起重機(jī)相序保護(hù)器的檢驗(yàn)及其失效分析

摘要：主要對(duì)起重機(jī)相序保護(hù)器的一種特殊失效模式進(jìn)行了探討，該缺陷存在于起重機(jī)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，會(huì)導(dǎo)致控制電路中的相序保護(hù)器輸出端發(fā)生短接失效，且現(xiàn)行檢驗(yàn)規(guī)則采用的通電試驗(yàn)方法無(wú)法檢出該缺陷。鑒于此，提出了優(yōu)化的起重機(jī)相序保護(hù)器合格判定檢驗(yàn)方法，并針對(duì)使用環(huán)節(jié)相序保護(hù)器被人為短接導(dǎo)致的斷錯(cuò)相保護(hù)功能失效進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：起重機(jī);相序保護(hù)器;斷錯(cuò)相保護(hù);短接;電路

0 引言

對(duì)于起重機(jī)的斷錯(cuò)相保護(hù)功能，《起重機(jī)械安全規(guī)程 第1部分：總則》（GB 6067.1—2010）第8.3條要求：“當(dāng)錯(cuò)相和缺相會(huì)引起危險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)設(shè)錯(cuò)相和缺相保護(hù)?！比毕鄷?huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)內(nèi)部電流劇增，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)造成電動(dòng)機(jī)異常發(fā)熱甚至燒損;錯(cuò)相則會(huì)使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，不按規(guī)定方向的意外運(yùn)行有導(dǎo)致事故發(fā)生的危險(xiǎn)。

起重機(jī)主要用于吊運(yùn)重量大且提升高度高的物件，一旦電動(dòng)機(jī)燒損失去起升動(dòng)力或者電動(dòng)機(jī)意外反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致的事故后果將不堪設(shè)想。所以，起重機(jī)一般都設(shè)置有相序保護(hù)器。相序保護(hù)器是一種多功能三相電源系統(tǒng)或者三相用電設(shè)備的監(jiān)測(cè)和保護(hù)儀器，可在電源發(fā)生斷錯(cuò)相、過(guò)欠壓等故障時(shí)，通過(guò)繼電器輸出形式提供報(bào)警輸出和保護(hù)電路動(dòng)作輸出的觸點(diǎn)控制信號(hào)，起到報(bào)警和保護(hù)的作用。然而，由于相序保護(hù)器的本體質(zhì)量（如器件精度）或者供電網(wǎng)絡(luò)的電壓不穩(wěn)等現(xiàn)實(shí)因素，相序保護(hù)器會(huì)頻繁（誤）動(dòng)作而影響起重機(jī)的運(yùn)行使用。因此，在起重機(jī)的設(shè)計(jì)和使用等環(huán)節(jié)，短接相序保護(hù)器使其失效的情形時(shí)有發(fā)生。

1 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的斷錯(cuò)相保護(hù)失效分析

《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》（TSG Q7015—2016，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《檢規(guī)》”）C8.4“錯(cuò)相和缺相保護(hù)”有如下要求：“檢查當(dāng)錯(cuò)相和缺相會(huì)引起危險(xiǎn)時(shí)，是否裝設(shè)錯(cuò)相和缺相保護(hù)。采用通電試驗(yàn)方法，斷開(kāi)供電電源任意一根相線或者將任意兩根相線換接，檢查有斷錯(cuò)相保護(hù)的起重機(jī)械供電電源的斷錯(cuò)相保護(hù)是否有效，總電源接觸器是否斷開(kāi)?！薄稒z規(guī)》提出的通電試驗(yàn)方法，往往被認(rèn)為是檢驗(yàn)起重機(jī)斷錯(cuò)相保護(hù)的“金標(biāo)準(zhǔn)”。然而，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在著一種特殊的斷錯(cuò)相保護(hù)失效模式，僅采用通電試驗(yàn)方法是檢驗(yàn)不出來(lái)的，需要進(jìn)一步審查控制電路設(shè)計(jì)圖紙才能發(fā)現(xiàn)這一缺陷。下面結(jié)合圖1的某起重機(jī)制造單位出具的控制電路圖紙，分析這種失效模式。

