永磁同步曳引机冲顶事故分析

赵迎龙

(江苏省特种设备安全监督检验研究院无锡分院 无锡 214000)

事故发生在2013年春节前夕的1月30日下午，江南某地一市级医院医技楼内，一台病床电梯发生冲顶事故，轿厢失控冲顶致使一名乘客受伤。事故发生在一位医务人员进入空轿厢后，电梯轿厢从18层失控向上冲至23层，冲击井道顶板后在高出23层顶层平层位置1.35m位置停止。上冲惯性使轿内该唯一乘客头部撞击轿厢内顶部装饰板，致使轿内顶部装饰板完全脱落，撞击导致该乘客脑震荡及两节颈椎严重受损。

该电梯相关技术参数见表1，与事故相关的电梯运行参数见表2。另据查验图纸及现场发现，电梯配备有驱动电动机电路封星接触器，新建安装验收后投入运行时间不到半年。

表1 事故电梯相关技术参数表

表2 事故电梯运行参数

查验事故后现场状况可见：限速器电气超速开关已处于上行动作状态；检查曳引机制动器未发现制动失效的迹象；手动盘车检查制动能力正常；轿厢架上梁导靴变形，导靴基座最大下陷约25mm；井道顶板有导靴及油杯冲击的痕迹。现场检查轿厢可见在顶层平层位置时，轿厢顶部最高刚性部件(导靴顶端)距离井道顶部距离为1390mm。

1 事故分析

1.1 事故原因预判

该电梯从18层失控冲顶至对重接触对重缓冲器时运行的总行程为19.3m，对重质量为2514kg，事故发生时对重侧与轿厢侧重量差m为794kg(乘客重约70kg)，曳引系统运动总质量M约为5497kg。根据冲顶状态下曳引系统的受力分析可以看出，冲顶过程的系统加速度为：

考虑到系统运行过程中与导轨的摩擦阻力，以及曳引机运行阻力的影响，实际加速度可取为1.4m/s2。在上述加速度作用下，冲顶过程的末端速度约为：

冲顶过程持续的时间约为：

t=v/a=7.35/1.4=5.25s。

查验该电梯出厂随机文件可以看出，该电梯具有利用无齿轮曳引机制动器作为上行超速保护装置的型式试验证明。而据事故的现场情况表明，在轿厢上冲加速过程中，上行超速保护开关已经断开，轿厢在超速情况下曳引机制动器未能及时制动，因此需要进一步追查安全回路断开后制动器是否及时断电。鉴于轿厢加速上冲时未受到永磁同步电机封星电路的减速作用，还需追究封星接触器为何未及时短接永磁电机回路产生电磁制动力。

1.2 电气控制回路的设计缺陷

电气原理简图如图1所示。GB 5226.1-2008《机械电器安全》对于等电位联结有如下要求：等电位联结包括保护联结和功能联结。保护联结是为了保护人员防止来自间接接触的电击，是故障防护的基本措施，保护联结电路中不应该有开关或过流保护器件(如开关、熔断器)，不应设置中断保护联结导线的手段；功能联结的目的是为尽量减小绝缘失效影响机械运行的后果及敏感电气设备受骚扰而影响机械运行的后果，通常的功能联结可由连接到保护联结电路来实现[1]。检查电气原理图可见，事故电梯的主控电器控制电源回路未设置工作接地，也未配置对地绝缘监控装置。因此曳引机主控电器动力电源的安全控制功能，将可能因控制电源回路绝缘故障而失效(如电源点意外接地系统无反应，当同侧点绝缘失效时安全继电器控制触点即失效)。信号输入回路电源也未设置绝缘保护，存在意外输入的可能。在厂商未提供内部控制程序的情况下，一时难以分析判定在事故发生时，内部控制程序是否正常。

