永磁同步曳引機沖頂事故分析

趙迎龍

(江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院無錫分院 無錫 214000)

事故發生在2013年春節前夕的1月30日下午，江南某地一市級醫院醫技樓內，一臺病床電梯發生沖頂事故，轎廂失控沖頂致使一名乘客受傷。事故發生在一位醫務人員進入空轎廂后，電梯轎廂從18層失控向上沖至23層，沖擊井道頂板后在高出23層頂層平層位置1.35m位置停止。上沖慣性使轎內該唯一乘客頭部撞擊轎廂內頂部裝飾板，致使轎內頂部裝飾板完全脫落，撞擊導致該乘客腦震蕩及兩節頸椎嚴重受損。

該電梯相關技術參數見表1，與事故相關的電梯運行參數見表2。另據查驗圖紙及現場發現，電梯配備有驅動電動機電路封星接觸器，新建安裝驗收后投入運行時間不到半年。

表1 事故電梯相關技術參數表

表2 事故電梯運行參數

查驗事故后現場狀況可見：限速器電氣超速開關已處于上行動作狀態；檢查曳引機制動器未發現制動失效的跡象；手動盤車檢查制動能力正常；轎廂架上梁導靴變形，導靴基座最大下陷約25mm；井道頂板有導靴及油杯沖擊的痕跡。現場檢查轎廂可見在頂層平層位置時，轎廂頂部最高剛性部件(導靴頂端)距離井道頂部距離為1390mm。

1 事故分析

1.1 事故原因預判

該電梯從18層失控沖頂至對重接觸對重緩沖器時運行的總行程為19.3m，對重質量為2514kg，事故發生時對重側與轎廂側重量差m為794kg(乘客重約70kg)，曳引系統運動總質量M約為5497kg。根據沖頂狀態下曳引系統的受力分析可以看出，沖頂過程的系統加速度為：

考慮到系統運行過程中與導軌的摩擦阻力，以及曳引機運行阻力的影響，實際加速度可取為1.4m/s2。在上述加速度作用下，沖頂過程的末端速度約為：

沖頂過程持續的時間約為：

t=v/a=7.35/1.4=5.25s。

查驗該電梯出廠隨機文件可以看出，該電梯具有利用無齒輪曳引機制動器作為上行超速保護裝置的型式試驗證明。而據事故的現場情況表明，在轎廂上沖加速過程中，上行超速保護開關已經斷開，轎廂在超速情況下曳引機制動器未能及時制動，因此需要進一步追查安全回路斷開后制動器是否及時斷電。鑒于轎廂加速上沖時未受到永磁同步電機封星電路的減速作用，還需追究封星接觸器為何未及時短接永磁電機回路產生電磁制動力。

1.2 電氣控制回路的設計缺陷

電氣原理簡圖如圖1所示。GB 5226.1-2008《機械電器安全》對于等電位聯結有如下要求：等電位聯結包括保護聯結和功能聯結。保護聯結是為了保護人員防止來自間接接觸的電擊，是故障防護的基本措施，保護聯結電路中不應該有開關或過流保護器件(如開關、熔斷器)，不應設置中斷保護聯結導線的手段；功能聯結的目的是為盡量減小絕緣失效影響機械運行的后果及敏感電氣設備受騷擾而影響機械運行的后果，通常的功能聯結可由連接到保護聯結電路來實現[1]。檢查電氣原理圖可見，事故電梯的主控電器控制電源回路未設置工作接地，也未配置對地絕緣監控裝置。因此曳引機主控電器動力電源的安全控制功能，將可能因控制電源回路絕緣故障而失效(如電源點意外接地系統無反應，當同側點絕緣失效時安全繼電器控制觸點即失效)。信號輸入回路電源也未設置絕緣保護，存在意外輸入的可能。在廠商未提供內部控制程序的情況下，一時難以分析判定在事故發生時，內部控制程序是否正常。

圖1 電氣原理簡圖

經與生產廠商設計人員溝通后得知，曳引機制動器上閘時其兩個控制接觸器分為兩步順序實施，控制軟件程序中將制動接觸器分斷作為主接觸器分斷動作的前提條件，這使得制動器控制的雙套獨立控制形同虛設。由此可斷定，制動器控制接觸器一旦粘連，主接觸器分斷將至少被大大延時，將直接導致制動器不能及時上閘制動，主接觸器未分斷還使封星電路同時失效。對此生產廠商設計人員經確認后立即進行控制軟件修正，將同型號電梯制動器控制接觸器與主接觸器的分斷次序改為時間順序控制。

