淺談銅電解絕緣起重機絕緣的設置

廖華興，曾耀傳

（福建省特種設備檢驗研究院龍巖分院，福建 龍巖 364000）

1 概述

紫金銅業有限公司20萬噸/年銅冶煉項目是龍巖市建國以來最大的工業投資項目，也是福建省重點建設工程。總投資約65億元，建成投產后可產銅20～28萬噸/年、黃金5噸/年、白銀125噸/年。該公司根據生產需要，配套進口兩臺由奧地利Hans Knz GmbH公司制造，最大起重量達25噸，跨度達31.5米的銅電解多功能絕緣起重機（見圖1），主要用于電解車間陰陽極裝出槽生產、電解槽和其它設備的維護和檢修。該設備具有良好的啟動、安全性能和運行平穩性。該起重機配置了先進的主控室控制屏(MP370)、西門子故障安全型PLC (S7-317F-2PN/DP)、司機室控制屏(TP270)、遙控手持終端和編程PC等組成的Profinet總線網絡，其中起重機、中控室和移動手持終端使用的都是WLAN無線通訊；PLC與變頻傳動、遠程I/O及激光距離測量設備等使用的是Profibus-DP總線網絡，配置先進、高端、精準，運行平穩。

絕緣起重機是一種具有特殊要求的起重機，主要用在有色金屬電解鋁、鎂、鉛、鋅等冶金環境中，其吊鉤或其他吊具與大車之間的連接都要求具備可靠的絕緣設置。該類起重機通常應設有三道絕緣；吊鉤與滑輪、起升機構與小車架、小車架與大車。

圖1 先進的銅電解絕緣起重機

2 現行相關檢驗標準

現行監察、檢驗規程和各類標準中有多處對絕緣起重機作出了相關規定，除對絕緣材料作了規定之外，還對絕緣層的設置作了更為具體的規定：

（1）《TSG Q0002-2008起重機械安全技術監察規程—橋式起重機》第五十四條中規定“絕緣起重機電氣設備之間及其與起重機結構之間，應當有良好的絕緣性能，有三道絕緣(吊鉤與滑輪、起升機構與小車架、小車架與大車)，其每道絕緣在常溫狀態（20℃～25℃，相對濕度小于或者大于85%）下用1,000V兆歐表測得的電阻值，不小于1M?；鋁電解多功能機組從吊具和機頭到大車至少設兩道絕緣，其絕緣總電阻必須大于1.0M?，每個結點電阻值必須大于2.0M?。[1]”

（2）《JB/T 8907-1999絕緣橋式起重機技術條件》第3.2.7條規定“起重機應設三道絕緣（吊鉤與滑輪、起升機構與小車架、小車架與大車），其每道絕緣在常溫狀態（溫度20℃～25℃，相對濕度≤85%）下用1，000V兆歐表測得的電阻值，應≥1M??！辈⒁幎诉m用范圍：本標準主要適用于有色金屬電解鋁、鎂、鉛、鋅等冶煉車間環境中工作的起重機，其工作級別為A5～A7，取物裝置為吊鉤或專用吊具。對于在其他環境中工作的專用絕緣起重機也可參照使用。[2]

（3）《YS/T 7-2008鋁電解多功能機組》第3.7.6條規定“電源進線應設隔離變壓器。”第3.7.10條規定“大車分別與工具車、出鋁車、電葫蘆及駕駛室之間宜配置絕緣監控點，并引入PLC系統?！钡?.9.1條“機組應采取可靠的機械絕緣措施及檢測、保護裝置。機組工具小車上的打殼機構、扭拔機構、清渣裝置、下料管、司機室均應相對大梁設置兩道以上絕緣，出鋁鉤及電動葫蘆吊鉤也應相應大梁設置兩道以上絕緣，上述各機構分別相對于大梁的總電阻值應≥2M?，其每道絕緣在常溫狀態（溫度20℃～25℃，相對濕度≤85%）下用1，000V兆歐表測得的電阻值應≥1M?。應設置絕緣破壞和用電設備漏電檢測系統。”[3]