图1 电气原理简图

经与生产厂商设计人员沟通后得知，曳引机制动器上闸时其两个控制接触器分为两步顺序实施，控制软件程序中将制动接触器分断作为主接触器分断动作的前提条件，这使得制动器控制的双套独立控制形同虚设。由此可断定，制动器控制接触器一旦粘连，主接触器分断将至少被大大延时，将直接导致制动器不能及时上闸制动，主接触器未分断还使封星电路同时失效。对此生产厂商设计人员经确认后立即进行控制软件修正，将同型号电梯制动器控制接触器与主接触器的分断次序改为时间顺序控制。

该电梯控制系统中，直接控制驱动主机电源电路的主接触器并未与电气安全回路直接连接，而采用中继继电接触器控制。由此导致在主接触器控制电路无绝缘保护情况下，当控制电路发生绝缘故障时，就将使电气安全回路的控制全部失效。

1.3 部件选型错误

检查还可见曳引机铭牌标识电机为：S3-40%断续周期工作制，该工作制对于频繁启、制动运行的电梯并不适宜；适用曳引电动机的工作制应为：S5-包括电制动的断续周期工作制[2]。曳引机制动器铭牌标识制动线圈为：S3-40%断续周期工作制，由于制动器实际工况为带有高电压强激启动、低压维持的工况；应此该制动线圈工作制应为：S4-包括起动的断续周期工作制。

该电梯采用3TH80交流接触器(见图2)作为电气安全回路继电接触器控制直流回路，选用元器件参数与实际控制参数设计不尽合理。

图2 3TH80交流接触器产品参数

制动器主控电器采用3TF32交流接触器控制直流制动器线圈工作电流(见图3)，设计控制能力不合理，极易发生主触点粘连故障。

图3 3TF32交流接触器产品参数

1.4 事故过程模拟重现

现场情况表明，事故发生在供电变频器断电后曳引机制动器未能及时上闸制动情况下。此时主接触器由于制动器控制接触器未分断而保持接合，致使封星接触器未能及时接通，使得轿厢在对重重力拉动下加速冲顶。制动器控制接触器未分断的原因，有触点粘连加上安全控制中继回路绝缘故障未分断的可能。在采用电气安全回路中继控制主机电路时，中继电器的故障就可能使整个安全回路失效。

由于该电梯在救援作业时对电梯进行了多种操作，致使现场事故原始状态未得到保持，事故的确切原因尚不能确定。但是事故的过程基本清晰，由于事故后立即盘车证明制动力正常，因此制动器失灵的机械故障可能性极小，因此笔者判断该事故的发生是由于部件的选型错误和电气控制回路的多种设计缺陷造成的。

2 结论

该事故案例中，电气控制回路存在三大严重设计缺陷：

1)控制电路的绝缘保护缺失；

2)制动器控制电路未满足双套独立控制的要求；

3)主接触器未与电气安全回路直接相连，而采用中继继电接触器控制的方式。该事故的发生是三大设计缺陷共同作用的效果，在制动器控制接触器发生粘连的情况下，由于制动器控制电路的双套独立控制未能满足，导致制动器未能及时上闸而电梯向上冲顶；冲顶过程中，限速器上行超速保护的电气安全装置动作，但此时由于控制电路绝缘保护的破坏，导致中继电器故障，从而造成整条安全回路的失效，最终导致了冲顶事故的发生。

在近10年来已有许多论述对制动器的能力问题提出警示。制动器电路的控制电器配置设计问题则是国内电梯设计中的常见问题，交流接触器控制大直流电流通断将使得触点拉弧烧损严重，直接后果是发生触点粘连的概率大大增加；对此电梯控制系统设计人员应该引起重视。

综上所述，电梯控制回路的绝缘保护是控制电路安全的必备条件，必须保证控制电路接地故障及时得到控制。由于电路绝缘故障导致的门连锁失效伤亡事故已多见报道，也足以引起业内人士关注。无齿轮曳引机制动失效故障从技术角度发生概率较小，发生失控冲顶更为罕见，该事故应为一系列错误设计及偶发故障串联引发，当使业内人士引以为鉴，加强电路控制结构的安全设计。上述观点，仅供业内同行参考。

1 GB5226.1-2008 机械安全 通用技术条[S].

2 GB7588-2003 电梯制造与安装安全规范[S].