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(jī)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(jī)定期檢修中發(fā)現(xiàn)的故障，借鑒橋機(jī)故障的四步診斷法即問、看、聽、摸，以PLC信號(hào)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(dòng)力電纜和通訊電纜分離等方法成功解決了橋機(jī)故障，為機(jī)組檢修提供了保障。

關(guān)鍵詞：橋機(jī)；PLC；通訊干擾

0　概述

橋式起重機(jī)是大型水電站必不可少的起重設(shè)備，托口水電站安裝有多臺(tái)橋機(jī)，其中，主廠房使用的橋機(jī)為杭州華新機(jī)電工程有限公司生產(chǎn)的2× 450 t/16 t起重機(jī)。在設(shè)備檢修期間，通過試運(yùn)行發(fā)現(xiàn)橋機(jī)存在主起升不能動(dòng)作的嚴(yán)重故障，以至無法正常使用，嚴(yán)重影響了機(jī)組檢修進(jìn)度。本文基于這一背景，對橋機(jī)進(jìn)行了故障分析和處理，成功找到了問題原因，解決了橋機(jī)故障。

1　橋機(jī)系統(tǒng)簡介

橋機(jī)主要用于托口水電站工程主廠房橋式起重機(jī)及其附屬設(shè)備的安裝及檢修。橋機(jī)由橋架、主副起升小車、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)葫蘆、司機(jī)室等幾部分組成。主起升小車起升機(jī)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、制動(dòng)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(yùn)行機(jī)構(gòu)為四角驅(qū)動(dòng)，每角2套驅(qū)動(dòng)，8套國外知名品牌“三合一”驅(qū)動(dòng)裝置，即電機(jī)、減速器、制動(dòng)器合為一體的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。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(dú)立，減少了大車啃軌的問題。司機(jī)室為全封閉帶空調(diào)豪華型，設(shè)有舒服的航空座椅，門鎖，照明，配置滅火器，電鈴報(bào)警器，載荷顯示裝置，觸摸屏和對講機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，在保證設(shè)備的安全運(yùn)行操作的同時(shí)，改善了司機(jī)的勞動(dòng)條件。橋機(jī)的電源由H型安全滑觸線提供，起升機(jī)構(gòu)及大、小車機(jī)構(gòu)均采用變頻調(diào)速，整機(jī)采用PLC進(jìn)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(xiàn)場總線進(jìn)行通訊。本文著重介紹橋機(jī)的電氣組成，并對橋機(jī)故障在排除了機(jī)械原因后進(jìn)行分析和處理。

1.1供電

橋機(jī)的電源由大車絕緣安全滑觸線提供，經(jīng)過橋機(jī)上的隔離開關(guān)后分為動(dòng)力、控制和照明三部分。大車絕緣安全滑觸線安裝有2個(gè)集電器，可以防止由于單個(gè)集電器的集電器碳刷與導(dǎo)軌接觸不良引起的瞬間斷電故障。為了提高橋機(jī)的安全性，大車絕緣安全滑觸線提供了一相導(dǎo)軌，作為橋機(jī)本體的地線，使橋機(jī)能夠具有可靠的接地。動(dòng)力部分經(jīng)過主斷路器和主接觸器之后分到各個(gè)機(jī)構(gòu)，包括主起升、副起升、小車、大車、電動(dòng)葫蘆，依次經(jīng)過各個(gè)機(jī)構(gòu)的低壓斷路器、快速熔斷器和機(jī)構(gòu)接觸器最后到達(dá)變頻器，輸出到電動(dòng)機(jī)。控制部分由2部分組成：一方面，經(jīng)過控制隔離變壓器將電壓變?yōu)锳C220V，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(jīng)過控制隔離變壓器將電壓變?yōu)锳C220V，為各電氣柜內(nèi)照明及插座和柜內(nèi)風(fēng)機(jī)提供電源。

1.2系統(tǒng)集成

系統(tǒng)采用的元器件均為國際著名電氣制造廠商生產(chǎn)，斷路器、接觸器、繼電器等均采用施耐德或西門子公司產(chǎn)品；變頻器采用ABB公司的ACS800起升專用系列變頻器產(chǎn)品；PLC采用SIEMENS公司產(chǎn)品。PLC與變頻器、觸摸屏通過PROFIBUS現(xiàn)場總線通訊，以最快12Mb/s的波特率實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，從而全面監(jiān)測變頻器、編碼器、斷路器、接觸器、繼電器的工作狀態(tài)與詳細(xì)故障信息，將信息傳遞給觸摸屏；便于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

（1）整機(jī)采用高性能的PLC通訊控制（PROFIBUS），各機(jī)構(gòu)設(shè)置分站，從而使控制線的連接以及元器件減少，對數(shù)據(jù)采樣的誤差基本上為零。元器件減少使得整機(jī)的無故障運(yùn)行得到可靠的保障。

