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探析起重机械电气系统失效模式及失效原因

发表时间：2020/12/30 来源：《建筑科技》2020年7月上作者：黄雪琼

[导读] 起重设备的广泛应用使得其控制精度和安全性能有了很高的要求。尤其进行操控的电气设备，其结构复杂易于发生故障。

广东肇庆市永益建筑机械有限公司黄雪琼 526000

摘要：起重设备的广泛应用使得其控制精度和安全性能有了很高的要求。尤其进行操控的电气设备，其结构复杂易于发生故障。本文从短路和接触不良分析了起重机械的电气连接失效，从电气系统的结构和材料失效论述了绝缘体失效模式，并分析了击穿和老化现象对绝缘失效的影响。以典型零部件断路器分析了其触电失效、脱扣器失效和操纵机构失效的机理，为起重机电气系统的日常维护提供理论基础和指导。
关键词：起重机械；电气；失效模式
        引言:起重机在当今的机械化生产中扮演重要的角色主要作用为物料的起重和搬运有效的了减少了生产成本，提高了工作效率。但是起重机械所处的实际现场往往相对恶劣，受到外界沙尘、日晒等因素的影响，起重机械设备在工作时会发生超负载或机械冲击的想象。而且因为起重机属于大型机械，其动力源一般采用电气系统作为供给，如果电气系统发生问题，不仅会影响施工进度，还会造成财产损失和人身安全因此电气系统作为起重机的关键控制系统，需要对其开展定期检查及维修，确保能够及时发现起重机械电气系统出现的故障问题，并进行维护和改善。
       1.起重机械的绝缘失效模式
       绝缘失效会使绝缘电阻的阻值降低，影响起重机械设备的安全性能。因此，绝缘措施是起重机械电气系统工作的重要保证，也是避免接触电击的重要保障.其失效形式可以分为绝缘结构失效和绝缘材料失效。（1）起重机械电气系统的绝缘结构失效。电气系统的绝缘结构失效会使缩短爬电距离，减小电气间隙。如果使用场合超过其负荷范围，可能会引发发热、漏电、电晕和击穿等放电现象,破坏电气设备和线路影响起重机械的正常运作起重机械电气系统的绝缘材料属于复合材料，由多种绝缘材料根据电气设备的工作需求而混合定制而成，可以与导体零部件设计成整体，用作支撑、隔绝有电位差的导电部分，然而，实际过程中，由于日晒、动植物等都会对线路造成损伤，引发漏电事故。（2）起重机械电气系统的绝缘材料失效。起重机械电气系统的绝缘材料电阻率大,可以视为绝缘体，但是，并不是绝对绝缘。在实际工程中，绝缘材料的电阻率通常都大于1×107Ω·m。绝缘材料的失效会发生漏电，使得金属的机械结构带电引发电机事故，严重时，会导致电路短路发生火灾.结缘材料的失效模式大体有三种可能首先是绝缘击穿，在电场强度超过电介质的临界时，剧增的电路电流会破坏绝缘材料的结构，使其无法起到绝缘的效果。其次，为绝缘的老化现象，因为绝缘材料为无机复合材料，会受到光照、热、氧化、微生物等外界因素的影响发生理化性质的改变，从而削弱了绝缘材料的绝缘性能。还有一种绝缘方式为绝缘损坏，主要是因为工作环境潮湿引起的绝缘电阻下降，也有可能是施工前的选材不合适，或者没有正确的对线路进行铺设和安装，都会使绝缘材料的电气性能或机械性能无法得到有效的发挥。
       2.起重机械电气系统失效原因
       2.1信息通讯故障
       故障分析：设备在运行过程中往往会出现因电机起升变频器或编码器模拟和数字IO模块及相关设备的PROFINET通讯电缆等引起的故障，使得起重设备无法完成相应的操作在设备运行过程中无法有效控制设备的启停，有时在设备长期不用的前提下，启动设备后发生无法有效监测起重机位置等现象。措施：针对该类问题，可通过采用部件冗余的方式，如安装2台主起升电机，同一时间各运行机构只有一半数量的电机运行，当一套电机或驱动机构出现故障时，可以切换到备用电机，同理数据采集模块有完全相同的两组，保证一组损坏另一组可以继续使用。
        2.2击穿现象
        由前文分析可知，击穿现象是电路中有比较大的电场强度产生的，而导致电场强度变大的因素有电热及电化学，尤其针对固体电介质的击穿明显。