從以上規程或行業標準中不難發現，并未把銅電解絕緣起重機列入適用范圍。實際上，到目前為止，我國尚未制定出專門針對銅電解絕緣起重機的檢驗規程或行業標準。但考慮到電解銅與電解鋁、鎂、鉛、鋅等冶金環境對起重機的要求高度相似，我們可以參考《YS/T 7-2008鋁電解多功能機組》對于鋁電解多功能起重機機組絕緣方面的規定。

3 絕緣設置

紫金銅業有限公司進口的兩臺絕緣起重機經過技術資料審核和現場檢驗把關，設備上只設置了一道電氣絕緣和兩道機械絕緣。

3.1 電氣絕緣

3.1.1 主回路電源接地

電源進線側設置了隔離變壓器（見圖2），實現了一道電氣絕緣。電源進線中的PE線通過滑觸線連接到隔離變壓器的框架基礎，而變壓器的整個框架與開關柜殼體（與梁連接在一起）是絕緣的（見圖3）。二次側中性點連接到起重機本體，作為起重機的保護接地。起重機的“地”與電源PE線是不通的，從而實現了整臺起重機的懸浮“地”。它在有效過濾電網電源電壓的同時，保證了整臺起重機在電源上與PE線的隔離。

圖2 進線隔離變壓器

圖3 變壓器與柜體絕緣

在PEN線和起重機“地”之間安裝了一個絕緣監控繼電器，以監測他們之間的絕緣電阻，其作用見下面的分析。

3.1.2 控制電源的接地

這里值得說明的是由于取物裝置與起重機本體是絕緣的（后面詳細說明），所以取物裝置上開關所用的直流24V專用電源采用不接地方式，開關信號送入PLC設在取物裝置上的遠程I/O站，而遠程I/O站與PLC主機是通過光纖Prifibus-DP通訊的，以獲得更好的絕緣效果。

3.2 兩道機械絕緣為：梁對大車軌道和小車對取物裝置

3.2.1 梁對大車軌道的絕緣層

梁對大車軌道的絕緣分兩部分：第一部分在大車端梁支撐腿的軸上（見圖4），使起重機與大車軌道（大車軌道已接至進線PE線）絕緣。由于大車電機外殼是接地（接起重機浮“地”）的，所以它必須和減速箱絕緣。在電機和大車減速箱的連接法蘭之間增加了絕緣墊片；在連接螺栓上增加了塑料套管；并且在聯軸器內使用了絕緣彈性緩沖塊。這三處絕緣共同組成了大車電機對減速箱的絕緣（見圖5）。以上兩部分形成了起重機對大車軌道的絕緣。

圖4 大車端梁支撐腿軸絕緣

圖5 大車電機與減速箱的絕緣

3.2.2 小車對取物裝置的絕緣

小車與取物裝置共有兩處直接連接的部件：一是取物裝置上的轉向輪（通過鋼絲繩）（見圖6）；二是取物裝置防搖導桿（見圖7）。在導向滑輪下端的懸掛軸上使用了絕緣材料，取物裝置與導向輪之間實現了絕緣；在取物裝置防搖導桿的端部用絕緣板隔離小車與取物裝置。這是小車對取物裝置的絕緣。這是兩道機械絕緣。除了應檢查以上每道絕緣的絕緣材料是否滿足標準的要求外，還要判斷以上的絕緣設置是否滿足要求。

圖6 轉向輪絕緣

圖7 防搖導桿絕緣

4 絕緣設備合規判定

首先分析絕緣層的設置?，F在我們可以分析一下可能的漏電回路（見圖8）：

圖8 起重機漏電回路示意圖

在整個漏電回路中，本起重機共設置了上述兩道機械絕緣，從而使整臺起重機（不含取物裝置）對“地”懸浮。如果其中一道絕緣失效，起重機帶電，依然不能構成漏電回路。既能保證起重機上人員和設備的安全，也可以滿足絕緣起重機的絕緣要求。

