托口水電站橋機故障分析和處理

歐陽敏

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

托口水電站橋機故障分析和處理

歐陽敏

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

摘要：介紹了橋機定期檢修中發現的故障，借鑒橋機故障的四步診斷法即問、看、聽、摸，以PLC信號指示燈為突破口，采用排除法找出了問題原因，即通訊干擾。通過采取將動力電纜和通訊電纜分離等方法成功解決了橋機故障，為機組檢修提供了保障。

關鍵詞：橋機；PLC；通訊干擾

0　概述

橋式起重機是大型水電站必不可少的起重設備，托口水電站安裝有多臺橋機，其中，主廠房使用的橋機為杭州華新機電工程有限公司生產的2× 450 t/16 t起重機。在設備檢修期間，通過試運行發現橋機存在主起升不能動作的嚴重故障，以至無法正常使用，嚴重影響了機組檢修進度。本文基于這一背景，對橋機進行了故障分析和處理，成功找到了問題原因，解決了橋機故障。

1　橋機系統簡介

橋機主要用于托口水電站工程主廠房橋式起重機及其附屬設備的安裝及檢修。橋機由橋架、主副起升小車、大車運行機構、電動葫蘆、司機室等幾部分組成。主起升小車起升機構主要由電動機、減速器、聯軸器、制動器、卷筒、定滑輪梁及吊鉤滑輪組等組成。主、副鉤采用減速器換擋方式切換，增加了吊裝的工作效率。大車運行機構為四角驅動，每角2套驅動，8套國外知名品牌“三合一”驅動裝置，即電機、減速器、制動器合為一體的傳動機構。橋架采用2根主梁和2根鉸接式端梁的新型4梁橋架，主梁與端梁之間采用鉸軸連接，2主梁相對獨立，減少了大車啃軌的問題。司機室為全封閉帶空調豪華型，設有舒服的航空座椅，門鎖，照明，配置滅火器，電鈴報警器，載荷顯示裝置，觸摸屏和對講機等先進設備，在保證設備的安全運行操作的同時，改善了司機的勞動條件。橋機的電源由H型安全滑觸線提供，起升機構及大、小車機構均采用變頻調速，整機采用PLC進行控制。變頻器為ABB公司的ACS800起升專用系列；PLC為SIEMENS公司的S300。PLC與變頻器、觸摸屏通過PROFIBUS現場總線進行通訊。本文著重介紹橋機的電氣組成，并對橋機故障在排除了機械原因后進行分析和處理。

1.1供電

橋機的電源由大車絕緣安全滑觸線提供，經過橋機上的隔離開關后分為動力、控制和照明三部分。大車絕緣安全滑觸線安裝有2個集電器，可以防止由于單個集電器的集電器碳刷與導軌接觸不良引起的瞬間斷電故障。為了提高橋機的安全性，大車絕緣安全滑觸線提供了一相導軌，作為橋機本體的地線，使橋機能夠具有可靠的接地。動力部分經過主斷路器和主接觸器之后分到各個機構，包括主起升、副起升、小車、大車、電動葫蘆，依次經過各個機構的低壓斷路器、快速熔斷器和機構接觸器最后到達變頻器，輸出到電動機。控制部分由2部分組成：一方面，經過控制隔離變壓器將電壓變為AC220V，為PLC、PLC的輸出部分繼電器及控制回路、載荷限制器等提供電源。另一方面，經過控制隔離變壓器將電壓變為AC220V，為各電氣柜內照明及插座和柜內風機提供電源。

1.2系統集成

系統采用的元器件均為國際著名電氣制造廠商生產，斷路器、接觸器、繼電器等均采用施耐德或西門子公司產品；變頻器采用ABB公司的ACS800起升專用系列變頻器產品；PLC采用SIEMENS公司產品。PLC與變頻器、觸摸屏通過PROFIBUS現場總線通訊，以最快12Mb/s的波特率實時交換數據，從而全面監測變頻器、編碼器、斷路器、接觸器、繼電器的工作狀態與詳細故障信息，將信息傳遞給觸摸屏；便于實時監控系統運行狀態。

