岸橋輔助機構電機接地故障分析

王明軒

（天津港歐亞國際集裝箱碼頭有限公司，天津 300461）

1 岸橋輔助機構供電系統概述

岸邊集裝箱起重機（以下簡稱岸橋）是一種專門用于集裝箱碼頭對集裝箱船舶進行裝卸作業的起重設備。天津港歐亞國際集裝箱碼頭有限公司岸橋由三相交流10 kV 電源供電，通過10 kV高壓電纜經大車電纜卷盤接至每臺岸橋機器房內的高壓進線柜，并由饋電柜分別供電給主變壓器和輔助變壓器。主變壓器容量為2000 kVA，降壓至440 V，作為岸橋起升、大車、俯仰、小車四大主機構驅動電源；輔助變壓器容量為250 kVA，降壓至380/220 V，供電給岸橋輔助機構、控制、照明等輔助裝置。

主變壓器和輔助變壓器均為三相干式纏繞式變壓器，初級線圈均為三角形接法，主變壓器次級線圈為三相三線制星形接法，輔助變壓器次級線圈為三相四線制星形接法。主變壓器和輔助變壓器二次側均設有接地檢測繼電器，型號為日本光商工LEG-130L，其中輔助變壓器接地檢測繼電器靈敏度電流整定值設為500 mA，動作時間設為200 ms。

輔助變壓器二次側設置輔助機構電源總開關，下分小車/吊具柜電源開關、機房配電柜電源開關以及其他各種輔助裝置的電源開關，包括PLC 控制系統隔離變壓器、各機構制動器電機、風機電機、油泵電機、空調、投光燈、插座等。小車/吊具柜電源開關下口線通過小車拖鏈進入司機室小車/吊具柜，為司機室、吊具的總電源，下接吊具電纜卷盤電源空開、吊具控制電源空開、吊具油泵電源空開及司機室插座、照明、空調等裝置。

吊具電纜卷盤電源空開為吊具電纜卷盤機構變頻器、制動器等供電，吊具電纜卷盤機構通過安川G7 變頻器驅動2 臺5.5 kW 變頻電機，驅動吊具電纜卷盤，卷繞30 芯90 m 的吊具垂纜跟隨吊具起升或下降。吊具控制電源空開下分兩路，一路為司機室吊具PLC 供電，一路通過吊具電纜卷盤滑環箱、吊具垂纜為吊具上架連接限位及吊具上的電源模塊供電，這一路上并聯有浪涌保護器。司機室吊具PLC 通過ASI 通信線與吊具通信，ASI 通信線與吊具控制電源、吊具油泵電源線等從司機室經滑環箱、小車頂接線箱、吊具垂纜、吊具上架接線箱、上架電纜及大插頭與吊具連接。

2 故障排查過程

某日夜班，4#岸橋在作業過程中，發生吊具控制電源空開跳閘故障，同時還發現存在CMS（起重機監控系統）柜電源空開跳閘故障和前大梁-1 投光燈空開跳閘故障，無法合閘復位。這3個空開都在輔助機構電源總開關下口，而輔助機構接地檢測繼電器并沒有動作。由于CMS 斷電，無法查看故障履歷，無法判斷CMS 柜電源空開跳閘故障和前大梁-1 投光燈空開跳閘故障是否早已存在，而且不影響作業，暫且擱置，先重點處理吊具控制電源空開跳閘故障。

因以前多次發生因滑環箱、吊具垂纜、或上架連接限位問題導致吊具控制電源空開跳閘的情況，因此首先分段排查這些部位，測量絕緣發現吊具控制電源浪涌保護器對地，浪涌保護器主要起避雷的作用，發生故障時并無雷擊情況發生，將其拆除后再次試驗，跳閘故障依舊。繼續排查發現吊具上的電源模塊自保護無電壓輸出，且自保護無法復位，但測量其輸入電壓正常，考慮電源模塊損壞，更換后吊具故障仍未排除，而且又出現了新的問題，如吊具油泵電機電源空開跳閘、電氣房火災報警器報警等，這些故障并無明顯關聯，故障排查陷入僵局。

