电动单梁起重机失压保护措施控制电路设计的优化改进

白海青 李 颖刘云岗王冬彬

（1.东营市特种设备检验研究院 东营 257000）

（2.烟台市特种设备检验研究院 烟台 264000）

失压保护是起重机作业过程中遇到电源供电中断后，当再次恢复供电时防止起重机各机构随供电的恢复而在无人为操作的情况下自动运转的一项电气保护措施，对设备安全及人身安全起着非常重要的保护作用。检验中失压保护功能设置的合理与否，自然也是非常重要的一项检查，出于对标准要求的不同理解，导致在设备出厂时关于失压保护措施的电路设计以及投入使用后的检验过程中此项结论的确定都存有不同的观点[1]。下面结合检验过程中遇到的失压保护措施的特殊设计，对其合理性进行探讨。

1 标准要求及条款理解的分歧表现

GB/T 3811—2008《起重机设计规范》和GB 6067.1—2010《起重机械安全规程 第1 部分：总则》对失压保护功能统一规定为：“当起重机供电电源中断后，凡涉及安全或不宜自动开启的用电设备均应处于断电状态，避免恢复供电后用电设备自动运行。”

针对上述规定，在失压保护措施的电路设计上存在以下观点：

观点1：当供电电源中断后，系统能自动地切断总电源的供电，在恢复供电时不经过人为的操作启动（按动启动按钮）总电源将继续保持断开状态，从而保证系统断电后恢复供电时各机构将处于断电状态而不能自动运转。

观点2：当供电电源中断后系统能自动切断设备控制电路，在恢复供电时虽然电路中总电源可能会处于恢复供电状态（总接触器恢复吸合），但是不经过人为的手动操作，设备的控制电路将不能自动恢复供电，各机构的运行接触器将不能自动吸合从而保证起重机各机构部件处于断电状态，同样能避免恢复供电时用电设备的自动运行而起到保护作用[2]。

2 结合检验中特殊案例分析失压保护的电路设计

按照观点1 设计的失压保护电路，当供电电源中断时系统自动断开总电源，在恢复供电时不经人员操作，总电源将保持断电状态进而也确保各机构同时处于断电状态。此种电路设计的保护性能全面、安全、可靠；观点2 的失压保护电路，看似同样实现了供电电源中断后恢复供电时避免了各机构的自动运行，但是此种设计在防范电气故障的特殊性上不够全面，可靠性差。检验中曾遇到某一电动单梁起重机的失压保护电路设计，电动单梁起重机控制电路中失压保护功能示意图如图1 所示。

图1 电动单梁起重机控制电路中失压保护功能示意图

2.1 控制电路分析

电动单梁起重机由停机状态启动运行时，旋转释放紧急断电开关SB，KM0 线圈得电总接触器吸合，KM0 常触点闭合，此时需要手动按下启动按钮SA，控制电源接触器KM7 的线圈才会得电吸合，并通过控制电源接触器KM7 常开触点的闭合来实现自锁并维持控制电路的供电。当供电电源中断后总接触器KM0、控制电源接触器KM7 将同时处于释放断电状态，恢复供电时不经过操作人员手动旋转释放紧急断电开关SB（若断电后拍下了紧急断电开关）、按下启动按钮SA，设备的总电源以及控制电路电源将不能被接通，避免恢复供电后用电设备自动运行。

如图1 中所示的失压保护措施的设计看似达到了避免恢复供电后用电设备自动运行的安全防护，但是此种电路设计在防范电气故障的特殊性上不够全面。在检验中经常发现操作人员在起重机使用完毕后并没有拍下紧急断电开关的习惯，而是随手将操纵手柄放置一旁后处理其他工作。这样的操作习惯如果遇到供电电源中断后恢复供电时，总接触器KM0 将自动吸合处于供电状态，虽然不经过人为操作按下启动按钮SA，控制电路电源接触器KM7 将不会吸合，控制电路将不会被恢复供电，但是各机构的运行接触器中如果有一个出现了主触头粘连或者运行操作按钮卡死的特殊电气故障时，此时该机构将出现自动运行的危险状态从而危及设备及人员的安全。

