起重机械电气系统安全检验实例解析

起重机械电气系统安全检验实例解析

卢金平

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摘要：文中结合起重机现场检验实例，对起重量限制器工作电源取电位置错误、集电器 PE 接地回路中断、电气二次回路设计缺陷，三种常见的潜在电气安全问题进行分析，并依据起重机械定期检验规则（TSG Q7015-2016），及起重机械安全规程 - 第 1 部分（GB 6067.1-2010）相关要求，提出问题的整改方案，有效防患了起重机械“带病”运行，对后续检验工作具有借鉴和指导意义。

关键词：起重机械；电气系统；安全隐患；实例解析

起重机械电气系统安全是检验工作中的重难点。因电气系统缺陷导致的安全问题隐蔽性强，涉及面广，极易引起运行事故。起重机械电气系统安全在起重机械安全规程、安全规范及起重机械定期检验规则中均有严格的规定。文中就检验中发现的电气系统安全隐患以案例的形式进行探讨和分析。

一、起重量限制器工作电源取电位置错误

（一）缺陷部位及现象描述

检验查看起重量限制器工作是否正常时，发现载重量显示器LED灯未亮，通过遥控器操作起升机构上下动作，LED灯亮起。据此判断该起重量限制器工作电源取电位于“起/降”电机接触器下端口，图1所示为该起重机械一次电气图，曲线连线为非专业人员自行更改后接线状态。该起重量限制器CZS工作电源管脚“L21、L23”连接于“起/降”接触器KM1、KM2之后的L41与L43之间。

图 1  起重机械一次电气原理图

（二）安全隐患分析

起重量限制器在设计时，考虑到起重机械在工作过程中动载荷的发生，载荷从动态到稳态有一过度时间Tm，即CZS 检测到重物大于预设载荷到输出执行CZS-J1J2断开，滞后约Tm时间，如图2所示为该起重机械二次电气图。按起升按钮前，起升接触器KM1未得电，起重量限制器CZS也未得电，此时常闭点CZS-J1J2接通，起升回路预备有效，点动SB1可实现起升操作。逐渐起升、加载，当起升载荷达到预设载荷时，CZS输出执行，CZS-J1J2断开，二次回路线圈KM1失电，制停机构立马下闸，载荷悬停，同时一次回路KM1主触点释放，CZS失电，CZS-J1J2再次接通，起升回路再次预备完成，此时可再次按压SB1提升载荷。在Tm时间差内，起升机构已提起重物上升了一段距离，因此通过反复点动SB1可提升大于CZS预设载荷的重物。

图 2  起重机械二次电气原理图

CZSJ1-J2. 起重量限制器输出常闭触点；SB1. 起升按钮

依据TSG  Q7015-2016《起重机械定期检验规则》对起重量限制器的要求：当起重机械载荷达到1.05倍额定载荷时，应切断起升机构上升方向动作电源，但允许下降方向运动。当CZS工作电源取于UL41L43 之间，载荷超过最大允许值时，无法断开起升方向电源，仍可通过间歇点动SB1完成载荷起升，存在超负荷运行的安全隐患。

（三）处理意见及整改措施

恢复起重量限制器CZS工作电源管脚“L21、L23”取电点接线至该起重机械总接触器KM0后的线电压“UL21L23”。（如图1所示：起重量限制器CZS原设计取电点）。

