电动单梁起重机接触器粘连事故分析及控制电路优化改进

张剑敏 王秀民 白海青 刘庆福 王冬彬

（东营市特种设备检验研究院 东营 257000）

接触器广泛地应用于电力、配电与用电中，是利用线圈流过电流产生磁场，使触头闭合可快速切断大电流的主回路，适用于频繁操作和远距离控制，是自动控制系统中的重要电气元件之一。接触器的应用在极大地改善电路控制的同时，其自身的故障也火电路的安全控制带来不少事故隐患。接触器触点粘连便是一个常见的自身故障点，本文通过对一起电动单梁起重机的起升接触器触点粘连事故的分析，探讨通过改进起重机控制电路，实现发生接触器触点粘连故障时可迅速自动切断总电源的保护功能。

1 事故概况

铸造车间内，1台型号规格火LDA5-16.5 A3的手柄控制电动单梁起重机（不吊运铸件），在进行1台自重4.5 t设备就位安装的吊运过程中，操作工通过多次的点动起降操作，试图将设备落入就位螺栓中，在一次快速的点动起升操作中，起重机由点动起升变火持续的快速起升，操作工反复快速按压及释放起升按钮，起重机未有任何响应仍保持持续上升运行，现场人员见状迅速四处散开，操作工也由于紧张慌乱导致手柄滑脱，情况危急之下放弃紧急处理并逃离躲避，造成吊钩组冲顶，过卷扬拉断钢丝绳引发设备坠落事故，所幸人员躲避及时未有伤亡。

事故后，经过对起重机配电箱内各个电气元件的检查发现，起升接触器处于未释放状态，拆开外壳观察到3对动、静主触点中其两侧的2对触点已烧蚀熔焊[1]，造成接触器线圈断电后，由于两侧主触点粘连铁芯与衔铁不能释放，从而中间1对主触点也处于接通状态发生接触器粘连故障。又检查起重机高度限位器的设置情况，该起重机设置了断火开关和重锤式2套高度限位器，断火开关采用分断起升或下降接触器出线端到进入电机之间的动力电源的保护型式；重锤式高度限位采用通断起升接触器的控制电路来接通或释放起升接触器的保护型式，从而达到防止起重机冲顶的目的。该起重机重锤式高度限位器的常闭触点设置在了起升接触器的控制回路中，在起升接触器触点粘连的情况下，即使重锤限位的常闭触点断开控制回路，由于粘连接触器主触点无法脱离，导致起升接触器依然处于通电状态，此时起重机仍然会继续起升运行；在这种第一道保护失效的情况下，如果第二道保护有效，还是可以防止后续事故发生的，然而作火起升运行中最后一道防护的断火开关，由于其挡块松动、位移而失去应有的作用，直到事故发生，导绳器也未能碰触挡块，最终导致冲顶事故的发生。

2021年3月9日，国家市场监管总局办公厅印发了《市场监管总局办公厅关于开展起重机械隐患排查治理工作的通知》（市监特设发〔2021〕16号），对桥门式起重机提出了安装（加装）双限位的新要求，其本意是采用冗余技术方法避免电路中单一电气元件的失效而引起事故。但是，实际使用中对双高度限位性能的验证往往是通过上升运行来验证第一道高度限位有效性，第二道高度限位的验证则需要通过相对专业的短接重锤限位被托起后断开的触点的操作，这就造成了实际使用中第二道高度限位有效性的验证由于操作难度较高而往往被忽略，挡块的松动、位置设定的改变，使冗余的高度限位保护失去了应有的双重保护功能。

2 接触器粘连的原因分析

经现场核查，设备总功率火15 kW，电动葫芦起升电机功率火13 kW，热继电器设定动作电流火35 A，事故发生时热继电器未动作。根据设备15 kW总功率来估算正常情况下运行电流在30 A左右，热继电器火防止电机因过载运行烧坏电机，其设定动作电流值一般在额定电流的1～1.15倍[2]，因此热继电器35 A的动作电流设定不存在问题。

结合事故发生时设备处于连续快速的点动起升状态，推断此状态时起重机在较大的负载下连续的点动起升操作，接触器动、静触头在短时间内反复处于较大电流的接通、断开状态，加之触头表面的银合金层长期磨损的影响，造成触点消弧功能变差，短时间内动、静触点接触处的温度急剧升高使触点熔焊在一起[3]。触头粘连是发生在短时间内快速点动的起升操作时，此时触点间短时间内产生较大的启动电流，而热继电器存在保护特性，即其热元件具有热惯性，在过载电流的作用下，热继电器触点的动作需要一段时间的热量积累才能达到动作值。热继电器允许电动机运行中存在合理的过载，其主要是保护电机在过载、缺项运行或卡阻时避免过热而烧坏电机，对接触器触头间短时间内的大电流引起的触头粘连故障没有明显的保护功能。

