浅谈铜电解绝缘起重机绝缘的设置

廖华兴，曾耀传

（福建省特种设备检验研究院龙岩分院，福建 龙岩 364000）

1 概述

紫金铜业有限公司20万吨/年铜冶炼项目是龙岩市建国以来最大的工业投资项目，也是福建省重点建设工程。总投资约65亿元，建成投产后可产铜20～28万吨/年、黄金5吨/年、白银125吨/年。该公司根据生产需要，配套进口两台由奥地利Hans Knz GmbH公司制造，最大起重量达25吨，跨度达31.5米的铜电解多功能绝缘起重机（见图1），主要用于电解车间阴阳极装出槽生产、电解槽和其它设备的维护和检修。该设备具有良好的启动、安全性能和运行平稳性。该起重机配置了先进的主控室控制屏(MP370)、西门子故障安全型PLC (S7-317F-2PN/DP)、司机室控制屏(TP270)、遥控手持终端和编程PC等组成的Profinet总线网络，其中起重机、中控室和移动手持终端使用的都是WLAN无线通讯；PLC与变频传动、远程I/O及激光距离测量设备等使用的是Profibus-DP总线网络，配置先进、高端、精准，运行平稳。

绝缘起重机是一种具有特殊要求的起重机，主要用在有色金属电解铝、镁、铅、锌等冶金环境中，其吊钩或其他吊具与大车之间的连接都要求具备可靠的绝缘设置。该类起重机通常应设有三道绝缘；吊钩与滑轮、起升机构与小车架、小车架与大车。

图1 先进的铜电解绝缘起重机

2 现行相关检验标准

现行监察、检验规程和各类标准中有多处对绝缘起重机作出了相关规定，除对绝缘材料作了规定之外，还对绝缘层的设置作了更为具体的规定：

（1）《TSG Q0002-2008起重机械安全技术监察规程—桥式起重机》第五十四条中规定“绝缘起重机电气设备之间及其与起重机结构之间，应当有良好的绝缘性能，有三道绝缘(吊钩与滑轮、起升机构与小车架、小车架与大车)，其每道绝缘在常温状态（20℃～25℃，相对湿度小于或者大于85%）下用1,000V兆欧表测得的电阻值，不小于1MΩ；铝电解多功能机组从吊具和机头到大车至少设两道绝缘，其绝缘总电阻必须大于1.0MΩ，每个结点电阻值必须大于2.0MΩ。[1]”

（2）《JB/T 8907-1999绝缘桥式起重机技术条件》第3.2.7条规定“起重机应设三道绝缘（吊钩与滑轮、起升机构与小车架、小车架与大车），其每道绝缘在常温状态（温度20℃～25℃，相对湿度≤85%）下用1，000V兆欧表测得的电阻值，应≥1MΩ。”并规定了适用范围：本标准主要适用于有色金属电解铝、镁、铅、锌等冶炼车间环境中工作的起重机，其工作级别为A5～A7，取物装置为吊钩或专用吊具。对于在其他环境中工作的专用绝缘起重机也可参照使用。[2]

（3）《YS/T 7-2008铝电解多功能机组》第3.7.6条规定“电源进线应设隔离变压器。”第3.7.10条规定“大车分别与工具车、出铝车、电葫芦及驾驶室之间宜配置绝缘监控点，并引入PLC系统。”第3.9.1条“机组应采取可靠的机械绝缘措施及检测、保护装置。机组工具小车上的打壳机构、扭拔机构、清渣装置、下料管、司机室均应相对大梁设置两道以上绝缘，出铝钩及电动葫芦吊钩也应相应大梁设置两道以上绝缘，上述各机构分别相对于大梁的总电阻值应≥2MΩ，其每道绝缘在常温状态（温度20℃～25℃，相对湿度≤85%）下用1，000V兆欧表测得的电阻值应≥1MΩ。应设置绝缘破坏和用电设备漏电检测系统。”[3]

