沿海鐵路貨場門式起重機電氣布置優化方案

鄭雨龍

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沿海鐵路貨場門式起重機電氣布置優化方案

鄭雨龍

南昌鐵路局特種設備檢測檢驗所

針對沿海地區鐵路貨場因臺風雨水造成門式起重機設備故障頻發的現象，根據定期檢測跟蹤分析，對由主令控制器控制、串電阻調速的門式起重機，提出對司機室平臺部分的電控箱、司機室、電氣線路的電氣布置進行優化設計，以提高設備在臺風雨季的電氣絕緣度，降低設備故障率。

門式起重機 電氣布置 優化設計

福建沿海地區鐵路貨場比較集中，貨物裝卸量大，裝卸運輸組織繁忙，每年僅福州東站、泉州站區、廈門站區和漳州站區的貨物裝卸量，占南昌鐵路局年貨物裝卸量的20%～30%。為滿足裝卸運輸生產的需要，多年來，鐵路部門投入大量資金在該地區各貨場建造安裝了40t、36t、20t等噸位的門式起重機20多臺，目前這些起重裝卸機械基本處于滿負荷作業狀態。由于福建沿海屬亞熱帶濕潤季風氣候，年降水量1400～2000毫米，有較明顯雨季和干季；3～6月為雨季，占全年降水50%～60%，7～9月是臺風季，降水量較多，對露天作業的門式起重機正常使用造成了很大影響。根據近幾年來特種設備定期檢測跟蹤分析，平均每年因臺風下雨導致設備電氣絕緣被破壞而造成的設備停機故障達5~6次，有的達到10次以上，嚴重影響了設備安全和裝卸運輸生產效益。隨著福建沿海地區鐵路貨場裝卸作業量的持續增長，研究應用門式起重機電氣布置的優化設計方案，降低設備故障率，提高起重機在臺風雨季的正常作業天數，已尤為重要和迫切。

1 現行門式起重機電氣布置方案及受雨水影響設備故障情況

目前福建沿海地區鐵路貨場使用的20t以上的門式起重機，電氣控制系統大都采用由主令控制器控制串電阻調速方式。這種調速方式的門式起重機需要用到大量的電阻器控制用的交流接觸器。電阻器以及接觸器的布置根據不同的起重機有略微的差別，但總體上是大同小異的，一般按不同的運行機構把電阻器和接觸器安裝在不同的電控箱和電阻箱內。而電控箱和電阻箱的布置是沿著司機室走臺的縱向一字排開，如圖1所示。

圖1是泉州某鐵路貨場26/10tU型、廈門某鐵路貨場36/16tU型門式起重機司機室平臺電氣布置示意圖。電阻器、交流接觸器按主鉤、付鉤、大車、小車不同的運行機構分別安裝在不同的電控箱里，電控箱底部布電氣線路，連接電控箱之間的接線，導線一般由電控箱底部專門的線槽通過，或者布置在電控箱底部的槽鋼支座所形成的槽里。

當雨季來臨刮風下雨時，沿海地區貨場的門式起重機司機室平臺部分的線路、電阻器、接觸器等經常會被雨水打濕，電氣絕緣被破壞，總電源自動空氣開關，或漏電保護斷路器合不上閘，或上閘后又跳閘，致使門式起重機無法正常運行。

圖1

2 雨水影響造成設備故障的原因分析

根據多年對沿海地區鐵路貨場門式起重機定期檢測情況分析，門式起重機在雨季作業時，幾乎都存在設備對地漏電，嚴重時對地絕緣幾乎為零，不符合規定要求，且影響設備的使用。依據《GB6067.1-2010起重機械安全規程》規定，“對于電網電壓不大于1000V時，在電路與裸露導電部件之間施加500V（d.c）時測得的絕緣電阻不應小于1MΩ”?！禩SG Q7015-2008起重機械定期檢驗規則》B7.2規定，“電氣線路對地絕緣電阻，額定電壓小于或等于500V時，一般環境中不低于0.8MΩ，潮濕環境中不低于0.4MΩ”，均達不到要求。經過檢測分析，主要是門式起重機電氣控制系統的電氣元件與電氣線路的對地絕緣受到了影響。根據現場實際情況分析，有三個方面的因素影響到這部份的絕緣。

2.1 電控箱的百葉窗進水影響電氣元件絕緣

如圖2所示，電控箱的側面板上開有百葉窗，因電控箱內裝有電阻器，在工作中會發熱，是為通風、散熱而設置的。在沿海地區大風大雨的打擊下，雨水會順著百葉窗和電控箱的門縫中進來打濕，電控箱內的電氣元件而降低了起重機整機線路的對地電氣絕緣。

圖2

2.2 司機室走臺的電氣布置被雨水打濕影響對地電氣絕緣

如圖2的A向視圖所示，司機室走臺上的電氣布置，由于電控箱底部有導線進出和通過，需要有線槽，一般在走臺上面對面地固定槽鋼，再在槽鋼上架設電控箱，或者在電控箱底部直接布置線槽。由于電控箱進水也會打濕到導線上，另外多個電控箱之間有線路相通，因而中間會有環節漏水進來把線打濕，從而影響線路部份的對地電氣絕緣。

2.3 司機室進水影響導線絕緣

在雨天，雨水會從窗戶處或者門縫間進來流到司機室底部，而司機室里的線路一般布置在木地板隔層與鋼板作的底板之間，這樣流進來的雨水積在司機室底板上，讓這里的導線浸泡在水中，降低了起重機電氣線路的對地絕緣。雖然也可在底部的鋼板上鉆孔或割孔來排水，但是由于司機室的布線是縱橫交錯的，排水孔無法把水排干凈，仍會形成局部積水讓導線泡在水中，致使線路的對地絕緣受到影響，同時底部的鋼板也會受到腐蝕而生銹。

