橋式起重機電氣設(shè)備故障防治方案研究

王曉林

（唐山中厚板材有限公司煉鋼部，河北唐山 063610）

0 引言

電氣設(shè)備既是起重機械的動力源泉又是起重機械的神經(jīng)中樞，它是變壓器、斷路器、變頻器、電力線路、電機等設(shè)備的統(tǒng)稱。電氣設(shè)備在使用過程中，隨著設(shè)備的磨損老化，伴有現(xiàn)場環(huán)境的變化、人為及設(shè)備本身質(zhì)量等諸多因素會導(dǎo)致一些故障發(fā)生。起重機發(fā)生電氣設(shè)備故障將直接造成起重機無法使用，甚至導(dǎo)致安全事故。因此對起重機電氣設(shè)備故障進行分析研究，制定出合理的預(yù)防措施十分必要。

1 起重機電氣設(shè)備的故障原因

電氣設(shè)備可能產(chǎn)生很多種故障現(xiàn)象，任何一種故障現(xiàn)象又都可能由一種或幾種原因引起。下面介紹幾種常見的電氣設(shè)備故障原因。

1.1 運行環(huán)境引起的電氣故障

對起重機電氣設(shè)備運行影響較大的環(huán)境因素包括粉塵、溫度、濕度。其中，粉塵對應(yīng)的故障現(xiàn)象多表現(xiàn)為觸點接觸不實，相間短路、線間接地等。由溫度、濕度異常引發(fā)的故障大多表現(xiàn)在變頻器、定子調(diào)壓裝置等調(diào)速設(shè)備上，溫度報警、晶閘管過熱、電機熱保護等等，此類故障往往在斷電幾分鐘后可自動消除，增加了維檢人員對設(shè)備故障點查找的難度。

1.1.1 粉塵對起重機電氣設(shè)備的影響

粉塵是電氣設(shè)備的大敵，尤其在冶金行業(yè)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的多為礦物性粉塵和金屬性粉塵。此類粉塵比阻較低，在電氣設(shè)備周圍凝集、沉降，會破壞電氣設(shè)備絕緣強度，線路過電壓或電氣操作過程中容易造成電氣擊穿短路事故。例如：某些鋼鐵企業(yè)，為防止大噸位冶金鑄造起重機遠距離輸配電產(chǎn)生壓降，多采用3 kV高壓輸電，工廠粉塵凝集在滑觸線高壓瓷瓶表面較多時容易造成瓷瓶擊穿，從而構(gòu)成斷電事故。

粉塵亦是造成開關(guān)類電氣設(shè)備觸點接觸不良的重要原因。起重機中接觸器、繼電器等電氣件數(shù)量較多，粉塵通過縫隙聚集在鐵芯表面形成油泥，油泥導(dǎo)致動靜鐵芯接觸不實而產(chǎn)生機構(gòu)打點、異響等現(xiàn)象，觸點吸合產(chǎn)生的大電流拉弧加快了觸點燒蝕速度，從而引發(fā)缺相、觸點粘連等事故。鐵芯接觸不實極易憋燒接觸器線圈。

1.1.2 溫度對起重機電氣設(shè)備的影響

季節(jié)變換、高溫熔融金屬、成垛高溫鋼材等諸多因素使起重機運行環(huán)境溫度驟冷驟熱?；|線是受環(huán)境溫度影響最大的電氣設(shè)備，其材質(zhì)分為銅體和鋼體2種：銅的熱膨脹系數(shù)是1.8，鋼的熱膨脹系數(shù)是1.5。無論哪種材質(zhì)，滑觸線均存在熱脹冷縮的弊端。安裝滑觸線補償器是解決這一問題的重要途徑。

1.1.3 濕度對起重機電氣設(shè)備的影響

濕度對起重電氣設(shè)備的影響主要是降低絕緣強度、加速金屬腐蝕。某些沿海地區(qū)，在進入雨季后空氣中帶有鹽堿度的水分附著在絕緣材料表面，使電氣設(shè)備的絕緣電阻降低，設(shè)備的泄漏電流大大增加而造成絕緣擊穿。某鋼鐵企業(yè)發(fā)生過兩起主起升動滑輪撞擊卷筒事故，事故發(fā)生時司機已將手柄拉回零位，但吊鉤繼續(xù)上升，最終撞碎滑輪片，事故發(fā)生后再次試驗主起升及限位保護均無異常。經(jīng)分析，兩次事故發(fā)生時均為陰雨天氣，電源零線經(jīng)主起升限位器進入上升繼電器線圈，線圈另一端是火線公共線，雙線構(gòu)成220 V控制回路。最終利用500 V的MΩ表遙測限位電纜，發(fā)現(xiàn)限位電纜對地絕緣僅為0.1 MΩ，判斷限位電纜接地是造成兩次事故的直接原因，而空氣濕度多是誘發(fā)事故的重要原因。

