變頻控制的起重機定子異常失電保護功能檢驗方法探討

楊 玉 雒生平

（南京市特種設備安全監督檢驗研究院 南京 211100）

煉鋼廠對于我國基礎經濟發展發揮著十分重要的作用，冶金起重機作為煉鋼廠主要的搬運裝置。近幾年，為了減少污染和資源浪費，我國積極倡導高耗能企業兼并重組，改建和擴建，讓資源利用更加集約和優化，這要求煉鋼廠的冶金起重機不僅要高效率運行，而且更要確保安全使用。而定子異常失電保護對保證起重機安全可靠運行至關重要。

GB/T 3811—2008 《起重機設計規范》和GB 6067.1—2010 《起重機械安全規程》規定：起升機構電動機應設置定子異常失電保護功能，當調速裝置或正反向接觸器故障導致電動機失控時，制動器應立即上閘[1-2]。TSG Q7015—2016 《起重機械定期檢驗規則》第C8.7項規定：對于吊運熔融金屬或者發生事故后可能造成重大危險或者損失的起重機械起升機構，檢查電動機是否設置定子異常失電保護功能[3]，通過對比上一版檢規TSG Q7015—2008《起重機械定期檢驗規則》，特別強調了調速裝置故障。也就是說，當起重機起升機構采用變頻器控制時，起升機構電動機定子電源應通過變頻器控制通斷[4]。

因此，采用何種檢驗方法以保證能夠安全、快捷、正確地判斷電動機定子異常失電保護功能是否異常，是擺在檢驗者面前必須解決的一個問題。

1 檢驗方法分析

1.1 主要元器件介紹

圖1 起升機構電氣原理圖

如圖1所示，該圖為一臺用于吊用熔融金屬的通用橋式起重機起升機構原理圖，型號為QDY20-25A6，該起重機司機室操作，大車、小車及起升機構均采用變頻器控制。圖1(a)中，Q11為起升機構總斷路器，Q70為抱閘斷路器，K70抱閘接觸器主觸點，K10為起升機構接觸器主觸點，CIMR-HB4A-0150為起升機構變頻器，Y 1、Y2為起升機構制動器，Y3起升機構電動機，MD制動電阻；圖1(b)中，F3為220V交流電源斷路器，K01變頻器故障繼電器，K03、K02變頻器狀態正常繼電器；圖1(c)中，K10起升機構交流接觸器，K00起升機構零位保護繼電器，K11上升運行繼電器，K12下降運行繼電器，K13、K14、K15速度控制繼電器，K70抱閘接觸器，S40起升機構主令控制器，S91上升限位開關，S92下降限位開關。

1.2 原理圖分析

變頻器功能說明：如圖1(a)和圖1(b)所示，該起重機采用變頻器控制調速，T、S、R為變頻器輸入，U、V、W為變頻器輸出，S1、S2、S5、S6、S9、SC為變頻器功能輸入端口，S1控制上升運行，S2控制下降運行，S5、S6、S9控制變頻器速度。M1、M2為變頻器故障輸出點，當變頻器出現故障，則內部觸點閉合，反之則斷開。Ma和Mb、Mc和Md為變頻器功能輸出點，當變頻器狀態正常時，內部常閉觸點閉合；當變頻器出現過流、過熱及過載故障時，該內部觸點斷開。

工作原理：如圖1所示，首先，主令控制器S40搬到零位→K00零位接觸器得電→K00常開觸點閉合且K10起升電動機接觸器得電；其次，主令控制器搬到上升1檔→K11上升接觸器得電→K11常開觸點閉合→K70抱閘接觸器得電→Y1和Y2制動器打開→Y3上升運行；再次，主令控制器搬到下降1檔→K12上升接觸器得電→K12常開觸點閉合→K70抱閘接觸器得電→Y1和Y2制動器打開→Y3下降運行；最后，主令控制器S40回到零位→K11和K12接觸器失電→K70抱閘接觸器失電→Y1和Y2制動器抱閘→停止運行。

1.3 兩種檢驗方法分析比較

下面根據規則要求，對于變頻器控制的吊運熔融金屬的起重機定子異常失電保護功能的兩種檢驗方法進行探討。

傳統檢驗方法：首先，在運行接觸器K10線圈中串聯開關，當起重機在上升1檔運行時，打開開關，查看起重機起升機構制動器是否抱閘，以此類推，分別試驗上升2檔，上升3檔，上升4檔；其次，當起重機在下降1檔運行時，再打開運行接觸器K10線圈中串聯的開關，查看起重機起升機構制動器是否抱閘，以此類推，分別試驗下降2檔，下降3檔，下降4檔；最后，拆掉開關，復位起重機。

模擬變頻器故障檢驗方法：首先，讓起重機處在正常啟動狀態，變頻器自檢正常的條件下，通過多功能輸出點Ma和Mc輸出高電平，這時候K03和K02狀態正常繼電器將始終吸合。除非變頻器出現故障，K03和K02中間繼電器才會釋放；其次，當起重機在上升1檔運行時，以K03為例，人為斷開K03繼電器線圈電壓，模擬變頻器出現故障，查看起重機起升機構抱閘接觸器是否釋放，以此類推，分別試驗上升2檔，上升3檔，上升4檔；再次，當起重機在下降1檔運行時，以K03為例，人為斷開K03繼電器線圈電壓，查看起重機起升機構抱閘接觸器是否釋放，以此類推，分別試驗下降2檔，下降3檔，下降4檔；最后，復位起重機。

通過對比發現，傳統的檢驗方法確實能達到檢驗效果，但是有不足之處，對吊運熔融金屬起重機通常來說，所處車間溫度高、粉塵大，起重機使用頻繁，導致線路和元器件老化、性能差。由于該試驗要通過切斷起升機構主動力電路交流接觸器220V線圈電壓來直接控制交流380V主動力電路斷開，不但容易在接觸器主觸點間產生電弧，而且頻繁啟動變頻器，不能確保每次電容充放電時間，容易造成浪涌擊穿電容，減少變頻器使用壽命。對于處在粉塵環境中的起重機來說危害更大，甚至可能產生局部爆炸，直接影響人員和設備的安全。而采用模擬變頻器故障檢驗方法，通過人為模擬變頻器故障，來實現制動器準確抱閘，實際上并不需要切斷變頻器供電電源，該方法簡單快捷、易于操作，只要變頻器正常通電，就能快速定位到始終維持高電平的狀態正常繼電器。因此，模擬變頻器故障檢驗方法優于傳統的檢驗方法，采用模擬變頻器故障檢驗方法不僅能提高檢驗人員檢驗效率，而且還安全可靠，節能環保，能保證人員和設備安全。

2 結束語

模擬變頻器故障檢驗方法是長期從事起重機一線檢驗工作時研究和總結出來的，對檢驗工作具有一定的指導作用，能夠快速驗證復雜工況條件下變頻控制的冶金起重機定子異常失電保護功能的可靠性。然而，隨著起重機控制技術快速智能化發展，未來起重機控制系統會采用PLC控制技術、總線控制技術以及大型監控控制技術，這種檢驗方法將凸顯出局限性。

[1]GB/T 3811—2008 起重機設計規范[S].

[2]GB 6067.1—2010 起重機械安全規程 第1部分：總則[S].

[3]TSG Q7015—2016 起重機械定期檢驗規則[S].

[4]陳聚，蔣元棟，劉志良.電動機定子異常失電保護的分析[J]. 起重運輸機械，2017（11）：163-165.