二、集电器PE接地回路中断

（一）缺陷部位及现象描述

图 3   门式起重机集电器碳刷安装实物图

1、集电器防护罩；2、 绕线盘；3、碳刷；4、 接线柱；5、集电环

交流供电门式起重机动力电源集电器专用接地保护PE集电环未安装碳刷。图3所示为现场集电器防护照拆开后的接线情况，最左侧着红色线标记段为PE集电环无碳刷磨痕。

（二）安全隐患分析

起重机械安全规程 - 第 1 部分 GB  6067.1-2010中规定：

（1）交流供电起重机电源应采用三相(3φ+PE)供电方式。设计者应根据不同电网采用不同型式的接地故障保护。接地故障保护应符合GB 50054的有关规定。

（2）起重机械所有电气设备外壳、金属导线管、金属支架及金属线槽均应根据配电网情况进行可靠接地 (保护接地或保护接零)。

由于PE集电环未安装碳刷，导致专用接地回路PE在此中断，致使集电环之后的所有电气设备，包括整个起重机均没有接地保护。在起重机械运行轨道电气互连的作用下，导致在该导轨内的所有区域及区域内的起重机械电气互连，因此该断点造成潜在的危险涉及的区域大，隐蔽性强，不易察觉，对设备的使用安全及厂区的用电安全带来极大的安全隐患。

（三）处理意见及整改措施

对于起重机械接地的检验中，使用单位提出“该设备的导轨有就近接地，认为符合安全规范要求”的提法不予采纳。GB  6067.1-2010《起重机械安全规程》规定：起重机械本体的金属结构应与供电线路的保护导线可靠连接，起重机械的钢轨可连接到保护接地电路上。但是，它们不能取代从电源到起重机械的保护导线(如电缆、集电导线或滑触线)。

三、二次回路电气设计缺陷

（一）缺陷部位及现象描述

电动单梁起重机首检审查电气图纸发现：起重机械二次电气回路起/降接触器线圈电源接线未直接与控制回路变压器同名端PE端接通。如图4所示为该设备电气二次图，起/降线圈 KM5 ～ KM8 先经辅助触点KM5 ～ KM8、-F70后再到PE端等电位线。

起升机构“起/降”“快/慢”四个动作间未两两互锁。

图 4   电动单梁起重机二次电气原理图

0. PE 端等电位线；-F70. 起重量限制器输出触点；

FU3. 熔断器

（二）安全隐患分析

设备使用中，时有发生“-F70”人为对地短接的现象，图 5所示为电动单梁起重机电气二次图更改前 /后对比图。原设计图中“-F70”被短接后，起重量限制器失效，但线圈KM5 ～ KM8 仍处于等电位线 1 到等电位线0 构成的电气回路中，线圈两端仍有电压可继续工作，KM5 ～ KM8 处于“带病”运行状态，该设备不再有限载功能的安全保护。更改接线后，“-F70”短接状态，起重量限制器失效，同时线圈 KM5 ～ KM8 被短接线跨接，此时KM5 ～ KM8线圈两端电压为零，熔断器FU3熔断，升降机构不再工作。该故障主观上迫使人员去排查设备缺陷，避免了起重机械带病运行。

图 5   电动单梁起重机二次电气图更改前后对比图

（三）处理意见及整改措施

要求厂家更改电气原理图重新设计出图，同时增加辅助触点KM5 ～ KM8 各一个，并按新设计图现场更改电控柜配线。

四、结论

（一）起重机械的工况是一个动态过程，起重量限制器设计时考虑到动载荷的情况，从检测出超载到输出执行需要Tm过渡时间。为了避免Tm时间内起重量限制器的失效状态，需确保起重机械在提升载荷前就已通电处于工作状态，即确保其工作电源取电位于“起/降”机构接触器之前。

（二）起重机械的PE保护回路是属于安全规范范畴的专用的电气保护回路，对于设备的就近接地，它作为安全系数冗余设计做法，但不能取代专用级别的PE保护回路。

（三）对于电气二回路的设计，需遵循从整个设备的“等电位”点出发，连接接触线圈一端，再经另一端连接各种安全辅助触点，最后连接到高电位端的原则，确保电气设计不仅仅得到功能上的实现，更应以安全保证为基本前提。

参考文献：

[1]孙丽.浅谈起重机械的电气检验[J].企业技术开发，2011（13） 

[2]刘荣.浅谈起重机械的电气检验问题[J].科技创新与应用，2012（32）