1.1? ? 通電試驗(yàn)下，斷錯(cuò)相保護(hù)功能有效

采用通電試驗(yàn)方法（假設(shè)處于地控控制，下同），首先斷開(kāi)起重機(jī)的總開(kāi)關(guān)，繼而斷開(kāi)供電電源任意一根相線或者將任意兩根相線換接，再接通電源，相序保護(hù)器APR將動(dòng)作觸發(fā)保護(hù)使其輸出端斷開(kāi)，此時(shí)按下啟動(dòng)按鈕（停止開(kāi)關(guān)S0處于復(fù)位狀態(tài)），由于控制回路總停的端子1-2斷開(kāi)，總接觸器KM的線圈不能得電，總接觸器處于斷開(kāi)狀態(tài)，起重機(jī)無(wú)法運(yùn)行。即在通電試驗(yàn)下，該起重機(jī)的斷錯(cuò)相保護(hù)功能是有效的。

1.2? ? 控制回路的總停接通后，斷錯(cuò)相保護(hù)功能失效

（1）如果相序保護(hù)器APR狀態(tài)正常（無(wú)斷錯(cuò)相或過(guò)欠壓等故障發(fā)生），則其輸出端閉合，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕（停止開(kāi)關(guān)S0處于復(fù)位狀態(tài)），KM線圈得電，KM的一個(gè)常開(kāi)輔助觸點(diǎn)（端子3-5）閉合并自鎖，KM的另一個(gè)常開(kāi)輔助觸點(diǎn)（端子9-2）閉合并短接相序保護(hù)器APR的輸出端，此時(shí)總停接通。

（2）總停接通后，如果三相電路中未接入變壓器供電的一相（B1）發(fā)生熔斷器開(kāi)路或者該相供電線路斷開(kāi)問(wèn)題，又或者供電電源電壓波動(dòng)過(guò)大，此時(shí)雖然相序保護(hù)器APR檢測(cè)出故障并觸發(fā)保護(hù)斷開(kāi)其輸出端，但由于其輸出端已被KM的一個(gè)輔助觸點(diǎn)短接，總停的端子9-2處于一直接通的狀態(tài)，即使相序保護(hù)器APR動(dòng)作保護(hù)也已無(wú)法使得KM線圈失電。即在控制回路的總停接通后，相序保護(hù)器APR的斷錯(cuò)相保護(hù)功能是失效的。

這種設(shè)計(jì)很討巧，因?yàn)樵诳刂乒窭锏南嘈虮Ｗo(hù)器不會(huì)出現(xiàn)明顯的短接情形，同時(shí)采用通電試驗(yàn)方法也可驗(yàn)證相序保護(hù)器的保護(hù)功能有效，現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)時(shí)一般也就不會(huì)再有所懷疑;但一旦控制回路的總停接通后，相序保護(hù)器的輸出端會(huì)被總接觸器的一個(gè)常開(kāi)輔助觸點(diǎn)短接，其保護(hù)功能將失效。這種設(shè)計(jì)可保證安裝修理作業(yè)時(shí)，在“斷電→拆、裝相線→送電”后能有效檢測(cè)出三相電源的接入錯(cuò)誤并觸發(fā)保護(hù);而在通電運(yùn)行后，又可屏蔽相序保護(hù)器檢測(cè)精度或者供電網(wǎng)絡(luò)電壓不穩(wěn)等原因?qū)е碌南嘈虮Ｗo(hù)器（誤）動(dòng)作保護(hù)。但是，在控制回路的總停接通后對(duì)相序保護(hù)器這一電氣保護(hù)裝置的短接是存在安全風(fēng)險(xiǎn)的。例如，當(dāng)三相電路中未接入變壓器供電的一相（B1）而熔斷器開(kāi)路或者該相供電線路斷開(kāi)時(shí)，總接觸器KM仍然閉合，電動(dòng)機(jī)將缺相運(yùn)行且有過(guò)熱燒損的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上可見(jiàn)，按照《檢規(guī)》明確的要求和試驗(yàn)方法，該起重機(jī)的“錯(cuò)相與缺相保護(hù)”檢驗(yàn)項(xiàng)目應(yīng)判為合格。但如果結(jié)合控制電路設(shè)計(jì)圖紙一并分析，則這樣一個(gè)符合《檢規(guī)》要求的檢驗(yàn)結(jié)果，卻因電氣設(shè)計(jì)缺陷而在某些情況下存在保護(hù)失效的安全風(fēng)險(xiǎn)。這既反映了《檢規(guī)》明確的斷錯(cuò)相保護(hù)檢驗(yàn)方法有其局限性，又凸顯了對(duì)起重機(jī)電氣設(shè)計(jì)圖紙的審查有其必要性。