从以上规程或行业标准中不难发现，并未把铜电解绝缘起重机列入适用范围。实际上，到目前为止，我国尚未制定出专门针对铜电解绝缘起重机的检验规程或行业标准。但考虑到电解铜与电解铝、镁、铅、锌等冶金环境对起重机的要求高度相似，我们可以参考《YS/T 7-2008铝电解多功能机组》对于铝电解多功能起重机机组绝缘方面的规定。

3 绝缘设置

紫金铜业有限公司进口的两台绝缘起重机经过技术资料审核和现场检验把关，设备上只设置了一道电气绝缘和两道机械绝缘。

3.1 电气绝缘

3.1.1 主回路电源接地

电源进线侧设置了隔离变压器（见图2），实现了一道电气绝缘。电源进线中的PE线通过滑触线连接到隔离变压器的框架基础，而变压器的整个框架与开关柜壳体（与梁连接在一起）是绝缘的（见图3）。二次侧中性点连接到起重机本体，作为起重机的保护接地。起重机的“地”与电源PE线是不通的，从而实现了整台起重机的悬浮“地”。它在有效过滤电网电源电压的同时，保证了整台起重机在电源上与PE线的隔离。

图2 进线隔离变压器

图3 变压器与柜体绝缘

在PEN线和起重机“地”之间安装了一个绝缘监控继电器，以监测他们之间的绝缘电阻，其作用见下面的分析。

3.1.2 控制电源的接地

这里值得说明的是由于取物装置与起重机本体是绝缘的（后面详细说明），所以取物装置上开关所用的直流24V专用电源采用不接地方式，开关信号送入PLC设在取物装置上的远程I/O站，而远程I/O站与PLC主机是通过光纤Prifibus-DP通讯的，以获得更好的绝缘效果。

3.2 两道机械绝缘为：梁对大车轨道和小车对取物装置

3.2.1 梁对大车轨道的绝缘层

梁对大车轨道的绝缘分两部分：第一部分在大车端梁支撑腿的轴上（见图4），使起重机与大车轨道（大车轨道已接至进线PE线）绝缘。由于大车电机外壳是接地（接起重机浮“地”）的，所以它必须和减速箱绝缘。在电机和大车减速箱的连接法兰之间增加了绝缘垫片；在连接螺栓上增加了塑料套管；并且在联轴器内使用了绝缘弹性缓冲块。这三处绝缘共同组成了大车电机对减速箱的绝缘（见图5）。以上两部分形成了起重机对大车轨道的绝缘。

图4 大车端梁支撑腿轴绝缘

图5 大车电机与减速箱的绝缘

3.2.2 小车对取物装置的绝缘

小车与取物装置共有两处直接连接的部件：一是取物装置上的转向轮（通过钢丝绳）（见图6）；二是取物装置防摇导杆（见图7）。在导向滑轮下端的悬挂轴上使用了绝缘材料，取物装置与导向轮之间实现了绝缘；在取物装置防摇导杆的端部用绝缘板隔离小车与取物装置。这是小车对取物装置的绝缘。这是两道机械绝缘。除了应检查以上每道绝缘的绝缘材料是否满足标准的要求外，还要判断以上的绝缘设置是否满足要求。

图6 转向轮绝缘

图7 防摇导杆绝缘

4 绝缘设备合规判定

首先分析绝缘层的设置。现在我们可以分析一下可能的漏电回路（见图8）：

图8 起重机漏电回路示意图

在整个漏电回路中，本起重机共设置了上述两道机械绝缘，从而使整台起重机（不含取物装置）对“地”悬浮。如果其中一道绝缘失效，起重机带电，依然不能构成漏电回路。既能保证起重机上人员和设备的安全，也可以满足绝缘起重机的绝缘要求。