（1）整機采用高性能的PLC通訊控制（PROFIBUS），各機構設置分站，從而使控制線的連接以及元器件減少，對數據采樣的誤差基本上為零。元器件減少使得整機的無故障運行得到可靠的保障。

（2）橋機在司機室聯動臺上設有動力電源合閘/急停、系統合閘/停止/急停、照明電源合閘/分閘、并車操作等按鈕開關，以及主起升上升/下降、大車向左/向右以及小車向前/向后的主令開關。在電源控制柜上設有動力電源合閘/分閘、控制電源合閘/分閘、照明電源合閘/分閘按鈕。本橋機設置有控制回路急停和動力回路急停兩種安全保護。控制回路急停按鈕動作時立即切斷系統的控制電源，并關斷變頻器的輸出，實現安全斷電。動力回路急停按鈕動作時立即切斷系統所有的動力電源和控制電源，制動器立即斷電抱閘，變頻器停止輸出。這兩種設置的目的是防止在某一機構失控時導致的安全事故。

（3）高性能變頻調速：橋機整機采用ACS800系列高性能變頻調速器，采用目前最先進的交流異步電機調速控制方式—直接轉矩控制（DTC）；且有專業的起重機應用軟件系統，其中最優異的為抱閘控制功能，其性能可靠，功率因素可達0.98、轉矩階躍時間＜5ms。

（4）起升機構工作制動器及安全制動器的控制：操作主令控制離開零位進行作業時，變頻器得到命令后對電機進行勵磁，待在電機上建立足夠的力矩后釋放工作制動器及安全制動器；正常操作手柄回零位后，待電機減速至設定速度后工作制動器斷電抱閘，安全制動器延時斷電抱閘；操作起升機構達到極限位置后或系統出現一級停車故障時，工作制動器立即斷電抱閘，安全制動器延時斷電抱閘；當急停命令或系統出現急停故障時，工作制動器和安全制動器立即斷電抱閘。

（5）吊點平衡：當需要2臺小車或多個吊鉤共同作業時，可以通過臨時通訊電纜連接2臺小車的預留通訊口或已設置好的通訊系統，同時在操作臺上作相應選擇，此時2臺小車的PLC建立了通訊，系統可以實現相互數據的實時交換。在電機尾部安裝了作為測速反饋用的增量型光電編碼器，保證電機的實際轉速的測量；同時，在卷筒軸上安裝有帶DP通訊口的絕對值型光電編碼器，具有數據唯一性、無重復誤差、數據斷電保持等高性能特性，此編碼器的數值可以直接轉換為吊鉤的實際高度值。PLC系統實時得出絕對值型光電編碼器的讀數偏差，并根據偏差，的大小實時調節變頻器的輸出，達到將多個吊鉤的高度差保持在設定的范圍內的要求。

1.3可靠全面有效的保護功能

系統采用國外流行的維修性設計、可靠性設計和EMC控制等理念，嚴密的設計使系統穩定性、可靠性和維修性極大提高，運行成本明顯降低，系統的平均無故障運行時間大于16 000 h。同時由于CMS系統的采用，將故障的查找時間縮小到幾乎為零，也使MTTR指標進一步優化。該橋機設有短路保護、過流保護、缺相保護、過熱保護、低電壓等基本保護。而且由于采用變頻調速，變頻器又具有電源側的短路、過流、缺相、過壓、低壓保護，電機側具有過熱、過流、缺相、短路、接地、超速等保護。大小車同時也具有防反擊制動的保護。該橋機大小車也設有終端行程保護和非接觸式行程兩級保護，主、副起升機構設有高度限制保護、超載保護和超速保護等三種必備保護措施。橋機所有的電控柜置于橋箱內，用于放置電氣控制柜，橋箱內同時配置有冷暖空調，并在電氣系統配置有溫濕度控制儀。可以防止外部環境如雨水、濕度、溫度、灰塵等對電氣設備造成的傷害，以滿足電氣設備在使用、運行過程中對環境的要求。在橋箱內安裝了2個溫濕度控制儀，實時監測主梁內部環境的帶傳感器的高精度溫濕度控制儀，當主梁內的環境不符合使用要求時，溫濕度儀會發出指令，系統監測到任一信號后使系統處于停機狀態，并使電氣設備處于安全斷電狀態，保證電氣設備的安全，延長其使用壽命；只有主梁內的環境指標符合要求以后，系統才能重新上電，恢復正常使用。除此之外，電氣控制柜內還設有強通風裝置和照明裝置，可以提高電氣元器件的使用等級和使用壽命。