3 門式起重機電氣控制系統的優化設計方案

針對上述三個方面的影響因素，可以對電控箱的結構和布置、司機室電控系統以及司機室平臺布線三個方面進行優化設計，以解決門式起重機電氣控制系統的電氣絕緣問題。

3.1 對電控箱的優化設計

總體思路是只采用一個電控箱來安裝所有的電阻器和接觸器。相對于門式起重機主梁來說，可以通過增大電控箱的橫向尺寸和適當增加電控箱的縱向尺寸，以有足夠空間容納所有的電阻器和接觸器。具體方案如圖3所示。

圖3

優化設計后的電控箱四周是封閉的，只開一個經過防雨處理的進出的門和一個窗戶，而不在側面上開出百葉窗；底板采用花格網結構，鋪上木地板，在花格網和木地板形成的隔層里布置導線。這樣設計目的是讓電控箱里的電阻器，接觸器和導線不讓雨水打濕而影響起重機的絕緣，即使有疏漏的地方讓雨水進來，也會從網狀結構的底部滴漏掉，而不會造成導線浸在水中影響絕緣。

優化設計后的電控箱在上部設有通風孔，在雨天門窗關閉，電控箱內電阻器發出的熱量使箱內的氣體受熱上升從上部通風孔逸出，氣體可以從網狀結構的底部進來得到補充，形成氣體熱交換，解決通風散熱的問題。另外潮濕氣體對起重機電氣絕緣也會造成一定的影響，在雨天，雨水打濕到電控箱柜，或濕度大的空氣進入到電控箱柜，在使用中通過電阻器、接觸器等的發熱而形成水蒸氣，若通風換氣不充分，到夜間或停機時，水蒸氣又凝成水汽威脅起重機的電氣絕緣。符合《GB6067.1-2010起重機械安全規程》“6.1.4最高溫度為+40℃時，空氣的相對濕度不超過50%，電氣設備應能正常工作，在較底溫度下可允許較高的相對濕度，例如+20℃時為90%。若濕度偏高應采用適當的附加設施（如內裝加熱器、空調器、排水孔）來避免偶然性凝露的有害影響”。所以做到通風散熱，氣體交換是優化設計電控箱的關鍵。

3.2 對司機室電控系統的優化設計

除對司機室門窗進行防雨處理，像電控箱一樣把司機室底板改成花格網狀結構，有利于排水提高底部導線的絕緣外，司機室優化改進的重點內容是把司機室內的保護柜移到電控箱里，而在司機室內另裝一個總空氣開關，讓從滑觸線進來的總電源線先經過這個總空氣開關，再到保護柜內的閘刀開關、接觸器，具體方案如圖4所示。

圖4

這樣設計的目的是在司機室里控制總電源，同時可避免主交流接觸器由于質量問題等原因在司機室里發出的噪音影響到司機的聽覺，改善司機的工作環境。這個電源開關的設置也符合《GB/T3811-2008起重機設計規范》第8.3.1條規定，即“起重機宜裝設切斷所有電源的主隔離開關，開關應盡量靠近總進線集電器。當總進線集電器有斷開裝置、或該供電線路只有一臺起重機并可從地面切斷電源時（例如在同一跨度內僅有一臺起重機、門式起重機等），可不裝設主隔離開關。”

3.3 對司機室平臺部分電氣線路的優化布置

如圖5所示，改進前的布線管路接頭多，拐彎多，中間環節多，難免有疏漏的地方，除了布線不方便外，還經常會被雨水打到，絕緣受到威脅。

圖5

圖6所示是優化后有司機室平臺部分的電氣線路布置，采用線管直接連通司機室和電控箱，導線的布置由司機室直通電控箱，減少中間環節，從而做到改善線路狀況，提高線路絕緣的目的，同時也方便門式起重機安裝時的電氣線路施工。

圖6

4 方案實施效果

按照上述方案，筆者曾對泉州鐵路貨場2臺26/10tU型門式起重機提出改進建議，使用單位結合大修過程進行過改造，效果顯著：一是解決了司機室平臺部份的電氣絕緣問題，改造前該臺起重機每年受雨天影響造成的停機故障達4～5次，改造后沒有發生過這方面的停機故障；二是提高了電氣線路對地絕緣電阻，一般情況下測量線路對地絕緣電阻都可達到2~3 MΩ；三是增強了起重機的安全性，由多個電控箱改成一個，電控箱沿主梁縱向的面積比原先的小得多，即門式起重機的迎風面積減小了，減小門式起重機運行阻力，增強起重機的安全性；四是節約了起重機制造成本，由多個控制箱改為一個控制箱，節省了鋼材和制造時間，同時減少了安裝固定的工作量，初步測算單臺門式起重機這樣優化改造，可節約制造成本1.2萬元；五是司機室平臺布線優化后，方便故障檢修。

5 建議

5.1 在福建沿海地區鐵路貨場應盡快推行該方案，對于新制造安裝的門式起重機可在制造安裝階段即可采用該方案；對于已投產的門式起重機，可結合大修施工安排專項資金進行電氣控制系統改造。

5.2 對于其它地區鐵路貨場的門式起重機，是否選擇此優化設計方案，應根據現場作業情況和定期檢測數據，進行系統穩定性和經濟效益分析，如可行，也應逐步推廣應用。

5.3 在具體應用時，要結合門式起重機的型號、規格區別選購配置電氣元件，還要根據起重機的實際作業負荷情況進一步優化方案細節，以進一步提高電控系統的穩定性。

[1] GB/T3811-2008，起重機設計規范[S].

[2] GB6067.1-2010，起重機械安全規程[S].

[3] TSG Q7015-2008，起重機械定期檢驗規則[S].