但两道绝缘同时失效呢？就有可能产生危险。所以如何能防止绝缘层的失效，就显得非常关键：该起重机在进线隔离变压器处，专门设置了PE与起重机“地”之间的绝缘监测继电器。一旦绝缘失效，该继电器触发报警信号，输入PLC控制系统发出警告，以提示要尽快进行绝缘检查和维修。此时起重机是可以继续运行的，但要及时排除故障，若出现两道绝缘都失效，这时就可能造成危险。

这是否满足现行检规的要求呢？

首先，显然无法满足TSG Q0002-2008和JB/T 8907-1999对绝缘起重机的三道绝缘要求(要求吊钩与滑轮、起升机构与小车架、小车架与大车分别设立三道绝缘)。

其次，以上规程或标准的适用范围中并未包含铜电解起重机，考虑到铜电解和铝电解对起重机要求的高度相似，我们可以参考该规程对于铝电解多功能机组绝缘方面的规定。TSG Q0002-2008要求从吊具和机头到大车至少设两道绝缘，本铜电解起重机吊具到大车只设置了一道，另一道被设置到了大车与大车轨道，仍然无法满足其规定。对照YS/T 7-2008，隔离变压器和绝缘监测均满足规定，但两道绝缘的设置仍然有出入。

但正如上面的分析所述，从安全的角度出发，该绝缘起重机在绝缘方面的设置是满足要求的：设立了进线隔离变压器；设置了两道机械绝缘；设置了绝缘监测并把信号引入到PLC控制系统中进行保护。

5 绝缘项目检测

由于PLC控制系统和变频传动系统有较多电子元器件，并且在绝缘处设置了绝缘监测和保护装置，因此在做1,000V绝缘电阻测试时，一定要做好电气设备的隔离断电防护工作，确实防止损坏电子设备。检测步骤如下：

开动大车至合适位置；控制取物装置到适当高度（要求：取物装置离地悬空且不能碰到任何起重机外的物体；防摇导杆下降到位，与取物装置相接触；高度恰当方便爬上取物装置）；断开地面进线总电源；断开主电源隔离变压器绝缘监测回路的断路器，切断检测回路与两“地”的连接。两道绝缘要分别测量：

5.1 大车与大车轨道

本道绝缘可以直接测量隔离变压器进线接地处与变压器二次回路接地处的绝缘电阻值。应注意检查变压器一次接地与电源PE线的导通性（它们通过滑触线连通）。

5.2 小车与取物装置

可以直接测量防摇导杆与取物装置间的绝缘电阻。

上述每道绝缘电阻值要求必须不小于1MΩ，而实测值远大于1MΩ，满足要求。特别应注意的是：由于每道绝缘的绝缘层的爬电距离有限，在日常维护中必须保持绝缘层的干净和干燥，并经常测量其阻值（至少每月一次），定检时尤其应注意检查。

6 小结

该设备绝缘项目的检测基本是参照铝电解多功能机组和绝缘起重机的相关规定并结合铜电解多功能起重机的特点进行检验的。绝缘层的设置虽然与目前检规有出入，但从安全的角度出发，基本是相符的。另据厂家介绍，从同种起重机在多家国外工厂的实际运行情况看，该设备的绝缘性能良好，未出现电击或感应电压高的现象。且到目前为止，起重机实际效果也很好。希望将来能专门出台针对铜电解绝缘起重机的检规或标准，或对现行检规作局部的修订，便于实践检验工作。

[1]国家质量监督检验检疫总局.TSG Q0002-2008 起重机械安全技术监察规程—桥式起重机[S].北京：中国计量出版社出版，2008.

[2]国家机械工业局.JB/T 8907-1999 绝缘桥式起重机技术条件[S].北京：全国起重机械标准委员会，1999.

[3]国家发展和改革委员会.YS/T-72008 铝电解多功能机组[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4]Hans Knz GmbH.21146-20 21146-30,Tank House Crane Zijin Copper, Austria：Hans Knz GmbH，2010.