沿海铁路货场门式起重机电气布置优化方案

郑雨龙



沿海铁路货场门式起重机电气布置优化方案

郑雨龙

南昌铁路局特种设备检测检验所

针对沿海地区铁路货场因台风雨水造成门式起重机设备故障频发的现象，根据定期检测跟踪分析，对由主令控制器控制、串电阻调速的门式起重机，提出对司机室平台部分的电控箱、司机室、电气线路的电气布置进行优化设计，以提高设备在台风雨季的电气绝缘度，降低设备故障率。

门式起重机 电气布置 优化设计

福建沿海地区铁路货场比较集中，货物装卸量大，装卸运输组织繁忙，每年仅福州东站、泉州站区、厦门站区和漳州站区的货物装卸量，占南昌铁路局年货物装卸量的20%～30%。为满足装卸运输生产的需要，多年来，铁路部门投入大量资金在该地区各货场建造安装了40t、36t、20t等吨位的门式起重机20多台，目前这些起重装卸机械基本处于满负荷作业状态。由于福建沿海属亚热带湿润季风气候，年降水量1400～2000毫米，有较明显雨季和干季；3～6月为雨季，占全年降水50%～60%，7～9月是台风季，降水量较多，对露天作业的门式起重机正常使用造成了很大影响。根据近几年来特种设备定期检测跟踪分析，平均每年因台风下雨导致设备电气绝缘被破坏而造成的设备停机故障达5~6次，有的达到10次以上，严重影响了设备安全和装卸运输生产效益。随着福建沿海地区铁路货场装卸作业量的持续增长，研究应用门式起重机电气布置的优化设计方案，降低设备故障率，提高起重机在台风雨季的正常作业天数，已尤为重要和迫切。

1 现行门式起重机电气布置方案及受雨水影响设备故障情况

目前福建沿海地区铁路货场使用的20t以上的门式起重机，电气控制系统大都采用由主令控制器控制串电阻调速方式。这种调速方式的门式起重机需要用到大量的电阻器控制用的交流接触器。电阻器以及接触器的布置根据不同的起重机有略微的差别，但总体上是大同小异的，一般按不同的运行机构把电阻器和接触器安装在不同的电控箱和电阻箱内。而电控箱和电阻箱的布置是沿着司机室走台的纵向一字排开，如图1所示。

图1是泉州某铁路货场26/10tU型、厦门某铁路货场36/16tU型门式起重机司机室平台电气布置示意图。电阻器、交流接触器按主钩、付钩、大车、小车不同的运行机构分别安装在不同的电控箱里，电控箱底部布电气线路，连接电控箱之间的接线，导线一般由电控箱底部专门的线槽通过，或者布置在电控箱底部的槽钢支座所形成的槽里。

当雨季来临刮风下雨时，沿海地区货场的门式起重机司机室平台部分的线路、电阻器、接触器等经常会被雨水打湿，电气绝缘被破坏，总电源自动空气开关，或漏电保护断路器合不上闸，或上闸后又跳闸，致使门式起重机无法正常运行。

图1

2 雨水影响造成设备故障的原因分析

根据多年对沿海地区铁路货场门式起重机定期检测情况分析，门式起重机在雨季作业时，几乎都存在设备对地漏电，严重时对地绝缘几乎为零，不符合规定要求，且影响设备的使用。依据《GB6067.1-2010起重机械安全规程》规定，“对于电网电压不大于1000V时，在电路与裸露导电部件之间施加500V（d.c）时测得的绝缘电阻不应小于1MΩ”。《TSG Q7015-2008起重机械定期检验规则》B7.2规定，“电气线路对地绝缘电阻，额定电压小于或等于500V时，一般环境中不低于0.8MΩ，潮湿环境中不低于0.4MΩ”，均达不到要求。经过检测分析，主要是门式起重机电气控制系统的电气元件与电气线路的对地绝缘受到了影响。根据现场实际情况分析，有三个方面的因素影响到这部份的绝缘。

2.1 电控箱的百叶窗进水影响电气元件绝缘

如图2所示，电控箱的侧面板上开有百叶窗，因电控箱内装有电阻器，在工作中会发热，是为通风、散热而设置的。在沿海地区大风大雨的打击下，雨水会顺着百叶窗和电控箱的门缝中进来打湿，电控箱内的电气元件而降低了起重机整机线路的对地电气绝缘。

图2

2.2 司机室走台的电气布置被雨水打湿影响对地电气绝缘

如图2的A向视图所示，司机室走台上的电气布置，由于电控箱底部有导线进出和通过，需要有线槽，一般在走台上面对面地固定槽钢，再在槽钢上架设电控箱，或者在电控箱底部直接布置线槽。由于电控箱进水也会打湿到导线上，另外多个电控箱之间有线路相通，因而中间会有环节漏水进来把线打湿，从而影响线路部份的对地电气绝缘。

2.3 司机室进水影响导线绝缘

在雨天，雨水会从窗户处或者门缝间进来流到司机室底部，而司机室里的线路一般布置在木地板隔层与钢板作的底板之间，这样流进来的雨水积在司机室底板上，让这里的导线浸泡在水中，降低了起重机电气线路的对地绝缘。虽然也可在底部的钢板上钻孔或割孔来排水，但是由于司机室的布线是纵横交错的，排水孔无法把水排干净，仍会形成局部积水让导线泡在水中，致使线路的对地绝缘受到影响，同时底部的钢板也会受到腐蚀而生锈。

