托口水电站桥机故障分析和处理

欧阳敏

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

托口水电站桥机故障分析和处理

欧阳敏

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

摘要：介绍了桥机定期检修中发现的故障，借鉴桥机故障的四步诊断法即问、看、听、摸，以PLC信号指示灯为突破口，采用排除法找出了问题原因，即通讯干扰。通过采取将动力电缆和通讯电缆分离等方法成功解决了桥机故障，为机组检修提供了保障。

关键词：桥机；PLC；通讯干扰

0　概述

桥式起重机是大型水电站必不可少的起重设备，托口水电站安装有多台桥机，其中，主厂房使用的桥机为杭州华新机电工程有限公司生产的2× 450 t/16 t起重机。在设备检修期间，通过试运行发现桥机存在主起升不能动作的严重故障，以至无法正常使用，严重影响了机组检修进度。本文基于这一背景，对桥机进行了故障分析和处理，成功找到了问题原因，解决了桥机故障。

1　桥机系统简介

桥机主要用于托口水电站工程主厂房桥式起重机及其附属设备的安装及检修。桥机由桥架、主副起升小车、大车运行机构、电动葫芦、司机室等几部分组成。主起升小车起升机构主要由电动机、减速器、联轴器、制动器、卷筒、定滑轮梁及吊钩滑轮组等组成。主、副钩采用减速器换挡方式切换，增加了吊装的工作效率。大车运行机构为四角驱动，每角2套驱动，8套国外知名品牌“三合一”驱动装置，即电机、减速器、制动器合为一体的传动机构。桥架采用2根主梁和2根铰接式端梁的新型4梁桥架，主梁与端梁之间采用铰轴连接，2主梁相对独立，减少了大车啃轨的问题。司机室为全封闭带空调豪华型，设有舒服的航空座椅，门锁，照明，配置灭火器，电铃报警器，载荷显示装置，触摸屏和对讲机等先进设备，在保证设备的安全运行操作的同时，改善了司机的劳动条件。桥机的电源由H型安全滑触线提供，起升机构及大、小车机构均采用变频调速，整机采用PLC进行控制。变频器为ABB公司的ACS800起升专用系列；PLC为SIEMENS公司的S300。PLC与变频器、触摸屏通过PROFIBUS现场总线进行通讯。本文着重介绍桥机的电气组成，并对桥机故障在排除了机械原因后进行分析和处理。

1.1供电

桥机的电源由大车绝缘安全滑触线提供，经过桥机上的隔离开关后分为动力、控制和照明三部分。大车绝缘安全滑触线安装有2个集电器，可以防止由于单个集电器的集电器碳刷与导轨接触不良引起的瞬间断电故障。为了提高桥机的安全性，大车绝缘安全滑触线提供了一相导轨，作为桥机本体的地线，使桥机能够具有可靠的接地。动力部分经过主断路器和主接触器之后分到各个机构，包括主起升、副起升、小车、大车、电动葫芦，依次经过各个机构的低压断路器、快速熔断器和机构接触器最后到达变频器，输出到电动机。控制部分由2部分组成：一方面，经过控制隔离变压器将电压变为AC220V，为PLC、PLC的输出部分继电器及控制回路、载荷限制器等提供电源。另一方面，经过控制隔离变压器将电压变为AC220V，为各电气柜内照明及插座和柜内风机提供电源。

1.2系统集成

系统采用的元器件均为国际著名电气制造厂商生产，断路器、接触器、继电器等均采用施耐德或西门子公司产品；变频器采用ABB公司的ACS800起升专用系列变频器产品；PLC采用SIEMENS公司产品。PLC与变频器、触摸屏通过PROFIBUS现场总线通讯，以最快12Mb/s的波特率实时交换数据，从而全面监测变频器、编码器、断路器、接触器、继电器的工作状态与详细故障信息，将信息传递给触摸屏；便于实时监控系统运行状态。

（1）整机采用高性能的PLC通讯控制（PROFIBUS），各机构设置分站，从而使控制线的连接以及元器件减少，对数据采样的误差基本上为零。元器件减少使得整机的无故障运行得到可靠的保障。

（2）桥机在司机室联动台上设有动力电源合闸/急停、系统合闸/停止/急停、照明电源合闸/分闸、并车操作等按钮开关，以及主起升上升/下降、大车向左/向右以及小车向前/向后的主令开关。在电源控制柜上设有动力电源合闸/分闸、控制电源合闸/分闸、照明电源合闸/分闸按钮。本桥机设置有控制回路急停和动力回路急停两种安全保护。控制回路急停按钮动作时立即切断系统的控制电源，并关断变频器的输出，实现安全断电。动力回路急停按钮动作时立即切断系统所有的动力电源和控制电源，制动器立即断电抱闸，变频器停止输出。这两种设置的目的是防止在某一机构失控时导致的安全事故。

（3）高性能变频调速：桥机整机采用ACS800系列高性能变频调速器，采用目前最先进的交流异步电机调速控制方式—直接转矩控制（DTC）；且有专业的起重机应用软件系统，其中最优异的为抱闸控制功能，其性能可靠，功率因素可达0.98、转矩阶跃时间＜5ms。

（4）起升机构工作制动器及安全制动器的控制：操作主令控制离开零位进行作业时，变频器得到命令后对电机进行励磁，待在电机上建立足够的力矩后释放工作制动器及安全制动器；正常操作手柄回零位后，待电机减速至设定速度后工作制动器断电抱闸，安全制动器延时断电抱闸；操作起升机构达到极限位置后或系统出现一级停车故障时，工作制动器立即断电抱闸，安全制动器延时断电抱闸；当急停命令或系统出现急停故障时，工作制动器和安全制动器立即断电抱闸。