2　故障分析和處理

橋機電氣故障的種類繁多，相同的故障現象可能是多種原因引起的，相同的故障可能有多種表現形式，查找問題時需要細心、嚴謹。橋式起重機電氣設備故障大致可分為2類，一類是有明顯外表特征容易被發現的，如電動機、電器的顯著發熱、冒煙甚至發出焦臭味或火花等；另一類是沒有外表特征的，此類故障常發生在控制和通訊回路中，原因有原件調整不當、機械動作失靈、觸頭及壓接線端子接觸不良或脫落、通訊干擾、以及小零件損壞、導線斷裂等。為此發現橋機問題后應該從4個方面找出問題原因，從而解決問題。首先，問。橋機發生故障后，首先應向操作者了解故障發生時的情況，有利于根據電氣設備的工作原理來分析發生故障的原因。其次，看。檢查熔斷器內熔絲是否熔斷，其他電氣元件有無燒壞、發熱、斷線，導線連接螺釘是否松動，電動機的轉速是否正常，變頻器和PLC是否有故障顯示。然后，聽。聽電動機、變壓器和一些電器元件在運行時聲音是否正常，通過聲音可以幫助尋找故障的部位。最后，摸。電動機、變壓器和電器元件的線圈發生故障時，溫度顯著上升，可切斷電源后用手去觸摸。

2.1故障現象

橋機1號主起升不能動作；當操作1號主起升時抱閘能正常動作，但主起升還未動作時司機室的系統合閘電源就已斷開，與此同時司機室的顯示屏出現多個故障點指示，PLC信號指示燈SF常亮，BF1閃亮。基于上述故障現象，采用問、看、聽、摸四步法查找故障原因。

2.2分析和處理過程

（1）由西門子PLC信號指示燈SF常亮，BF1閃亮，這一故障現象可知BF2燈閃爍是總線故障,需要檢查DP頭及DP網線。而SF燈常亮則因BF2而起。為此首先檢查發現現有的DP頭中有2個出現了顯著缺陷，即刻更換了DP頭，并且按照參數表重新設定了參數。

（2）將PROFIBUS網絡中首尾端變頻器上的DP頭電阻設置為“ON”位置，而中間變頻器上的DP頭電阻設置為“OFF”。

（3）經過上述2步處理，1號主起升仍然不能正常啟動。進一步進行現場檢查，發現通訊電纜緊挨著動力電纜布置在同一橋架內，為此將通訊電纜從橋架內移出。重試后發現橋機1號主起升能夠正常啟動，故障消除。

3　結束語

借助PLC指示，采用排除法找出了橋機故障的原因，通過將通訊電纜和動力電纜分離的方法消除了通訊干擾，成功解決了橋機1號主起升不能正常啟動的故障，為機組檢修的順利進行提供了保障，為同類問題處理提供了借鑒。

參考文獻：

[1]杭州華新機電工程有限公司.橋機操作維護使用說明書[Z].

[2]SIEMENS公司.PLC產品手冊[Z].

中圖分類號：TH215

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）08-0074-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.022

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：歐陽敏（1977-），男，助理工程師，從事水電廠機電設備維護管理工作。