3 门式起重机电气控制系统的优化设计方案

针对上述三个方面的影响因素，可以对电控箱的结构和布置、司机室电控系统以及司机室平台布线三个方面进行优化设计，以解决门式起重机电气控制系统的电气绝缘问题。

3.1 对电控箱的优化设计

总体思路是只采用一个电控箱来安装所有的电阻器和接触器。相对于门式起重机主梁来说，可以通过增大电控箱的横向尺寸和适当增加电控箱的纵向尺寸，以有足够空间容纳所有的电阻器和接触器。具体方案如图3所示。

图3

优化设计后的电控箱四周是封闭的，只开一个经过防雨处理的进出的门和一个窗户，而不在侧面上开出百叶窗；底板采用花格网结构，铺上木地板，在花格网和木地板形成的隔层里布置导线。这样设计目的是让电控箱里的电阻器，接触器和导线不让雨水打湿而影响起重机的绝缘，即使有疏漏的地方让雨水进来，也会从网状结构的底部滴漏掉，而不会造成导线浸在水中影响绝缘。

优化设计后的电控箱在上部设有通风孔，在雨天门窗关闭，电控箱内电阻器发出的热量使箱内的气体受热上升从上部通风孔逸出，气体可以从网状结构的底部进来得到补充，形成气体热交换，解决通风散热的问题。另外潮湿气体对起重机电气绝缘也会造成一定的影响，在雨天，雨水打湿到电控箱柜，或湿度大的空气进入到电控箱柜，在使用中通过电阻器、接触器等的发热而形成水蒸气，若通风换气不充分，到夜间或停机时，水蒸气又凝成水汽威胁起重机的电气绝缘。符合《GB6067.1-2010起重机械安全规程》“6.1.4最高温度为+40℃时，空气的相对湿度不超过50%，电气设备应能正常工作，在较底温度下可允许较高的相对湿度，例如+20℃时为90%。若湿度偏高应采用适当的附加设施（如内装加热器、空调器、排水孔）来避免偶然性凝露的有害影响”。所以做到通风散热，气体交换是优化设计电控箱的关键。

3.2 对司机室电控系统的优化设计

除对司机室门窗进行防雨处理，像电控箱一样把司机室底板改成花格网状结构，有利于排水提高底部导线的绝缘外，司机室优化改进的重点内容是把司机室内的保护柜移到电控箱里，而在司机室内另装一个总空气开关，让从滑触线进来的总电源线先经过这个总空气开关，再到保护柜内的闸刀开关、接触器，具体方案如图4所示。

图4

这样设计的目的是在司机室里控制总电源，同时可避免主交流接触器由于质量问题等原因在司机室里发出的噪音影响到司机的听觉，改善司机的工作环境。这个电源开关的设置也符合《GB/T3811-2008起重机设计规范》第8.3.1条规定，即“起重机宜装设切断所有电源的主隔离开关，开关应尽量靠近总进线集电器。当总进线集电器有断开装置、或该供电线路只有一台起重机并可从地面切断电源时（例如在同一跨度内仅有一台起重机、门式起重机等），可不装设主隔离开关。”

3.3 对司机室平台部分电气线路的优化布置

如图5所示，改进前的布线管路接头多，拐弯多，中间环节多，难免有疏漏的地方，除了布线不方便外，还经常会被雨水打到，绝缘受到威胁。

图5

图6所示是优化后有司机室平台部分的电气线路布置，采用线管直接连通司机室和电控箱，导线的布置由司机室直通电控箱，减少中间环节，从而做到改善线路状况，提高线路绝缘的目的，同时也方便门式起重机安装时的电气线路施工。

图6

4 方案实施效果

按照上述方案，笔者曾对泉州铁路货场2台26/10tU型门式起重机提出改进建议，使用单位结合大修过程进行过改造，效果显著：一是解决了司机室平台部份的电气绝缘问题，改造前该台起重机每年受雨天影响造成的停机故障达4～5次，改造后没有发生过这方面的停机故障；二是提高了电气线路对地绝缘电阻，一般情况下测量线路对地绝缘电阻都可达到2~3 MΩ；三是增强了起重机的安全性，由多个电控箱改成一个，电控箱沿主梁纵向的面积比原先的小得多，即门式起重机的迎风面积减小了，减小门式起重机运行阻力，增强起重机的安全性；四是节约了起重机制造成本，由多个控制箱改为一个控制箱，节省了钢材和制造时间，同时减少了安装固定的工作量，初步测算单台门式起重机这样优化改造，可节约制造成本1.2万元；五是司机室平台布线优化后，方便故障检修。

5 建议

5.1 在福建沿海地区铁路货场应尽快推行该方案，对于新制造安装的门式起重机可在制造安装阶段即可采用该方案；对于已投产的门式起重机，可结合大修施工安排专项资金进行电气控制系统改造。

5.2 对于其它地区铁路货场的门式起重机，是否选择此优化设计方案，应根据现场作业情况和定期检测数据，进行系统稳定性和经济效益分析，如可行，也应逐步推广应用。

5.3 在具体应用时，要结合门式起重机的型号、规格区别选购配置电气元件，还要根据起重机的实际作业负荷情况进一步优化方案细节，以进一步提高电控系统的稳定性。

[1] GB/T3811-2008，起重机设计规范[S].

[2] GB6067.1-2010，起重机械安全规程[S].

[3] TSG Q7015-2008，起重机械定期检验规则[S].