一個電器觸點故障斷開導致鋼水包墜落的事故分析及控制電路改進

王祖生

（福建省特種設備檢驗研究院寧德分院，福建 寧德 352100）

1 引言

某鋼鐵廠一臺通用橋式起重機，在使用中發生鋼水包墜落事故。當時，起重機司機用上升檔位將鋼水包提起到一定高度后，就把控制上升方向的手柄打回零位，再分別開動大、小車運行到指定地點的上方。當司機將控制手柄打到下降方向慢速檔要下落時，鋼水包突然失控自由墜落。

2 事故原因分析

2.1 事故直接原因

控制起升機構的電路不具備電動機定子異常失電保護功能（即正反向接觸器故障導致電動機失控時，制動器應立即上閘）[1-3]，加上控制下降方向2～3檔用到的上升方向接觸器，其連鎖觸點因燒蝕已斷開，則上升方向接觸器線圈不得電，電動機就沒有了驅動力矩。此時，由于制動器接觸器觸點自鎖作用，制動器接觸器還是處于得電狀態，就不會斷電下閘，從而導致鋼水包自由墜落。

2.2 事故原因分析

經查，起升控制屏型號為PQR10A，圖1是起升控制屏的電氣控制原理圖。下降方向2～3檔用到的上升方向接觸器-K1，其連鎖觸點-K1（11、12），因燒蝕已斷開。

2.2.1 PQR10A控制屏設計缺陷

該起升機構的PQR10A控制屏，存在重大事故隱患：制動器接觸器自鎖。以下情況下，可能發生吊鉤上重物自由墜落事故。

（1）上升方向1～6檔時，上升方向接觸器-K1得電后，-K1（17、18）使-K7線圈得電，開閘-K7（17、18）閉合使制動器接觸器自鎖。

運行中，上升方向接觸器-K1線圈斷電，電動機動力電源斷電，失去驅動力矩。此時，由于制動器接觸器觸點-K7（17、18）自鎖作用，-K1（17、18）斷開也不能使制動器接觸器-K7斷電下閘，發生吊鉤、重物自由墜落事故。

（2）下降方向2～3檔時，上升方向接觸器-K1得電后，-K1（17、18）使-K7線圈得電，開閘-K7（17、18）閉合使制動器接觸器自鎖。

運行中，上升方向接觸器-K1線圈斷電，電動機動力電源斷電，失去驅動力矩。此時，由于制動器接觸器觸點-K7（17、18）自鎖作用，-K1（17、18）斷開也不能使制動器接觸器-K7斷電下閘，發生吊鉤、重物自由墜落事故。

（3）下降方向4、5、6各檔時，下降方向接觸器-K2得電后，-K2（17、18）使-K7線圈得電，開閘，-K7（17、18）閉合使制動器接觸器自鎖。

運行中，下降方向接觸器-K2線圈斷電，電動機動力電源斷電，失去驅動力矩。此時，由于制動器接觸器觸點-K7（17、18）自鎖作用，-K2（17、18）斷開也不能使制動器接觸器-K7斷電下閘，發生吊鉤、重物自由墜落事故。

（4）重物停在空中，下降方向接觸器-K2回路斷路。主令控制器直接打下降4、5、6檔，下降方向接觸器-K2不能得電。由于經過下降2、3檔時，上升方向接觸器-K1得電，-K1（17、18）閉合，使-K7線圈得電，開閘。-K7（17、18）閉合使制動器接觸器自鎖。打下降4、5、6檔時，下降方向接觸器-K2線圈不能得電，電動機動力電源不能得電，無驅動力矩。此時，由于制動器接觸器觸點-K7（17、18）自鎖作用，-K2（17、18）斷開不能使制動器接觸器-K7斷電下閘，發生吊鉤、重物自由墜落事故。

圖1 PQR10A屏的電氣控制原理圖

2.2.2 下降方向接觸器觸點故障斷開

經檢查，控制屏上的下降方向接觸器-K2控制回路中的上升方向接觸器的連鎖觸點-K1（11、12），因燒蝕已斷開。符合上述分析中（4）的“重物停在空中，直接打下降第6擋”的情況。

當時，重物停在空中，直接打下降第6擋，經下降2、3檔時，已開閘，再到下降接觸器線圈斷路的第6檔，由于連鎖觸頭-K1（11、12）因燒蝕已斷開，電動機驅動電源不能得電，吊鉤在重物作用下做自由落體運動。

如果，只是PQR10A控制屏存在“制動器接觸器自鎖”的重大事故隱患，下降方向接觸器線圈回路中的上升方向接觸器的連鎖觸頭-K1（11、12），不發生故障斷開，這起事故就不會發生。

3 改進設計意見

保留制動器接觸器-K7自鎖的控制環節，增加方向接觸器全部斷電時，強迫制動器制動的控制環節，見圖2。

圖2 方向接觸器全部斷電時，強迫制動器制動的線路

圖2 為方向接觸器全部斷電時，強迫制動器制動的控制線路。設置一個得電延時、失電不延時的時間繼電器-K91，當電動機所有方向接觸器全部斷電時，時間繼電器-K91強迫得電，-K91（57、58）延時斷開，制動器接觸器-K7延時失電，強迫制動器制動。

上述重物自由墜落事故預防環節，采用了時間繼電器，故障停車會出現滯后下閘的現象，滯后時間就是時間繼電器的延時時間，故障停車出現滯后下閘的現象是允許的。

正常停車（回零位停車）是由制動器接觸器線圈回路中的主令控制器觸點（斷開）來完成的，不是由上述環節中方向接觸器的觸點及上述環節中的時間繼電器決定。

正常停車（回零位停車）出現滯后下閘的現象是不允許的。正常停車（回零位停車）出現滯后下閘的時間由主令控制器觸點斷開到電動機斷電失去驅動力矩,由主令控制器觸點斷開到制動器完全抱住制動輪的時間差決定。

為了避免出現滯后下閘的現象，在下降各檔回零位正常停車時, 必須設置先下閘后斷電（電動機）的防止溜鉤的控制環節，否則正常停車時有溜鉤的可能。

上升方向回零停車時，也可能發生滯后下閘的現象，有溜鉤的可能。如有必要，也可設置先下閘后斷電的防止溜鉤的控制環節。

4 結論與建議

4.1 結論

起升機構不具備電動機定子異常失電保護功能（即正反向接觸器故障導致電動機失控時，制動器應立即上閘）[1-3]，是這起事故的直接原因。

4.2 建議

（1）起重機械的設計制造單位進行電氣系統設計時，應避免正反向接觸器故障導致電動機失控的缺陷，同時嚴格控制電器元件的質量。

（2）使用單位應加強起重機械日常維護保養，尤其不能忽視電氣方面。

（3）起重機械的型式試驗機構，應當加強對起重機械設計質量的把關，特別是電氣系統設計方面。

（4）起重機械的法定檢驗機構，應當對正反向接觸器故障導致電動機失控的保護功能進行檢驗，嚴格把關。

[1]中華人民共各國國家標準.GB/T 3811-2008 起重機設計規范[S].北京：中國標準出版社，2008.

[2]中華人民共各國國家標準.GB 6067.1-2010 起重機械安全規程 第1部分：總則[S].北京：中國標準出版社，2010.

[3]特種設備安全技術規范.TSG Q7016-2008 起重機械安裝改造重大維修監督檢驗規則[S].北京：新華出版社，2008.