但兩道絕緣同時失效呢？就有可能產生危險。所以如何能防止絕緣層的失效，就顯得非常關鍵：該起重機在進線隔離變壓器處，專門設置了PE與起重機“地”之間的絕緣監測繼電器。一旦絕緣失效，該繼電器觸發報警信號，輸入PLC控制系統發出警告，以提示要盡快進行絕緣檢查和維修。此時起重機是可以繼續運行的，但要及時排除故障，若出現兩道絕緣都失效，這時就可能造成危險。

這是否滿足現行檢規的要求呢？

首先，顯然無法滿足TSG Q0002-2008和JB/T 8907-1999對絕緣起重機的三道絕緣要求(要求吊鉤與滑輪、起升機構與小車架、小車架與大車分別設立三道絕緣)。

其次，以上規程或標準的適用范圍中并未包含銅電解起重機，考慮到銅電解和鋁電解對起重機要求的高度相似，我們可以參考該規程對于鋁電解多功能機組絕緣方面的規定。TSG Q0002-2008要求從吊具和機頭到大車至少設兩道絕緣，本銅電解起重機吊具到大車只設置了一道，另一道被設置到了大車與大車軌道，仍然無法滿足其規定。對照YS/T 7-2008，隔離變壓器和絕緣監測均滿足規定，但兩道絕緣的設置仍然有出入。

但正如上面的分析所述，從安全的角度出發，該絕緣起重機在絕緣方面的設置是滿足要求的：設立了進線隔離變壓器；設置了兩道機械絕緣；設置了絕緣監測并把信號引入到PLC控制系統中進行保護。

5 絕緣項目檢測

由于PLC控制系統和變頻傳動系統有較多電子元器件，并且在絕緣處設置了絕緣監測和保護裝置，因此在做1,000V絕緣電阻測試時，一定要做好電氣設備的隔離斷電防護工作，確實防止損壞電子設備。檢測步驟如下：

開動大車至合適位置；控制取物裝置到適當高度（要求：取物裝置離地懸空且不能碰到任何起重機外的物體；防搖導桿下降到位，與取物裝置相接觸；高度恰當方便爬上取物裝置）；斷開地面進線總電源；斷開主電源隔離變壓器絕緣監測回路的斷路器，切斷檢測回路與兩“地”的連接。兩道絕緣要分別測量：

5.1 大車與大車軌道

本道絕緣可以直接測量隔離變壓器進線接地處與變壓器二次回路接地處的絕緣電阻值。應注意檢查變壓器一次接地與電源PE線的導通性（它們通過滑觸線連通）。

5.2 小車與取物裝置

可以直接測量防搖導桿與取物裝置間的絕緣電阻。

上述每道絕緣電阻值要求必須不小于1M?，而實測值遠大于1M?，滿足要求。特別應注意的是：由于每道絕緣的絕緣層的爬電距離有限，在日常維護中必須保持絕緣層的干凈和干燥，并經常測量其阻值（至少每月一次），定檢時尤其應注意檢查。

6 小結

該設備絕緣項目的檢測基本是參照鋁電解多功能機組和絕緣起重機的相關規定并結合銅電解多功能起重機的特點進行檢驗的。絕緣層的設置雖然與目前檢規有出入，但從安全的角度出發，基本是相符的。另據廠家介紹，從同種起重機在多家國外工廠的實際運行情況看，該設備的絕緣性能良好，未出現電擊或感應電壓高的現象。且到目前為止，起重機實際效果也很好。希望將來能專門出臺針對銅電解絕緣起重機的檢規或標準，或對現行檢規作局部的修訂，便于實踐檢驗工作。

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局.TSG Q0002-2008 起重機械安全技術監察規程—橋式起重機[S].北京：中國計量出版社出版，2008.

[2]國家機械工業局.JB/T 8907-1999 絕緣橋式起重機技術條件[S].北京：全國起重機械標準委員會，1999.

[3]國家發展和改革委員會.YS/T-72008 鋁電解多功能機組[S].北京：中國標準出版社，2008.

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