起重機相序保護器的檢驗及其失效探討

尚坤坤，王大偉，陳串

（舟山鼠浪湖碼頭有限公司，浙江 舟山 316000）

在現代化生產過程中，起重機是必不可少的機械設備，主要用于重物的位移，然而，若起重機在現場作業時發生電動機過熱、過載以及斷相的情況，勢必會造成電動機燒毀，進而影響作業進程，嚴重的情況下甚至會威脅現場人員的生命安全，所以一定要將相序保護器安裝到起重機設備中，以此提升起重器運動的穩定性、可靠性、安全性。若缺少了相序保護器，起重機極其容易受到電源相序接反的影響造成行程開關失效的現象，使得起重機隨時有“脫軌”的風險。

1 起重機的主要特點分析

起重機在現代工業發展進程中，是必不可少的機械設備，將其應用到工業生產、建筑施工中，一方面可以大幅度減輕勞動強度，另一方面則有助于顯著提升生產質效。起重機在各個行業中所扮演的角色有所不同，在港口碼頭中主要應用起重機進行貨物裝卸，但是，在冶金生產過程中，起重機則能夠應用到生產全過程，針對特殊行業，起重機的應用形式也比較特殊，通常用于代替人工操作，力求在機械設備輔助下將特殊作業對人體傷害降到最低。由此可以看出，起重機同生產、生活之間存在著非常緊密的關系。

雖然起重機的應用效能顯著，但也存在一些弊端，比如，起重機運行階段能量消耗較大，對于操作人員的專業水平、技能要求也極高，盡管很多科研人員一直致力于優化起重機設計，但更多的是以起重機主梁承載力作為側重點，為拓展起重機應用效益未來還需要從起重機主要特征、工業發展趨勢出發，針對性研究起重機優化設計方案。在起重機制造階段，要求制造材料、制造工藝均要達到起重機質量標準，隨著我國鋼鐵工業的不斷發展，一系列新技術應運而生，為進一步提升起重機的最大起重量，需要積極采用高強度鋼材原料，以此提升起重機主梁強度、剛度，若起重機的額定起重量減少的情況下，可以通過驅動小功率驅動裝置的方式，來達到節約能源的目的。

2 相序保護器及其原理

當電源相序接反后倒轉的情況下，極易誘發安全事故、設備故障，此時，要通過控制回路接入相序保護器的方式，將電源相序調整過來。其工作原理如下：取樣三相電源，在對其進行處理后，確定電源相序、相序保護器端子輸入的相序一致的基礎上，接通輸出繼電器以及設備主控制回路。如果電源相序出現變化的情況下，相序不一致，則輸出繼電器無法接通，這樣就能達到保護設備、規避事故風險的目的。

三相電源分別接入保護器的R、S、T 三個接線點（部分保護器為U、V、W），相序保護器上的輔助觸點通常為一常開、一常閉，將其接入控制回路后，需要根據原理以及接線圖確定具體接入的觸點，如果相序發生錯誤或者存在缺相的情況下，保護器的輔助觸點動作會從常開調整為常閉，或者從常閉調整為常開，如果想起到保護功能，正確做法是接入常閉觸點。關于相序保護器的溫度保護，當相序保護器電動機并未大于額定值，但是受到通風效果不佳、環境溫度過高、啟動次數過于頻繁等因素的影響，電動機會過熱。針對此種情況，無法通過過流保護、過載保護的方式解決，而是需要直接體現溫度變化的熱保護器，比如，應用帶有雙金屬片的溫度繼電保護器，讓金屬片直接埋置在發熱部位，當溫度保護被觸發之后，電動機的電流值可能依舊處于正常閾值，所以要采取溫度保護的方式。相比過載保護，二者雖然都是以溫度為觸發保護的媒介，但過載保護主要適用于超出額定值導致的繼電器升溫情況，二者始終不能相互替代。