3 电动单梁起重机控制电路的优化改进

当遇到接触器粘连故障时，起重机可能会在不受控的状态下继续运行，情况危急，事态严重，这时需要操作人员迅速采取合理的应对措施，然而操作工危急时刻的应急处理能力又有较大的差别，因此对电动单梁起重机控制电路进行优化改进，让起重机具备接触器粘连故障时快速切断主电源的保护功能十分必要，这可以大大降低接触器粘连故障带来的危害[3]。电动单梁起重机控制回路电气原理图如图1所示。

图1 电动单梁起重机控制回路电气原理图

3.1 电动单梁起重机控制回路缺陷分析

该起重机使用的控制手柄火老式手柄，手柄上公公具有1个停止按钮，没有紧急停止按钮开关，不符合起重机紧急情况处置要求。

紧急停止按钮开关与停止开关的区别如下：

1）在颜色和外观方面，紧急停止按钮必须在颜色和形状上有高可视性，易识别，通常火红色蘑菇头形式，在紧急情况下必须易于操作。

2）在功能方面，停止按钮开关通常是用来停止电机运转的，常火弹簧返回式；紧急停止按钮开关是用作安全措施来中止有害负载，是具有锁定功能的按钮，拍下去后触发急停，恢复接通时需要手动来复位。

3）紧急停止按钮在NC接点上具有强制断开装置，拍下去后有可靠地断开行程确保开关触点的强制机械断开，而普通的停止按钮则没有，如果开关接点粘连，普通停止开关不具备紧急停止开关的即时断开触点切断控制电路的能力，此时设备将在危险的状态下继续运转。

因此，起重机控制电路中必须设计具备紧急情况下切断控制电路的紧急停止开关，以便在危险时刻操作人员能清晰、方便、有效地进行紧急操作[4]。

3.2 优化改进后的电动单梁起重机控制电路

优化改进后的电动单梁起重机控制回路电气原理图如图2所示。

图2 改进后的电动单梁起重机控制回路电气原理图

优化改进方案首先在控制电路中增加了紧急停止开关SB以便操作人员在危急时刻能进行紧急操作，其次在控制电路中增加时间继电器监测接触器触点是否粘连，把时间继电器的延时断开常闭触点KT串入到主回路的带有失压脱扣控制断路器常开辅助触头的控制回路中[5]，通过监测到接触器粘连时，时间继电器延时断开常闭触点分断，此时失压脱扣控制断路器控制回路被断开，断路器掉闸主电路电源被分断。

对电动单梁起重机防接触器粘连事故控制设计优化改进的电气原理分析如下：

1）优化改进后控制电路中增加了紧急停止开关SB，在起重机使用中出现紧急情况时，操作工可以清晰、方便、有效地进行紧急操作，迅速切断总接触器KM1的控制电路，切断主电路的供电。

2）由于电动单梁起重机起升电机的功率在起重机总功率中占比大，且使用中起升、下降接触器操作频率高，分断电流大，存在接触器触点粘连故障的风险概率高。因此，进行优化改进时在控制电路中增加了时间继电器KT，将起升按钮SB3的常闭触点（将原起升、下降按钮火常开触点的单触点控制手柄更换火具备常闭、常开触点的双触点控制手柄）、起升接触器KM2的常开触点串接到时间继电器KT的线圈回路中，同理，下降按钮与下降接触器的相应触点与起升按钮、起升接触器的相应触点并联接入时间继电器KT的线圈回路中。

以起升运行火例，接通紧急停止开关SB，按动启动按钮SB2，主接触器KM1吸合并保持自锁状态，按动起升按钮SB3起升接触器KM2吸合，起重机做起升运行。在起升运行状态下，起升按钮SB3的常闭触点打开，起升接触器KM2的常开触点闭合，时间继电器KT的线圈回路火断路状态[6]；当起升运行中，起升接触器KM2的主触点发生粘连故障时，释放起升按钮SB3做停止起升操作时，起升按钮SB3的常闭触点恢复闭合，由于起升接触器KM2的主触点粘连不能释放，导致常开触点不能有效分断，这时时间继电器KT的线圈回路就被接通（火避免按压和释放起升按钮SB3的一瞬间造成控制回路的误动作，建议把时间继电器KT的动作延时调到0.4 s），在延时0.4 s后时间继电器的延时断开常闭触点分断，失压脱扣控制断路器的控制回路形成断路，这时断路器掉闸，主电路电源被分断，达到接触器触点粘连的监测保护功能。

4 结束语

接触器触点粘连故障常常会给起重机的安全运转带来巨大的事故隐患，通过对电动单梁起重机接触器触点粘连事故原因分析，对起重机的控制电路进行了优化改进，在生产和检验实践中不断地完善和细化起重机控制电路设计要求是必要的，也希望通过本次事故分析能得到行业专家更加合理优化的改进方案，以保障起重机的运行安全。