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电击穿是因为存在外电场，使得电场强度不断累积超过临界值所发生的击穿现象，其特征是发生速度快，产生的电压高。热击穿同样与击穿电压有关，但是，随着温度的增加，击穿电压会变小。电化学击穿是因为电介质发生化学变化而造成不可逆转的介质损失，使得绝缘性能变差发生的击穿现象。同样，击穿现象不仅发生在固体电介质，液体和气体电介质也会发生击穿现象。实际工况中，液体或气体电介质中都会含有杂质，降低了电气强度，容易发生放电现象造成击穿。
        3.起重机械电气系统维护措施
        3.1起重机电气系统的电气保护
        起重机在进行日常检查时需要执行断电操作，并且保证电源和起重机隔离进行检查，加装隔离开关。要确保最少有一级短路保护装置，利用空气自动开关或者熔断器完成电路保护。短路保护装置可以减少电路发生意外短路对机械设备的影响。电气系统在检查时需要连接电源来检测电池的电压是否正常，同时需要对金属表面进行除锈处理。
        3.2变频器维修保养策略
        变频器经常发生的故障包括无输出电压、变频器接地故障、电动机升速不正常、机构运转不稳定、过电流故障、过电压故障、低电压故障以及过热故障等，都会直接给桥式起重机的运行造成影响。导致上述故障发生的主要原因包括接头接触不良、参数设定错误、信号输入错误、电机受损、线路受损、外界干扰、负载过重、电压过高、电源电压缺相等。当变频器发生故障之后，应当对变频器实施检测和分析，及时找到变频器发生故障的区域，根据故障的类型和发生原因采取相应的处理措施。例如当发现变频器各项正常却五输出电压时，需要对控制回路进行检查，发现是否出现接线错误的现象，按照原理图进行改线排除存在的故障。在起重机上变频器的应用逐渐广泛，因此当对桥式起重机进行维护和检修的过程中，也需要对变频器进行有效的调试，总结出常见故障的检修策略。
        3.3起重机电气控制系统改造的关键点
        基于起重机电气控制系统的故障特点，其主要是由于没有实现变频控制导致电阻负载过大而烧坏，因此电气控制系统改造的关键就是实现变频控制。根据调查造成起重机电气控制系统瞬间被烧坏的原因就是在起重机停止后瞬间出现的溜钩现象，也就是起重机停止作业后，由于惯性等造成的瞬间电流增大而造成电阻被烧坏，因此此在改造中需要加强以下关键点的控制：①起重物停止控制要点。由于缺乏变频器控制导致在起重物停止工作时会出现停机不及时，而导致瞬间电流复合过大的问题，因此基于变频PLC的控制关键点就是设定变频控制指令，当变频器的工作频率下降到停止频率时,系统就会发出抱闸断电的指令；②升降阶段控制要点。升降阶段所产生的热量比较大其对电阻的影响非常高。例如当升降速度高于设定标准后，就会超出电子的压力，从而容易引发电机烧坏故障。因此在起重机升降阶段变频器达到设定值后，电气控制系统就会做出检测电流的指令，当确认电流足够大后，在发出抱闸松开指令，以此保证升降的安全性。
        结语
        起重机械电气系统故障的发生有多种因素，因其为大型机械，所以操作人员需要保证机械运转的安全性，如果电气系统发生故障，会影响起重机械的正常运行和工作效率，还会对施工现场造成安全隐患。因此需要对施工人员开展专业训练，增强工作人员的技术水平，保证起重机械设备使用安全和合理。同时需要建立起重机械电力系统的评价机制，对起重器械的相关部件和电力系统进行定期检查，保证起重机械正常运行，尽量降低意外事故的发生，为起重机械的安全运行提供安全保障。
参考文献
[1]廖毅超.起重机械电气系统故障原因及其检查[J].科学技术创新，2018,(016):?70-71.
[2]孙文博.起重机械电气系统故障分析与评价[J].中国高新技术企业，2017(5).