而后在試車過程中發現，當起升上下運行時，或剛合控制電源時這些故障就會發生，合上控制電源而不動起升一定時間后故障消失，再運行起升時又會發生故障。

經過觀察，吊具電纜卷盤機構跟隨起升動作，即當起升上升或下降時吊具電纜卷盤電機運行，起升上升動作停止后延時60 s，吊具電纜卷盤電機停止運行，說明吊具電纜卷盤電機運行與否與這一系列故障直接相關。測試吊具電纜卷盤電機絕緣，發現其中一臺電機一相線圈相對外殼的絕緣電阻已經降為0，電機對地短路。2 臺吊具電纜卷盤電機為并聯布置，由一臺變頻器的一組輸出同時驅動，通過各自的磁滯聯軸器，連接到雙輸入軸的減速箱，帶動吊具電纜卷盤轉動。將對地短路的電機甩開，只留另一臺電機單獨帶動卷盤運行，除了因單個電機功率不足，導致起升不能高速運行外，所有故障全部消失，明確了所有故障均由絕緣損壞的電機引起。

然而，吊具電纜卷盤電機通過安川G7 變頻器控制，G7 變頻器在輸出電流超出額定電流50%理應報出接地故障（GF），而且每個電機有單獨的斷路器（型號為施耐德GV2-ME20C），但此前變頻器并沒有報出任何故障，斷路器也沒跳閘，輔助變壓器接地檢測繼電器也未動作。進一步查看電機發現，電機接地線并未連接到接線盒中的接地端子上，處于懸空狀態，而電機安裝方式為B5 法蘭安裝，通過磁滯聯軸器經多道法蘭安裝至減速箱側面端蓋上，而且磁滯聯軸器兩半聯軸器之間存在間隙并不直接接觸，法蘭結合面既有油漆又有潤滑油，電機外殼相對于整機鋼結構的接地電阻較大，相當于電機外殼并未有效接地或接零，電機所有接地保護措施均失效。因電機雖然碰殼卻并無持續性較大的泄露電流與大地導通，故未報出故障或跳閘。

分析其他一系列蹊蹺故障的成因。經查吊具電纜卷盤電機的電源線為CEF82（3×2.5）帶屏蔽層船用電纜，從司機室內的電氣柜經布線槽至電機所在位置，其中在線槽內與吊具ASI 通信線、吊具控制電源線、吊具油泵電機電源線等緊密排列布置。電纜全長25 m，其中3 芯為3 根相線，電纜屏蔽層兩端接地，既承擔屏蔽作用，又承擔接地作用，無獨立的接地線。而在實際接線時，電機側屏蔽層未接至電機機殼，因而電纜屏蔽層既起不到屏蔽作用，又起不到接地作用。電機絕緣損壞后雖無持續較大的對地電流，但其在電機轉動時仍會產生較大的瞬時電流波動，雖不足以導致對地故障，但會對在線槽內和電氣柜內緊鄰的其他線路產生感應干擾，造成吊具通信故障，同時使CMS、前大梁投光燈、電氣房火災報警器等輔助裝置的公共中性線（零線）O2100感應帶電，致使輔助機構其他空開漏保跳閘。至此，明確了此次故障的原因。故障分析流程見圖1

圖1 故障分析流程

3 總結

本次故障的直接原因是吊具卷盤電機絕緣損壞漏電，但連帶導致的其他故障對故障排查造成了誤導。通過故障分析，除了理清了故障原因，發現系統存在的深層次問題并采取有針對性的措施外，還得到以下啟示:

3.1 認真分析工況

本次故障的快速排除，得益于對故障發生時各機構動作工況的觀察與分析。排查電氣故障不僅要對電氣原理和基礎知識有深入了解，更要熟悉設備運行的工況，才能透過現象看到故障的本質。

3.2 采用分段排除法

當遇到疑難故障時，采用分段排除法，將故障可能存在的線路或部位進行分段，從最可能發生的部位、最易排除的部位著手，逐段排除。如果人員充足，在確保安全的前提下可并行開展，可以提高故障排除效率。但分工時要有人協調指揮，防止各自為戰。

3.3 重視電工儀表使用

不能只依靠經驗或設備自帶的監控儀表或監控系統，要重視常用電工儀表如萬用表、電流卡表、兆歐表甚至示波器的使用，采取多點觀測、動態觀測、連續觀測的方法獲取數據，通過分析數據總結規律。

3.4 規范施工

電氣線路及設備的安裝和維修一定要按照規范施工，如果本次故障中接地線能夠規范連接，就會直接發現電機接地故障，而不會因其他故障的干擾造成混淆，節省排查時間。更重要的是，施工的不規范可能導致電氣保護裝置失效，引發火災、觸電等安全事故，必須嚴格避免。