2 使用環(huán)節(jié)的斷錯(cuò)相保護(hù)失效分析

在圖2中，相序保護(hù)器的過(guò)欠壓故障指示燈常亮，提示電源電壓不穩(wěn)定，存在欠壓或者過(guò)壓?jiǎn)栴}。經(jīng)用鉗形電流表的交流電壓檔測(cè)量，測(cè)得電源輸入端三相線之間的電壓最小值為301 V，與額定電壓值偏差達(dá)到-20.7%，供電電源欠壓;查閱該型號(hào)規(guī)格相序保護(hù)器的使用說(shuō)明書(shū)，其帶有過(guò)欠壓保護(hù)功能，允許的電壓波動(dòng)范圍為-20%～15%?？梢?jiàn)測(cè)得的線電壓最小值已超過(guò)了相序保護(hù)器的欠壓保護(hù)動(dòng)作閾值，故相序保護(hù)器動(dòng)作并報(bào)故障。采用通電試驗(yàn)方法，斷相或逆相下故障提示燈亮，相序保護(hù)器動(dòng)作，但總電源接觸器仍然閉合，起重機(jī)可如常運(yùn)行，即斷錯(cuò)相保護(hù)功能失效。檢查相序保護(hù)器，發(fā)現(xiàn)其輸出端接線被短接，兩根接線接在同一端子上（NO常開(kāi)輸出端）。據(jù)使用單位起重機(jī)安全管理人員反映，該區(qū)域電網(wǎng)供電電壓不穩(wěn)定，經(jīng)常導(dǎo)致相序保護(hù)器動(dòng)作而切斷起重機(jī)的動(dòng)力回路電源，于是他們采取短接相序保護(hù)器的方法屏蔽了過(guò)欠壓保護(hù)功能，但同時(shí)也屏蔽了斷錯(cuò)相保護(hù)功能。

該起重機(jī)裝設(shè)的相序保護(hù)器，三相電源依次接入其R、S、T三個(gè)接線端;其輸出有一常開(kāi)一常閉兩組觸點(diǎn)，通過(guò)這兩組觸點(diǎn)的通斷變化輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警和保護(hù)作用。其中NO為常開(kāi)觸點(diǎn)接線端，NC為常閉觸點(diǎn)接線端，COM為公共接線端。其失效的原因是：相序保護(hù)器接入控制電路的兩根接線均被接至NO端，相序保護(hù)器輸出端被短接，控制電路電流不經(jīng)相序保護(hù)器。此時(shí)無(wú)論是斷錯(cuò)相還是過(guò)欠壓，相序保護(hù)器動(dòng)作觸發(fā)的常開(kāi)常閉觸點(diǎn)狀態(tài)變化輸出對(duì)控制電路的通斷均不產(chǎn)生影響，相序保護(hù)器作用失效。該型號(hào)相序保護(hù)器接入控制電路的正確方法，應(yīng)該是將其N(xiāo)C端和COM端接入控制電路，即接入常閉觸點(diǎn)。當(dāng)相序保護(hù)器動(dòng)作時(shí)，常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，切斷控制電路供電，則總電源接觸器斷開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)斷錯(cuò)相和過(guò)欠壓保護(hù)功能。

3 結(jié)語(yǔ)

從安全角度考慮，起重機(jī)的制造、使用等單位不應(yīng)對(duì)相序保護(hù)器進(jìn)行任何形式的短接，以免因斷錯(cuò)相保護(hù)或者過(guò)欠壓保護(hù)失效而導(dǎo)致意外事故的發(fā)生。此外，現(xiàn)行起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則采用的通電試驗(yàn)方法并非是檢驗(yàn)起重機(jī)斷錯(cuò)相保護(hù)功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”，建議對(duì)該檢驗(yàn)項(xiàng)目采用“通電功能試驗(yàn)+電氣圖紙審查”的方法進(jìn)行合格判定，從而最大限度地通過(guò)檢驗(yàn)消除起重機(jī)運(yùn)行使用中的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

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[4] 起重機(jī)械安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程——橋式起重機(jī)：TSG Q0002—2008[S].

收稿日期：2021-02-22

作者簡(jiǎn)介：陳祿輝（1983—），男，廣東高州人，工程師，研究方向：特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)。