電動單梁起重機接觸器粘連事故分析及控制電路優化改進

張劍敏 王秀民 白海青 劉慶福 王冬彬

（東營市特種設備檢驗研究院 東營 257000）

接觸器廣泛地應用于電力、配電與用電中，是利用線圈流過電流產生磁場，使觸頭閉合可快速切斷大電流的主回路，適用于頻繁操作和遠距離控制，是自動控制系統中的重要電氣元件之一。接觸器的應用在極大地改善電路控制的同時，其自身的故障也火電路的安全控制帶來不少事故隱患。接觸器觸點粘連便是一個常見的自身故障點，本文通過對一起電動單梁起重機的起升接觸器觸點粘連事故的分析，探討通過改進起重機控制電路，實現發生接觸器觸點粘連故障時可迅速自動切斷總電源的保護功能。

1 事故概況

鑄造車間內，1臺型號規格火LDA5-16.5 A3的手柄控制電動單梁起重機（不吊運鑄件），在進行1臺自重4.5 t設備就位安裝的吊運過程中，操作工通過多次的點動起降操作，試圖將設備落入就位螺栓中，在一次快速的點動起升操作中，起重機由點動起升變火持續的快速起升，操作工反復快速按壓及釋放起升按鈕，起重機未有任何響應仍保持持續上升運行，現場人員見狀迅速四處散開，操作工也由于緊張慌亂導致手柄滑脫，情況危急之下放棄緊急處理并逃離躲避，造成吊鉤組沖頂，過卷揚拉斷鋼絲繩引發設備墜落事故，所幸人員躲避及時未有傷亡。

事故后，經過對起重機配電箱內各個電氣元件的檢查發現，起升接觸器處于未釋放狀態，拆開外殼觀察到3對動、靜主觸點中其兩側的2對觸點已燒蝕熔焊[1]，造成接觸器線圈斷電后，由于兩側主觸點粘連鐵芯與銜鐵不能釋放，從而中間1對主觸點也處于接通狀態發生接觸器粘連故障。又檢查起重機高度限位器的設置情況，該起重機設置了斷火開關和重錘式2套高度限位器，斷火開關采用分斷起升或下降接觸器出線端到進入電機之間的動力電源的保護型式；重錘式高度限位采用通斷起升接觸器的控制電路來接通或釋放起升接觸器的保護型式，從而達到防止起重機沖頂的目的。該起重機重錘式高度限位器的常閉觸點設置在了起升接觸器的控制回路中，在起升接觸器觸點粘連的情況下，即使重錘限位的常閉觸點斷開控制回路，由于粘連接觸器主觸點無法脫離，導致起升接觸器依然處于通電狀態，此時起重機仍然會繼續起升運行；在這種第一道保護失效的情況下，如果第二道保護有效，還是可以防止后續事故發生的，然而作火起升運行中最后一道防護的斷火開關，由于其擋塊松動、位移而失去應有的作用，直到事故發生，導繩器也未能碰觸擋塊，最終導致沖頂事故的發生。

2021年3月9日，國家市場監管總局辦公廳印發了《市場監管總局辦公廳關于開展起重機械隱患排查治理工作的通知》（市監特設發〔2021〕16號），對橋門式起重機提出了安裝（加裝）雙限位的新要求，其本意是采用冗余技術方法避免電路中單一電氣元件的失效而引起事故。但是，實際使用中對雙高度限位性能的驗證往往是通過上升運行來驗證第一道高度限位有效性，第二道高度限位的驗證則需要通過相對專業的短接重錘限位被托起后斷開的觸點的操作，這就造成了實際使用中第二道高度限位有效性的驗證由于操作難度較高而往往被忽略，擋塊的松動、位置設定的改變，使冗余的高度限位保護失去了應有的雙重保護功能。

2 接觸器粘連的原因分析

經現場核查，設備總功率火15 kW，電動葫蘆起升電機功率火13 kW，熱繼電器設定動作電流火35 A，事故發生時熱繼電器未動作。根據設備15 kW總功率來估算正常情況下運行電流在30 A左右，熱繼電器火防止電機因過載運行燒壞電機，其設定動作電流值一般在額定電流的1～1.15倍[2]，因此熱繼電器35 A的動作電流設定不存在問題。

結合事故發生時設備處于連續快速的點動起升狀態，推斷此狀態時起重機在較大的負載下連續的點動起升操作，接觸器動、靜觸頭在短時間內反復處于較大電流的接通、斷開狀態，加之觸頭表面的銀合金層長期磨損的影響，造成觸點消弧功能變差，短時間內動、靜觸點接觸處的溫度急劇升高使觸點熔焊在一起[3]。觸頭粘連是發生在短時間內快速點動的起升操作時，此時觸點間短時間內產生較大的啟動電流，而熱繼電器存在保護特性，即其熱元件具有熱慣性，在過載電流的作用下，熱繼電器觸點的動作需要一段時間的熱量積累才能達到動作值。熱繼電器允許電動機運行中存在合理的過載，其主要是保護電機在過載、缺項運行或卡阻時避免過熱而燒壞電機，對接觸器觸頭間短時間內的大電流引起的觸頭粘連故障沒有明顯的保護功能。