關于相序保護器的原理，通常電動機動作的接線順序是有規定的，一旦因為某種原因導致相序出現錯亂，電動機輕則無法運行，重則損壞，而安裝相序保護器的目的就是為了規避此類事故，依托相序，當電路中相序同指定相序不一致的情況下，相序保護器會自動觸發保護動作，通過切斷控制電路的方式，將電動機的電源自動切斷，以此來保護電動機。應用相序保護器的優勢在于可以將三相電源電壓實時顯示出來，同時在電源發生各類故障時利用繼電器輸出的形式予以保護，比如，錯相保護、缺相保護、欠壓保護等，同時發揮觸點控制信號，兼具了提示與保護兩項功能。總的來說，相序保護器是集成了多種功能為一體，采用微處理芯片、非易失存儲技術，功能齊全、性能穩定、操作便捷的保護儀器。

3 起重機相序保護器的檢驗及其失效

相序保護器是一種集成多種功能的專業設備發，當電源產生過壓限電問題時，一般是采用繼電器輸出的形式發出預警，接著通過動作輸出的觸點控制信號，對電路加以保護。若相序保護器本身存在問題，外加電壓的波動，那么就極其容易增加相序保護器動作錯誤的概率，影響起重機的生產作業，因此技術人員應加大對相序保護器的檢驗力度，力求最大程度降低相序保護器發生失效的可能。

3.1 設計中斷錯相保護失效

根據《特種設備安全監察條例》《起重機械安全監察規定》等制度的內容，為進一步規范起重機設備的安裝、改造、重大修理監督檢驗等工作，針對“錯相和缺相保護”提出“裝設錯項保護裝置、缺相保護”的要求，目的是應對起重機運行階段出現的發電機錯相、缺相的現象，從根源處防范危險事故發生。通過實施通電檢查試驗的方式，在斷開電能裝置后，將裝置中的一根相線或者其中兩根相線進行換接，由于起重機上加裝了斷錯保護器，所以這樣做可以起到保護電能裝置斷相、錯相的目的，并且檢查起重機作業過程中主電源接觸器斷開的情況。

（1）通電檢查試驗，斷錯相保護功能有效。在起重機處于地控控制的情況下，在應用通電檢查試驗方法對起重機的相序保護器實施檢查的過程中，第一步要將總開關斷開，然后再將能換成電能裝置內的一根相線或者兩根相線進行換接，換接完畢后將電源接通，此時，相序保護器APR 會觸發切斷輸出端的動作，此時檢查人員需要按下啟動按鈕，使停止按鈕開關處在復位狀態，因為一個控制器會對應一個輸入量，依據特定規則及算法構建對應的控制回路，也就是調節電路電源處于斷開或者連接狀態，如果交流接觸器的線圈沒有通電，總接觸器處于斷開狀態，進而影響起重機的正常運行。因此，采用通電檢查試驗方法，起重機斷相錯相保護功能是有效的。

（2）控制回路總停接通后，斷錯相保護功能失效。首先，當相序保護器APR 工作狀態穩定，不存在斷相、錯相、過壓、欠壓等故障問題，相序保護器的APR 的輸出端將處在閉合狀態，促使檢查人員按下啟動按鈕，讓停止按鈕開關復位，將電路中交流接觸器KM 線圈通電，KM 的一個常開輔助觸點保持閉合狀態，并且以自動的方式鎖定；KM 的另一個常開輔助觸點也會呈現出閉合的狀態，而且短接相序保護器的輸出端，此時，運行電路全部斷離，總停接通。其次，在運行電路全部電源已接通未充電的情況下，若三相交流電源供電的電路中，沒有接入變壓器供電線的一相通常發生以下幾項問題，比如，熔斷器開路、供電線路斷開、供電電源電壓波動過大，盡管相序保護器APR 已經檢測到故障存在，而且立即觸發保護，將輸出端斷開，但因為輸出端已經與電路中交流接觸器KM 的輔助觸點短接在一起，使得運行電路與電源的端子9-2 全部斷離，處于持續接狀態，所以即使相序保護器APR 已經第一時間觸發動作保護，依然無法令交流接觸器KM 線圈失電，簡單來說，就是控制回路總停接通后，斷錯相保護功能失效。