（2）橋機(jī)在司機(jī)室聯(lián)動(dòng)臺(tái)上設(shè)有動(dòng)力電源合閘/急停、系統(tǒng)合閘/停止/急停、照明電源合閘/分閘、并車操作等按鈕開關(guān)，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(guān)。在電源控制柜上設(shè)有動(dòng)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(jī)設(shè)置有控制回路急停和動(dòng)力回路急停兩種安全保護(hù)?？刂苹芈芳蓖０粹o動(dòng)作時(shí)立即切斷系統(tǒng)的控制電源，并關(guān)斷變頻器的輸出，實(shí)現(xiàn)安全斷電。動(dòng)力回路急停按鈕動(dòng)作時(shí)立即切斷系統(tǒng)所有的動(dòng)力電源和控制電源，制動(dòng)器立即斷電抱閘，變頻器停止輸出。這兩種設(shè)置的目的是防止在某一機(jī)構(gòu)失控時(shí)導(dǎo)致的安全事故。

（3）高性能變頻調(diào)速：橋機(jī)整機(jī)采用ACS800系列高性能變頻調(diào)速器，采用目前最先進(jìn)的交流異步電機(jī)調(diào)速控制方式—直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC）；且有專業(yè)的起重機(jī)應(yīng)用軟件系統(tǒng)，其中最優(yōu)異的為抱閘控制功能，其性能可靠，功率因素可達(dá)0.98、轉(zhuǎn)矩階躍時(shí)間＜5ms。

（4）起升機(jī)構(gòu)工作制動(dòng)器及安全制動(dòng)器的控制：操作主令控制離開零位進(jìn)行作業(yè)時(shí)，變頻器得到命令后對電機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁，待在電機(jī)上建立足夠的力矩后釋放工作制動(dòng)器及安全制動(dòng)器；正常操作手柄回零位后，待電機(jī)減速至設(shè)定速度后工作制動(dòng)器斷電抱閘，安全制動(dòng)器延時(shí)斷電抱閘；操作起升機(jī)構(gòu)達(dá)到極限位置后或系統(tǒng)出現(xiàn)一級停車故障時(shí)，工作制動(dòng)器立即斷電抱閘，安全制動(dòng)器延時(shí)斷電抱閘；當(dāng)急停命令或系統(tǒng)出現(xiàn)急停故障時(shí)，工作制動(dòng)器和安全制動(dòng)器立即斷電抱閘。

（5）吊點(diǎn)平衡：當(dāng)需要2臺(tái)小車或多個(gè)吊鉤共同作業(yè)時(shí)，可以通過臨時(shí)通訊電纜連接2臺(tái)小車的預(yù)留通訊口或已設(shè)置好的通訊系統(tǒng)，同時(shí)在操作臺(tái)上作相應(yīng)選擇，此時(shí)2臺(tái)小車的PLC建立了通訊，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)相互數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換。在電機(jī)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(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速的測量；同時(shí)，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(shù)據(jù)唯一性、無重復(fù)誤差、數(shù)據(jù)斷電保持等高性能特性，此編碼器的數(shù)值可以直接轉(zhuǎn)換為吊鉤的實(shí)際高度值。PLC系統(tǒng)實(shí)時(shí)得出絕對值型光電編碼器的讀數(shù)偏差，并根據(jù)偏差，的大小實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)變頻器的輸出，達(dá)到將多個(gè)吊鉤的高度差保持在設(shè)定的范圍內(nèi)的要求。