1.2 接線可靠性不到位引起的起重機電氣故障

接線可靠性不到位不單單指接線螺栓或接線端子緊固不到位，還包括導(dǎo)線連接點表面氧化、焊接不良、模塊或插件松動、接觸簧片彈性退化等。它一般是由連接處松脫、氧化、發(fā)霉引起的。接線可靠性不到位尤其在起重機電氣設(shè)備上經(jīng)常發(fā)生，起重機大小車行走、起升機構(gòu)抻車、電磁吊吸放料等操作均會引起車體振動。振動是螺栓松動、焊接點開焊及模塊插件松動的罪魁禍首。以定子調(diào)壓裝置為例，設(shè)備維修人員日常查看定子調(diào)壓裝置故障記錄時會發(fā)現(xiàn)裝置一段時間內(nèi)偶爾報一次或幾次上升失速、下降超速、下降制動超時、主令錯誤等故障信息，此時維修人員不必急于更換相應(yīng)的控制單元，只需停電后將各控制單元逐一插拔一次，監(jiān)護運行一段時間，故障信息往往不再出現(xiàn)。

1.3 線纜防護不到位引起的起重機電氣故障

線纜防護不到位容易造成導(dǎo)線絕緣層破損、導(dǎo)線虛連甚至折斷，與1.2中接線可靠性不到位統(tǒng)稱線路故障。當(dāng)發(fā)生線路故障時，電氣線路會發(fā)生接觸不良、時通時斷、嚴重發(fā)熱等現(xiàn)象。接觸不良是一種常見而又使維護人員頭痛的故障，故障癥狀類似于開路，但卻具有一定的偶然性，故障的初期極難被發(fā)現(xiàn)。

因接線可靠性不到位和線纜防護不到位導(dǎo)致的起重機故障類型很多，一般包括給不上主接觸器、某機構(gòu)無動作、機構(gòu)速度過緩、動作無力、傳動部件異響等，嚴重時將導(dǎo)致電機燒毀。

1.4 備件更換不及時引起的電氣設(shè)備故障

電氣設(shè)備性能各異，構(gòu)造及材質(zhì)各不相同。隨著起重設(shè)備長期運行，各部件磨損老化的周期也不相同，做到對設(shè)備運行狀況時時掌控非常困難。備維修人員可通過查車時的一些設(shè)備運行表象成功發(fā)現(xiàn)一些設(shè)備隱患，也可通過積累一些長期消耗備件的更換周期來預(yù)防設(shè)備故障。但是，隨著起重機工作量、運行環(huán)境及線上備件材質(zhì)的突然變化，極易導(dǎo)致維修人員產(chǎn)生誤判，從而引發(fā)電氣設(shè)備故障。

例如：某公司一部90 t的冶金鑄造吊，平均每4個月更換一次集電器銅滑塊，電氣維修人員在2017年5月30日查車時發(fā)現(xiàn)，下相集電器滑塊厚度磨損至1/4，已達到更換標準。但考慮到6月1日該車有定修計劃，并且該車的滑塊4個月僅磨損了3/4，所以維修人員未堅持立即更換。5月31日晚，該下相集電器滑塊碎裂，集電器架子將整段滑觸線刮壞，造成一起較大設(shè)備事故。

同類設(shè)備事故很多，一臺電機定轉(zhuǎn)子燒毀，究其原因往往是因為某個接觸器的某相觸點磨損嚴重更換不及時而引起定子回路或轉(zhuǎn)子回路開路。

此外，引起起重機電氣設(shè)備故障的原因還包括備件質(zhì)量問題、操作使用不當(dāng)及受外界其他因素影響等。備件質(zhì)量問題包括備件產(chǎn)品質(zhì)量、備件安裝質(zhì)量、備件選型不當(dāng)。由備件質(zhì)量問題發(fā)生的設(shè)備事故主要是因為備件上線前的質(zhì)量驗收環(huán)節(jié)疏漏或備件安裝時過程驗收不到位。所以在備件上線前，首先要做到參數(shù)校正，保證備件規(guī)格型號和地腳尺寸無誤，其次是儀表測量，保證備件的絕緣、通斷、阻值等數(shù)據(jù)達標，然后是在有條件的前提下進行線下試用。

2 起重機電氣設(shè)備故障預(yù)防

起重機電氣設(shè)備存在著諸多不可靠因素，為保障起重機正常運行，適時消除這些不可靠因素是電氣維修人員的目標。但過于執(zhí)著地追求某一項非重點工作，往往使維修人員顧此失彼，長期處于疲勞狀態(tài)，最終設(shè)備故障率得不到有效降低。

