起重机相序保护器的检验及其失效探讨

尚坤坤，王大伟，陈串

（舟山鼠浪湖码头有限公司，浙江 舟山 316000）

在现代化生产过程中，起重机是必不可少的机械设备，主要用于重物的位移，然而，若起重机在现场作业时发生电动机过热、过载以及断相的情况，势必会造成电动机烧毁，进而影响作业进程，严重的情况下甚至会威胁现场人员的生命安全，所以一定要将相序保护器安装到起重机设备中，以此提升起重器运动的稳定性、可靠性、安全性。若缺少了相序保护器，起重机极其容易受到电源相序接反的影响造成行程开关失效的现象，使得起重机随时有“脱轨”的风险。

1 起重机的主要特点分析

起重机在现代工业发展进程中，是必不可少的机械设备，将其应用到工业生产、建筑施工中，一方面可以大幅度减轻劳动强度，另一方面则有助于显著提升生产质效。起重机在各个行业中所扮演的角色有所不同，在港口码头中主要应用起重机进行货物装卸，但是，在冶金生产过程中，起重机则能够应用到生产全过程，针对特殊行业，起重机的应用形式也比较特殊，通常用于代替人工操作，力求在机械设备辅助下将特殊作业对人体伤害降到最低。由此可以看出，起重机同生产、生活之间存在着非常紧密的关系。

虽然起重机的应用效能显著，但也存在一些弊端，比如，起重机运行阶段能量消耗较大，对于操作人员的专业水平、技能要求也极高，尽管很多科研人员一直致力于优化起重机设计，但更多的是以起重机主梁承载力作为侧重点，为拓展起重机应用效益未来还需要从起重机主要特征、工业发展趋势出发，针对性研究起重机优化设计方案。在起重机制造阶段，要求制造材料、制造工艺均要达到起重机质量标准，随着我国钢铁工业的不断发展，一系列新技术应运而生，为进一步提升起重机的最大起重量，需要积极采用高强度钢材原料，以此提升起重机主梁强度、刚度，若起重机的额定起重量减少的情况下，可以通过驱动小功率驱动装置的方式，来达到节约能源的目的。

2 相序保护器及其原理

当电源相序接反后倒转的情况下，极易诱发安全事故、设备故障，此时，要通过控制回路接入相序保护器的方式，将电源相序调整过来。其工作原理如下：取样三相电源，在对其进行处理后，确定电源相序、相序保护器端子输入的相序一致的基础上，接通输出继电器以及设备主控制回路。如果电源相序出现变化的情况下，相序不一致，则输出继电器无法接通，这样就能达到保护设备、规避事故风险的目的。

三相电源分别接入保护器的R、S、T 三个接线点（部分保护器为U、V、W），相序保护器上的辅助触点通常为一常开、一常闭，将其接入控制回路后，需要根据原理以及接线图确定具体接入的触点，如果相序发生错误或者存在缺相的情况下，保护器的辅助触点动作会从常开调整为常闭，或者从常闭调整为常开，如果想起到保护功能，正确做法是接入常闭触点。关于相序保护器的温度保护，当相序保护器电动机并未大于额定值，但是受到通风效果不佳、环境温度过高、启动次数过于频繁等因素的影响，电动机会过热。针对此种情况，无法通过过流保护、过载保护的方式解决，而是需要直接体现温度变化的热保护器，比如，应用带有双金属片的温度继电保护器，让金属片直接埋置在发热部位，当温度保护被触发之后，电动机的电流值可能依旧处于正常阈值，所以要采取温度保护的方式。相比过载保护，二者虽然都是以温度为触发保护的媒介，但过载保护主要适用于超出额定值导致的继电器升温情况，二者始终不能相互替代。

关于相序保护器的原理，通常电动机动作的接线顺序是有规定的，一旦因为某种原因导致相序出现错乱，电动机轻则无法运行，重则损坏，而安装相序保护器的目的就是为了规避此类事故，依托相序，当电路中相序同指定相序不一致的情况下，相序保护器会自动触发保护动作，通过切断控制电路的方式，将电动机的电源自动切断，以此来保护电动机。应用相序保护器的优势在于可以将三相电源电压实时显示出来，同时在电源发生各类故障时利用继电器输出的形式予以保护，比如，错相保护、缺相保护、欠压保护等，同时发挥触点控制信号，兼具了提示与保护两项功能。总的来说，相序保护器是集成了多种功能为一体，采用微处理芯片、非易失存储技术，功能齐全、性能稳定、操作便捷的保护仪器。

3 起重机相序保护器的检验及其失效

相序保护器是一种集成多种功能的专业设备发，当电源产生过压限电问题时，一般是采用继电器输出的形式发出预警，接着通过动作输出的触点控制信号，对电路加以保护。若相序保护器本身存在问题，外加电压的波动，那么就极其容易增加相序保护器动作错误的概率，影响起重机的生产作业，因此技术人员应加大对相序保护器的检验力度，力求最大程度降低相序保护器发生失效的可能。