2.2 对控制电路的改进

按照失压保护措施的设计观点1 对控制电路进行改进，改进后电动单梁起重机失压保护功能示意图如图2 所示。

图2 改进后电动单梁起重机失压保护功能示意图

改进后，控制电路中取消了控制电路电源接触器KM7，并实现了总电源接触器KM0 对主电路与控制电路供电的统一控制[3]。当供电电源中断后，总接触器KM0 分断，在恢复供电时即使操作人员作业结束后未拍下紧急断电开关SB，没有人为操作按下启动按钮SA 总电源接触器KM0 将不会吸合供电，此时即使各机构的运行接触器中存在主触点粘连或者运行操作按钮卡死的特殊电气故障时，也不会出现恢复供电时用电设备自动运行的危险状况，即使在存在上述特殊电气故障的情况下操作人员开始使用起重机时，按下启动按钮SA，主电路及控制电路恢复供电，此时存在运行接触器主触点粘连或者运行操作按钮卡死故障的机构在出现突然运行时，操作人员也可以通过拍下紧急断电开关SB 释放总电源接触器KM0，避免事故的发生，起到较好的防护作用。

分析至此，发现失压保护功能的设计观点1 更具安全性、可靠性，但是进行更加深入的思考后会发现，图2 中的失压保护功能虽能满足大多数使用环境下起重机的失压保护，但是在吊装精密仪器、航空航天装备、核设施等对吊装精度有较高要求的起重机上，若出现上述某一机构的运行接触器主触点粘连或者运行操作按钮卡死的特殊电气故障时，在供电中断后的恢复供电时，操作人员启动起重机时出现该机构因主触点粘连或者运行操作按钮卡死故障而突然自动运行的状况，即使操作人员可以去拍下紧急断电开关SB 进行紧急处置，但是就是这一用时较短的过程中起重机突然的自动运行也可能会对空间精度要求较高的设备及装置造成损伤[4]。

2.3 对使用精度要求较高的电动单梁起重机控制电路的进一步优化设计

鉴于上述分析，有必要对使用精度要求较高的电动单梁起重机控制电路进行进一步优化。优化后电动单梁起重机控制电路图如图3 所示。

图3 优化后电动单梁起重机控制电路图

首先，优化后的控制电路是在图2 所示的控制电路中增加中间继电器KA 回路，将运行接触器KM1 至KM6 的常闭触点串接在中间继电器KA 线圈回路中[5]，然后将中间继电器KA 的常开触点串接到总电源接触器KM0 线圈的启动回路中，同时将各机构控制线路的出线点由图2 所示控制电路中的总电源接触器KM0 自锁回路之后，提前至总电源接触器KM0 自锁回路之前，以便增加的中间继电器KA 回路能在启动总电源接触器KM0 前，完成对各机构运行接触器中是否出现了主触头粘连或者是否存在运行操作按钮卡死的特殊电气故障的检测，当存在运行接触器主触头粘连或者运行操作按钮卡死的特殊电气故障时，中间继电器KA 的线圈回路将因为出现故障的运行回路的接触器常闭触点打开而形成断路，在总电源接触器KM0 的启动回路中的中间继电器KA 的常开触点将不能闭合，从而使得在按下启动按钮SA 时总电源接触器KM0 不能被启动，形成了对运行接触器存在主触头粘连或者运行操作按钮卡死的特殊故障下启动起重机时的保护作用。

其次，是在图2 所示的控制电路中增加了触点粘连故障指示功能，由HL1 至HL6 六个故障指示灯分别与对应的KM1 至KM6 接触器的常开触点、总电源接触器KM0 的常闭触点串联后接入控制回路中。在起重机由停机状态下接通紧急断电开关SB 后，在中间继电器KA 回路对各机构运行接触器中是否出现主触头粘连或者是否存在运行操作按钮卡死等特殊电气故障的检测时，故障指示回路也处于指示检测状态；当接触器KM1 至KM6 回路中的任一回路或多个回路发生接触器主触头粘连或者存在运行操作按钮卡死的特殊电气故障时，此时故障回路中对应的接触器常开触点以及总电源接触器KM0 的常闭触点均处于接通状态，指示灯HL1 至HL6 中相对应的一个或多个故障指示灯将发出故障指示信号，明确哪条回路出现故障，进而更加直观地对操作人员进行故障预警且能够帮助维修人员快速准确地排除相应故障。

3 结束语

通过对电动单梁起重机的失压保护的不同设计观点的分析，对比各种设计在安全防护方面的全面性、合理性，并针对存在运行接触器主触头粘连或者运行操作按钮卡死的特殊电气故障时启动起重机的安全保护，对电动单梁起重机的控制电路提出优化改进意见，同时希望能得到业内专家更加安全、合理的改进建议，共同促进起重业的安全发展。