)后立即進(jìn)行控制軟件修正，將同型號電梯制動器控制接觸器與主接觸器的分?jǐn)啻涡蚋臑闀r間順序控制。

該電梯控制系統(tǒng)中，直接控制驅(qū)動主機(jī)電源電路的主接觸器并未與電氣安全回路直接連接，而采用中繼繼電接觸器控制。由此導(dǎo)致在主接觸器控制電路無絕緣保護(hù)情況下，當(dāng)控制電路發(fā)生絕緣故障時，就將使電氣安全回路的控制全部失效。

1.3 部件選型錯誤

檢查還可見曳引機(jī)銘牌標(biāo)識電機(jī)為：S3-40%斷續(xù)周期工作制，該工作制對于頻繁啟、制動運(yùn)行的電梯并不適宜；適用曳引電動機(jī)的工作制應(yīng)為：S5-包括電制動的斷續(xù)周期工作制[2]。曳引機(jī)制動器銘牌標(biāo)識制動線圈為：S3-40%斷續(xù)周期工作制，由于制動器實(shí)際工況為帶有高電壓強(qiáng)激啟動、低壓維持的工況；應(yīng)此該制動線圈工作制應(yīng)為：S4-包括起動的斷續(xù)周期工作制。

該電梯采用3TH80交流接觸器(見圖2)作為電氣安全回路繼電接觸器控制直流回路，選用元器件參數(shù)與實(shí)際控制參數(shù)設(shè)計不盡合理。

圖2 3TH80交流接觸器產(chǎn)品參數(shù)

制動器主控電器采用3TF32交流接觸器控制直流制動器線圈工作電流(見圖3)，設(shè)計控制能力不合理，極易發(fā)生主觸點(diǎn)粘連故障。

圖3 3TF32交流接觸器產(chǎn)品參數(shù)

1.4 事故過程模擬重現(xiàn)

現(xiàn)場情況表明，事故發(fā)生在供電變頻器斷電后曳引機(jī)制動器未能及時上閘制動情況下。此時主接觸器由于制動器控制接觸器未分?jǐn)喽３纸雍?，致使封星接觸器未能及時接通，使得轎廂在對重重力拉動下加速沖頂。制動器控制接觸器未分?jǐn)嗟脑?，有觸點(diǎn)粘連加上安全控制中繼回路絕緣故障未分?jǐn)嗟目赡堋Ｔ诓捎秒姎獍踩芈分欣^控制主機(jī)電路時，中繼電器的故障就可能使整個安全回路失效。

由于該電梯在救援作業(yè)時對電梯進(jìn)行了多種操作，致使現(xiàn)場事故原始狀態(tài)未得到保持，事故的確切原因尚不能確定。但是事故的過程基本清晰，由于事故后立即盤車證明制動力正常，因此制動器失靈的機(jī)械故障可能性極小，因此筆者判斷該事故的發(fā)生是由于部件的選型錯誤和電氣控制回路的多種設(shè)計缺陷造成的。

2 結(jié)論

該事故案例中，電氣控制回路存在三大嚴(yán)重設(shè)計缺陷：

1)控制電路的絕緣保護(hù)缺失；

2)制動器控制電路未滿足雙套獨(dú)立控制的要求；

3)主接觸器未與電氣安全回路直接相連，而采用中繼繼電接觸器控制的方式。該事故的發(fā)生是三大設(shè)計缺陷共同作用的效果，在制動器控制接觸器發(fā)生粘連的情況下，由于制動器控制電路的雙套獨(dú)立控制未能滿足，導(dǎo)致制動器未能及時上閘而電梯向上沖頂；沖頂過程中，限速器上行超速保護(hù)的電氣安全裝置動作，但此時由于控制電路絕緣保護(hù)的破壞，導(dǎo)致中繼電器故障，從而造成整條安全回路的失效，最終導(dǎo)致了沖頂事故的發(fā)生。

在近10年來已有許多論述對制動器的能力問題提出警示。制動器電路的控制電器配置設(shè)計問題則是國內(nèi)電梯設(shè)計中的常見問題，交流接觸器控制大直流電流通斷將使得觸點(diǎn)拉弧燒損嚴(yán)重，直接后果是發(fā)生觸點(diǎn)粘連的概率大大增加；對此電梯控制系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)該引起重視。

綜上所述，電梯控制回路的絕緣保護(hù)是控制電路安全的必備條件，必須保證控制電路接地故障及時得到控制。由于電路絕緣故障導(dǎo)致的門連鎖失效傷亡事故已多見報道，也足以引起業(yè)內(nèi)人士關(guān)注。無齒輪曳引機(jī)制動失效故障從技術(shù)角度發(fā)生概率較小，發(fā)生失控沖頂更為罕見，該事故應(yīng)為一系列錯誤設(shè)計及偶發(fā)故障串聯(lián)引發(fā)，當(dāng)使業(yè)內(nèi)人士引以為鑒，加強(qiáng)電路控制結(jié)構(gòu)的安全設(shè)計。上述觀點(diǎn)，僅供業(yè)內(nèi)同行參考。

1 GB5226.1-2008 機(jī)械安全 通用技術(shù)條[S].

2 GB7588-2003 電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].