此種設計方式極其巧妙，這是因為起重機控制柜中的相序保護器幾乎不會發生短接現象，而且經過之前通電試驗檢查法也能確定相序保護器的功能具備有效性，所以促使現場檢驗工作效率得到大幅度提升。然而，當將控制回路的總停接通的情況下，相序保護器的輸出端通常會與總接觸器的常開輔助觸點形成短接，此時，相序保護器則不具備保護功能。按照此種方式進行設計，在安裝修理作業過程中僅需要經過斷電、拆或裝相線、送電三個步驟，就能檢測出三相電源是否存在接入錯誤，同步觸發保護裝置；相應，當起重機通電開始運行后，又能有效屏蔽相序保護器完成精度檢測，并觸發因多種原因導致的相序保護器動作保護。值得強調的是，當控制回路的總停止接通之后，對于短接在相序保護器中的電機保護裝置而言是有一定風險的，就拿三相電路未接入變壓器供電一相來說，必然會伴隨熔斷器開路、該相信供電線路斷開的現象，總接觸器KM 依舊處于閉合狀態，這樣也就導致電動機在缺相狀態下運行，非常容易產生過熱燒損。

3.2 使用環節的斷錯相保護失效

當相序保護器發生過壓、欠壓故障時，指示燈會處于常量狀態，用于提示電源電壓不穩定。此時，建議應用鉗形電流表對交流電壓擋實施測量，得出交流電源輸出端中三相電源線的最小輸入電壓，接著，同額定電壓進行對比，若偏差為負，則表示此時供電電源的壓力是不足的。在此基礎上，查閱對應型號的相序保護器使用說明書，了解其是否具備過壓、欠壓的保護功能，以及允許的電壓波動范圍，若測得的三相電源電壓最小值相比相序保護器的欠壓保護動作閾值要高，相序保護器動作觸發故障保護動作。通過通電試驗的方式實施失效檢查，如果在斷相、逆相的情況下，故障提示燈常亮，且相序保護器觸發動作，總電源接觸器處于閉合狀態，起重機運行穩定正常，可以判定錯相保護功能失效。在檢查相序保護器的過程中，如果輸出端口接線被短接，并且兩根接線同時連在NO 常開輸出端，頻繁出現相序保護器動作切斷起重機動力回路電源的現象，此時，首先，需要考察該區域電網的供電電壓日常的穩定性；其次，通過短接相序保護器的辦法將欠壓保護功能進行屏蔽。

起重機中安裝的相序保護器，一般情況下三相電源會依次接入R、S、T 三個接線端，電源輸出主要依靠兩組觸點，分別為一常開、一常閉，依靠觸點產生的通斷變化實現控制信號的輸出，以此來達到預警、保護的目的。NO 屬于常開觸點接線端、NC 屬于常閉觸點接線端、COM 屬于公共接線端。之所以相序保護器失效，主要是因為其連接控制電路的兩根接線都與NO 端相連，導致相序保護器的輸出端被短接，控制電路電流繞過相序保護器，所以斷錯相、過欠壓都不會影響相序保護器動作觸發的常開常閉觸點狀態，控制電路通斷不會發生變化。正確的做法是將分別將NC 端、COM 端與常閉觸點相接，這樣在相序保護器動作的過程中，常閉觸點就能自動斷開，將控制電路的供電切斷，此時，總電源接觸器自然也會斷開，如此就能對斷錯相、過欠壓實施保護。

4 結語

綜上所述，起重機因具備強大的應用優勢，使其在諸多行業領域受到廣泛應用，經過多年的研制，我國起重機性能已經有了極大改善，但是，同西方國家相比依舊存在些許差距，為此深入研究起重機相序保護器的檢驗措施以及失效是十分有必要的，技術及研究人員需要在檢驗實踐中不斷積累經驗，積極引進國外先進技術，在此基礎上，根據我國起重機應用需求以及地域條件，構建出一套完備的起重機相序保護器的檢驗體系，進而為市場提供可靠安全優質的起重機產品。