3 電動單梁起重機控制電路的優化改進

當遇到接觸器粘連故障時，起重機可能會在不受控的狀態下繼續運行，情況危急，事態嚴重，這時需要操作人員迅速采取合理的應對措施，然而操作工危急時刻的應急處理能力又有較大的差別，因此對電動單梁起重機控制電路進行優化改進，讓起重機具備接觸器粘連故障時快速切斷主電源的保護功能十分必要，這可以大大降低接觸器粘連故障帶來的危害[3]。電動單梁起重機控制回路電氣原理圖如圖1所示。

圖1 電動單梁起重機控制回路電氣原理圖

3.1 電動單梁起重機控制回路缺陷分析

該起重機使用的控制手柄火老式手柄，手柄上公公具有1個停止按鈕，沒有緊急停止按鈕開關，不符合起重機緊急情況處置要求。

緊急停止按鈕開關與停止開關的區別如下：

1）在顏色和外觀方面，緊急停止按鈕必須在顏色和形狀上有高可視性，易識別，通常火紅色蘑菇頭形式，在緊急情況下必須易于操作。

2）在功能方面，停止按鈕開關通常是用來停止電機運轉的，常火彈簧返回式；緊急停止按鈕開關是用作安全措施來中止有害負載，是具有鎖定功能的按鈕，拍下去后觸發急停，恢復接通時需要手動來復位。

3）緊急停止按鈕在NC接點上具有強制斷開裝置，拍下去后有可靠地斷開行程確保開關觸點的強制機械斷開，而普通的停止按鈕則沒有，如果開關接點粘連，普通停止開關不具備緊急停止開關的即時斷開觸點切斷控制電路的能力，此時設備將在危險的狀態下繼續運轉。

因此，起重機控制電路中必須設計具備緊急情況下切斷控制電路的緊急停止開關，以便在危險時刻操作人員能清晰、方便、有效地進行緊急操作[4]。

3.2 優化改進后的電動單梁起重機控制電路

優化改進后的電動單梁起重機控制回路電氣原理圖如圖2所示。

圖2 改進后的電動單梁起重機控制回路電氣原理圖

優化改進方案首先在控制電路中增加了緊急停止開關SB以便操作人員在危急時刻能進行緊急操作，其次在控制電路中增加時間繼電器監測接觸器觸點是否粘連，把時間繼電器的延時斷開常閉觸點KT串入到主回路的帶有失壓脫扣控制斷路器常開輔助觸頭的控制回路中[5]，通過監測到接觸器粘連時，時間繼電器延時斷開常閉觸點分斷，此時失壓脫扣控制斷路器控制回路被斷開，斷路器掉閘主電路電源被分斷。

對電動單梁起重機防接觸器粘連事故控制設計優化改進的電氣原理分析如下：

1）優化改進后控制電路中增加了緊急停止開關SB，在起重機使用中出現緊急情況時，操作工可以清晰、方便、有效地進行緊急操作，迅速切斷總接觸器KM1的控制電路，切斷主電路的供電。

2）由于電動單梁起重機起升電機的功率在起重機總功率中占比大，且使用中起升、下降接觸器操作頻率高，分斷電流大，存在接觸器觸點粘連故障的風險概率高。因此，進行優化改進時在控制電路中增加了時間繼電器KT，將起升按鈕SB3的常閉觸點（將原起升、下降按鈕火常開觸點的單觸點控制手柄更換火具備常閉、常開觸點的雙觸點控制手柄）、起升接觸器KM2的常開觸點串接到時間繼電器KT的線圈回路中，同理，下降按鈕與下降接觸器的相應觸點與起升按鈕、起升接觸器的相應觸點并聯接入時間繼電器KT的線圈回路中。

以起升運行火例，接通緊急停止開關SB，按動啟動按鈕SB2，主接觸器KM1吸合并保持自鎖狀態，按動起升按鈕SB3起升接觸器KM2吸合，起重機做起升運行。在起升運行狀態下，起升按鈕SB3的常閉觸點打開，起升接觸器KM2的常開觸點閉合，時間繼電器KT的線圈回路火斷路狀態[6]；當起升運行中，起升接觸器KM2的主觸點發生粘連故障時，釋放起升按鈕SB3做停止起升操作時，起升按鈕SB3的常閉觸點恢復閉合，由于起升接觸器KM2的主觸點粘連不能釋放，導致常開觸點不能有效分斷，這時時間繼電器KT的線圈回路就被接通（火避免按壓和釋放起升按鈕SB3的一瞬間造成控制回路的誤動作，建議把時間繼電器KT的動作延時調到0.4 s），在延時0.4 s后時間繼電器的延時斷開常閉觸點分斷，失壓脫扣控制斷路器的控制回路形成斷路，這時斷路器掉閘，主電路電源被分斷，達到接觸器觸點粘連的監測保護功能。

4 結束語

接觸器觸點粘連故障常常會給起重機的安全運轉帶來巨大的事故隱患，通過對電動單梁起重機接觸器觸點粘連事故原因分析，對起重機的控制電路進行了優化改進，在生產和檢驗實踐中不斷地完善和細化起重機控制電路設計要求是必要的，也希望通過本次事故分析能得到行業專家更加合理優化的改進方案，以保障起重機的運行安全。