圖1是某鋼鐵公司2017年發(fā)生的所有起重機電氣故障比例：僅線路故障2項便占所有故障的近50%，因環(huán)境因素和備件更換不及時發(fā)生的電氣故障各占15%左右，因備件質(zhì)量問題引發(fā)的電氣故障占10%，其他原因的電氣故障占10%。

圖1 起重機電氣故障比例

2.1 合理組織定期檢修

定期檢修旨在處理日常點檢無法完成的項目。主要包括起重機電氣控制盤、電阻箱的斷電吹掃及接線端子緊固；電機定轉(zhuǎn)子接線的緊固，轉(zhuǎn)子滑環(huán)、碳刷架積塵的擦拭清理及定轉(zhuǎn)子繞組的絕緣值測量；滑車輪、電機軸承的在線加油；對車體防護不到位的線纜進行防護優(yōu)化；視部件老化程度更換整體備件，例如接觸器、托纜滑車、集電器等；高壓開關(guān)及高壓變壓器的預(yù)防性試驗。檢修時應(yīng)注意4點。

（1）接線端子緊固項目應(yīng)安排在春秋季節(jié)交替時進行，至少保證春秋各1次。

（2）對裸漏在外尤其車體拐角、油浸、高溫等部位，線纜應(yīng)布置線槽或穿線管，對長期拉伸、擺動的線纜應(yīng)遠離尖銳物體并有效固定。為托纜滑車及軌道定期加油是避免因滑車卡阻而抻折托纜的有效方法。

（3）對觸點燒蝕速度過快的接觸器應(yīng)整體更換或擴容改造。

（4）制定電機專項管理規(guī)定，利用檢修時間對在線使用超周期的電機進行下線保養(yǎng)。

2.2 運行環(huán)境的治理

運行環(huán)境的治理分別包括粉塵、溫度、濕度的治理，需做到3點。

（1）在定期組織起重機電控盤面、分線箱體等設(shè)備吹掃緊固的同時，更加有效的做好盤面、箱體的密封措施。

（2）電氣倉內(nèi)設(shè)置空調(diào)及除濕機設(shè)備，定期清理空調(diào)濾網(wǎng)，保障電氣倉溫濕度適合電器運行。

（3）起重機電控設(shè)備的合理選型是預(yù)防電氣事故的重要手段。起重機調(diào)速方式包括串電阻調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速、變頻調(diào)速3種，其中：串電阻調(diào)速對現(xiàn)場粉塵、溫度、濕度要求較低且價格低廉，但不適合單獨使用在大噸位起重機上；通過定子調(diào)壓裝置與電阻器的配合使用可滿足大噸位起重機起升機構(gòu)的使用，對環(huán)境溫度、濕度及粉塵要求適中，價格偏高；變頻器控制是現(xiàn)階段起重設(shè)備的主流技術(shù)，可滿足各噸位起重機的使用，但價格較高，對環(huán)境溫度、濕度及粉塵情況要求較高。

2.3 推進技術(shù)革新

目前很多公司花大力建設(shè)設(shè)備物料清單系統(tǒng)，設(shè)備物料清單系統(tǒng)是通過在系統(tǒng)中編輯設(shè)備上線時間、使用壽命、裝機量、年消耗量等條件，加強設(shè)備基礎(chǔ)管理工作。設(shè)備物料清單系統(tǒng)可提醒設(shè)備維護人員某個部件已到達更換周期，借助軟件力量避免設(shè)備漏檢問題，也使備件使用情況更加可視化。此外，針對冶金行業(yè)，起重機加裝安全監(jiān)控系統(tǒng)作為一項起重機械新技術(shù)國家已出臺正式標準，國家質(zhì)檢總局和國家標準化管理委員會要求冶金鑄造吊裝需安裝安全監(jiān)控系統(tǒng)，安全監(jiān)控系統(tǒng)主要包括對起重設(shè)備的工作次數(shù)、頻率等數(shù)據(jù)進行采集匯總，對各機構(gòu)電壓、電流、速度進行采集，顯示起重機各機構(gòu)實時狀態(tài)，此外系統(tǒng)還具有故障記錄、故障查詢功能。安全監(jiān)控系統(tǒng)的投入使得起重機電氣故障的診斷排查更加高效、快捷。

3 結(jié)束語

起重機電氣設(shè)備涉及了高低壓電氣及自動化技術(shù)，有較高的電氣設(shè)備代表性。其故障排查與預(yù)防是一項系統(tǒng)的工作，要求維護人員有豐富的電氣維修經(jīng)驗和扎實的理論基礎(chǔ)，只有這樣才能更加快速地查找故障原因，開展預(yù)防工作。雖然起重機電氣故障現(xiàn)象多樣、原因復(fù)雜，但萬變不離其宗，只要善于分析、預(yù)防到位，設(shè)備就能穩(wěn)定運行。

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