該電梯控制系統中，直接控制驅動主機電源電路的主接觸器并未與電氣安全回路直接連接，而采用中繼繼電接觸器控制。由此導致在主接觸器控制電路無絕緣保護情況下，當控制電路發生絕緣故障時，就將使電氣安全回路的控制全部失效。

1.3 部件選型錯誤

檢查還可見曳引機銘牌標識電機為：S3-40%斷續周期工作制，該工作制對于頻繁啟、制動運行的電梯并不適宜；適用曳引電動機的工作制應為：S5-包括電制動的斷續周期工作制[2]。曳引機制動器銘牌標識制動線圈為：S3-40%斷續周期工作制，由于制動器實際工況為帶有高電壓強激啟動、低壓維持的工況；應此該制動線圈工作制應為：S4-包括起動的斷續周期工作制。

該電梯采用3TH80交流接觸器(見圖2)作為電氣安全回路繼電接觸器控制直流回路，選用元器件參數與實際控制參數設計不盡合理。

圖2 3TH80交流接觸器產品參數

制動器主控電器采用3TF32交流接觸器控制直流制動器線圈工作電流(見圖3)，設計控制能力不合理，極易發生主觸點粘連故障。

圖3 3TF32交流接觸器產品參數

1.4 事故過程模擬重現

現場情況表明，事故發生在供電變頻器斷電后曳引機制動器未能及時上閘制動情況下。此時主接觸器由于制動器控制接觸器未分斷而保持接合，致使封星接觸器未能及時接通，使得轎廂在對重重力拉動下加速沖頂。制動器控制接觸器未分斷的原因，有觸點粘連加上安全控制中繼回路絕緣故障未分斷的可能。在采用電氣安全回路中繼控制主機電路時，中繼電器的故障就可能使整個安全回路失效。

由于該電梯在救援作業時對電梯進行了多種操作，致使現場事故原始狀態未得到保持，事故的確切原因尚不能確定。但是事故的過程基本清晰，由于事故后立即盤車證明制動力正常，因此制動器失靈的機械故障可能性極小，因此筆者判斷該事故的發生是由于部件的選型錯誤和電氣控制回路的多種設計缺陷造成的。

2 結論

該事故案例中，電氣控制回路存在三大嚴重設計缺陷：

1)控制電路的絕緣保護缺失；

2)制動器控制電路未滿足雙套獨立控制的要求；

3)主接觸器未與電氣安全回路直接相連，而采用中繼繼電接觸器控制的方式。該事故的發生是三大設計缺陷共同作用的效果，在制動器控制接觸器發生粘連的情況下，由于制動器控制電路的雙套獨立控制未能滿足，導致制動器未能及時上閘而電梯向上沖頂；沖頂過程中，限速器上行超速保護的電氣安全裝置動作，但此時由于控制電路絕緣保護的破壞，導致中繼電器故障，從而造成整條安全回路的失效，最終導致了沖頂事故的發生。

在近10年來已有許多論述對制動器的能力問題提出警示。制動器電路的控制電器配置設計問題則是國內電梯設計中的常見問題，交流接觸器控制大直流電流通斷將使得觸點拉弧燒損嚴重，直接后果是發生觸點粘連的概率大大增加；對此電梯控制系統設計人員應該引起重視。

綜上所述，電梯控制回路的絕緣保護是控制電路安全的必備條件，必須保證控制電路接地故障及時得到控制。由于電路絕緣故障導致的門連鎖失效傷亡事故已多見報道，也足以引起業內人士關注。無齒輪曳引機制動失效故障從技術角度發生概率較小，發生失控沖頂更為罕見，該事故應為一系列錯誤設計及偶發故障串聯引發，當使業內人士引以為鑒，加強電路控制結構的安全設計。上述觀點，僅供業內同行參考。

1 GB5226.1-2008 機械安全 通用技術條[S].

2 GB7588-2003 電梯制造與安裝安全規范[S].