1.3可靠全面有效的保護(hù)功能

系統(tǒng)采用國外流行的維修性設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)和EMC控制等理念，嚴(yán)密的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性和維修性極大提高，運(yùn)行成本明顯降低，系統(tǒng)的平均無故障運(yùn)行時(shí)間大于16 000 h。同時(shí)由于CMS系統(tǒng)的采用，將故障的查找時(shí)間縮小到幾乎為零，也使MTTR指標(biāo)進(jìn)一步優(yōu)化。該橋機(jī)設(shè)有短路保護(hù)、過流保護(hù)、缺相保護(hù)、過熱保護(hù)、低電壓等基本保護(hù)。而且由于采用變頻調(diào)速，變頻器又具有電源側(cè)的短路、過流、缺相、過壓、低壓保護(hù)，電機(jī)側(cè)具有過熱、過流、缺相、短路、接地、超速等保護(hù)。大小車同時(shí)也具有防反擊制動(dòng)的保護(hù)。該橋機(jī)大小車也設(shè)有終端行程保護(hù)和非接觸式行程兩級保護(hù)，主、副起升機(jī)構(gòu)設(shè)有高度限制保護(hù)、超載保護(hù)和超速保護(hù)等三種必備保護(hù)措施。橋機(jī)所有的電控柜置于橋箱內(nèi)，用于放置電氣控制柜，橋箱內(nèi)同時(shí)配置有冷暖空調(diào)，并在電氣系統(tǒng)配置有溫濕度控制儀?？梢苑乐雇獠凯h(huán)境如雨水、濕度、溫度、灰塵等對電氣設(shè)備造成的傷害，以滿足電氣設(shè)備在使用、運(yùn)行過程中對環(huán)境的要求。在橋箱內(nèi)安裝了2個(gè)溫濕度控制儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測主梁內(nèi)部環(huán)境的帶傳感器的高精度溫濕度控制儀，當(dāng)主梁內(nèi)的環(huán)境不符合使用要求時(shí)，溫濕度儀會(huì)發(fā)出指令，系統(tǒng)監(jiān)測到任一信號(hào)后使系統(tǒng)處于停機(jī)狀態(tài)，并使電氣設(shè)備處于安全斷電狀態(tài)，保證電氣設(shè)備的安全，延長其使用壽命；只有主梁內(nèi)的環(huán)境指標(biāo)符合要求以后，系統(tǒng)才能重新上電，恢復(fù)正常使用。除此之外，電氣控制柜內(nèi)還設(shè)有強(qiáng)通風(fēng)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(jī)電氣故障的種類繁多，相同的故障現(xiàn)象可能是多種原因引起的，相同的故障可能有多種表現(xiàn)形式，查找問題時(shí)需要細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)。橋式起重機(jī)電氣設(shè)備故障大致可分為2類，一類是有明顯外表特征容易被發(fā)現(xiàn)的，如電動(dòng)機(jī)、電器的顯著發(fā)熱、冒煙甚至發(fā)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(fā)生在控制和通訊回路中，原因有原件調(diào)整不當(dāng)、機(jī)械動(dòng)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(dǎo)線斷裂等。為此發(fā)現(xiàn)橋機(jī)問題后應(yīng)該從4個(gè)方面找出問題原因，從而解決問題。首先，問。橋機(jī)發(fā)生故障后，首先應(yīng)向操作者了解故障發(fā)生時(shí)的情況，有利于根據(jù)電氣設(shè)備的工作原理來分析發(fā)生故障的原因。其次，看。檢查熔斷器內(nèi)熔絲是否熔斷，其他電氣元件有無燒壞、發(fā)熱、斷線，導(dǎo)線連接螺釘是否松動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是否正常，變頻器和PLC是否有故障顯示。然后，聽。聽電動(dòng)機(jī)、變壓器和一些電器元件在運(yùn)行時(shí)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(dòng)機(jī)、變壓器和電器元件的線圈發(fā)生故障時(shí)，溫度顯著上升，可切斷電源后用手去觸摸。

2.1故障現(xiàn)象

橋機(jī)1號(hào)主起升不能動(dòng)作；當(dāng)操作1號(hào)主起升時(shí)抱閘能正常動(dòng)作，但主起升還未動(dòng)作時(shí)司機(jī)室的系統(tǒng)合閘電源就已斷開，與此同時(shí)司機(jī)室的顯示屏出現(xiàn)多個(gè)故障點(diǎn)指示，PLC信號(hào)指示燈SF常亮，BF1閃亮?；谏鲜龉收犀F(xiàn)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(hào)指示燈SF常亮，BF1閃亮，這一故障現(xiàn)象可知BF2燈閃爍是總線故障,需要檢查DP頭及DP網(wǎng)線。而SF燈常亮則因BF2而起。為此首先檢查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的DP頭中有2個(gè)出現(xiàn)了顯著缺陷，即刻更換了DP頭，并且按照參數(shù)表重新設(shè)定了參數(shù)。

（2）將PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中首尾端變頻器上的DP頭電阻設(shè)置為“ON”位置，而中間變頻器上的DP頭電阻設(shè)置為“OFF”。

（3）經(jīng)過上述2步處理，1號(hào)主起升仍然不能正常啟動(dòng)。進(jìn)一步進(jìn)行現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)通訊電纜緊挨著動(dòng)力電纜布置在同一橋架內(nèi)，為此將通訊電纜從橋架內(nèi)移出。重試后發(fā)現(xiàn)橋機(jī)1號(hào)主起升能夠正常啟動(dòng)，故障消除。

3　結(jié)束語

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

參考文獻(xiàn)：

[1]杭州華新機(jī)電工程有限公司.橋機(jī)操作維護(hù)使用說明書[Z].

[2]SIEMENS公司.PLC產(chǎn)品手冊[Z].

中圖分類號(hào)：TH215

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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(jī)電設(shè)備維護(hù)管理工作。