（5）吊点平衡：当需要2台小车或多个吊钩共同作业时，可以通过临时通讯电缆连接2台小车的预留通讯口或已设置好的通讯系统，同时在操作台上作相应选择，此时2台小车的PLC建立了通讯，系统可以实现相互数据的实时交换。在电机尾部安装了作为测速反馈用的增量型光电编码器，保证电机的实际转速的测量；同时，在卷筒轴上安装有带DP通讯口的绝对值型光电编码器，具有数据唯一性、无重复误差、数据断电保持等高性能特性，此编码器的数值可以直接转换为吊钩的实际高度值。PLC系统实时得出绝对值型光电编码器的读数偏差，并根据偏差，的大小实时调节变频器的输出，达到将多个吊钩的高度差保持在设定的范围内的要求。

1.3可靠全面有效的保护功能

系统采用国外流行的维修性设计、可靠性设计和EMC控制等理念，严密的设计使系统稳定性、可靠性和维修性极大提高，运行成本明显降低，系统的平均无故障运行时间大于16 000 h。同时由于CMS系统的采用，将故障的查找时间缩小到几乎为零，也使MTTR指标进一步优化。该桥机设有短路保护、过流保护、缺相保护、过热保护、低电压等基本保护。而且由于采用变频调速，变频器又具有电源侧的短路、过流、缺相、过压、低压保护，电机侧具有过热、过流、缺相、短路、接地、超速等保护。大小车同时也具有防反击制动的保护。该桥机大小车也设有终端行程保护和非接触式行程两级保护，主、副起升机构设有高度限制保护、超载保护和超速保护等三种必备保护措施。桥机所有的电控柜置于桥箱内，用于放置电气控制柜，桥箱内同时配置有冷暖空调，并在电气系统配置有温湿度控制仪。可以防止外部环境如雨水、湿度、温度、灰尘等对电气设备造成的伤害，以满足电气设备在使用、运行过程中对环境的要求。在桥箱内安装了2个温湿度控制仪，实时监测主梁内部环境的带传感器的高精度温湿度控制仪，当主梁内的环境不符合使用要求时，温湿度仪会发出指令，系统监测到任一信号后使系统处于停机状态，并使电气设备处于安全断电状态，保证电气设备的安全，延长其使用寿命；只有主梁内的环境指标符合要求以后，系统才能重新上电，恢复正常使用。除此之外，电气控制柜内还设有强通风装置和照明装置，可以提高电气元器件的使用等级和使用寿命。

2　故障分析和处理

桥机电气故障的种类繁多，相同的故障现象可能是多种原因引起的，相同的故障可能有多种表现形式，查找问题时需要细心、严谨。桥式起重机电气设备故障大致可分为2类，一类是有明显外表特征容易被发现的，如电动机、电器的显著发热、冒烟甚至发出焦臭味或火花等；另一类是没有外表特征的，此类故障常发生在控制和通讯回路中，原因有原件调整不当、机械动作失灵、触头及压接线端子接触不良或脱落、通讯干扰、以及小零件损坏、导线断裂等。为此发现桥机问题后应该从4个方面找出问题原因，从而解决问题。首先，问。桥机发生故障后，首先应向操作者了解故障发生时的情况，有利于根据电气设备的工作原理来分析发生故障的原因。其次，看。检查熔断器内熔丝是否熔断，其他电气元件有无烧坏、发热、断线，导线连接螺钉是否松动，电动机的转速是否正常，变频器和PLC是否有故障显示。然后，听。听电动机、变压器和一些电器元件在运行时声音是否正常，通过声音可以帮助寻找故障的部位。最后，摸。电动机、变压器和电器元件的线圈发生故障时，温度显著上升，可切断电源后用手去触摸。

2.1故障现象

桥机1号主起升不能动作；当操作1号主起升时抱闸能正常动作，但主起升还未动作时司机室的系统合闸电源就已断开，与此同时司机室的显示屏出现多个故障点指示，PLC信号指示灯SF常亮，BF1闪亮。基于上述故障现象，采用问、看、听、摸四步法查找故障原因。

2.2分析和处理过程

（1）由西门子PLC信号指示灯SF常亮，BF1闪亮，这一故障现象可知BF2灯闪烁是总线故障,需要检查DP头及DP网线。而SF灯常亮则因BF2而起。为此首先检查发现现有的DP头中有2个出现了显著缺陷，即刻更换了DP头，并且按照参数表重新设定了参数。

（2）将PROFIBUS网络中首尾端变频器上的DP头电阻设置为“ON”位置，而中间变频器上的DP头电阻设置为“OFF”。

（3）经过上述2步处理，1号主起升仍然不能正常启动。进一步进行现场检查，发现通讯电缆紧挨着动力电缆布置在同一桥架内，为此将通讯电缆从桥架内移出。重试后发现桥机1号主起升能够正常启动，故障消除。

3　结束语

借助PLC指示，采用排除法找出了桥机故障的原因，通过将通讯电缆和动力电缆分离的方法消除了通讯干扰，成功解决了桥机1号主起升不能正常启动的故障，为机组检修的顺利进行提供了保障，为同类问题处理提供了借鉴。

参考文献：

[1]杭州华新机电工程有限公司.桥机操作维护使用说明书[Z].

[2]SIEMENS公司.PLC产品手册[Z].

中图分类号：TH215

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）08-0074-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.022

收稿日期：2015-05-04

作者简介：欧阳敏（1977-），男，助理工程师，从事水电厂机电设备维护管理工作。