3.1 设计中断错相保护失效

根据《特种设备安全监察条例》《起重机械安全监察规定》等制度的内容，为进一步规范起重机设备的安装、改造、重大修理监督检验等工作，针对“错相和缺相保护”提出“装设错项保护装置、缺相保护”的要求，目的是应对起重机运行阶段出现的发电机错相、缺相的现象，从根源处防范危险事故发生。通过实施通电检查试验的方式，在断开电能装置后，将装置中的一根相线或者其中两根相线进行换接，由于起重机上加装了断错保护器，所以这样做可以起到保护电能装置断相、错相的目的，并且检查起重机作业过程中主电源接触器断开的情况。

（1）通电检查试验，断错相保护功能有效。在起重机处于地控控制的情况下，在应用通电检查试验方法对起重机的相序保护器实施检查的过程中，第一步要将总开关断开，然后再将能换成电能装置内的一根相线或者两根相线进行换接，换接完毕后将电源接通，此时，相序保护器APR 会触发切断输出端的动作，此时检查人员需要按下启动按钮，使停止按钮开关处在复位状态，因为一个控制器会对应一个输入量，依据特定规则及算法构建对应的控制回路，也就是调节电路电源处于断开或者连接状态，如果交流接触器的线圈没有通电，总接触器处于断开状态，进而影响起重机的正常运行。因此，采用通电检查试验方法，起重机断相错相保护功能是有效的。

（2）控制回路总停接通后，断错相保护功能失效。首先，当相序保护器APR 工作状态稳定，不存在断相、错相、过压、欠压等故障问题，相序保护器的APR 的输出端将处在闭合状态，促使检查人员按下启动按钮，让停止按钮开关复位，将电路中交流接触器KM 线圈通电，KM 的一个常开辅助触点保持闭合状态，并且以自动的方式锁定；KM 的另一个常开辅助触点也会呈现出闭合的状态，而且短接相序保护器的输出端，此时，运行电路全部断离，总停接通。其次，在运行电路全部电源已接通未充电的情况下，若三相交流电源供电的电路中，没有接入变压器供电线的一相通常发生以下几项问题，比如，熔断器开路、供电线路断开、供电电源电压波动过大，尽管相序保护器APR 已经检测到故障存在，而且立即触发保护，将输出端断开，但因为输出端已经与电路中交流接触器KM 的辅助触点短接在一起，使得运行电路与电源的端子9-2 全部断离，处于持续接状态，所以即使相序保护器APR 已经第一时间触发动作保护，依然无法令交流接触器KM 线圈失电，简单来说，就是控制回路总停接通后，断错相保护功能失效。

此种设计方式极其巧妙，这是因为起重机控制柜中的相序保护器几乎不会发生短接现象，而且经过之前通电试验检查法也能确定相序保护器的功能具备有效性，所以促使现场检验工作效率得到大幅度提升。然而，当将控制回路的总停接通的情况下，相序保护器的输出端通常会与总接触器的常开辅助触点形成短接，此时，相序保护器则不具备保护功能。按照此种方式进行设计，在安装修理作业过程中仅需要经过断电、拆或装相线、送电三个步骤，就能检测出三相电源是否存在接入错误，同步触发保护装置；相应，当起重机通电开始运行后，又能有效屏蔽相序保护器完成精度检测，并触发因多种原因导致的相序保护器动作保护。值得强调的是，当控制回路的总停止接通之后，对于短接在相序保护器中的电机保护装置而言是有一定风险的，就拿三相电路未接入变压器供电一相来说，必然会伴随熔断器开路、该相信供电线路断开的现象，总接触器KM 依旧处于闭合状态，这样也就导致电动机在缺相状态下运行，非常容易产生过热烧损。

3.2 使用环节的断错相保护失效

当相序保护器发生过压、欠压故障时，指示灯会处于常量状态，用于提示电源电压不稳定。此时，建议应用钳形电流表对交流电压挡实施测量，得出交流电源输出端中三相电源线的最小输入电压，接着，同额定电压进行对比，若偏差为负，则表示此时供电电源的压力是不足的。在此基础上，查阅对应型号的相序保护器使用说明书，了解其是否具备过压、欠压的保护功能，以及允许的电压波动范围，若测得的三相电源电压最小值相比相序保护器的欠压保护动作阈值要高，相序保护器动作触发故障保护动作。通过通电试验的方式实施失效检查，如果在断相、逆相的情况下，故障提示灯常亮，且相序保护器触发动作，总电源接触器处于闭合状态，起重机运行稳定正常，可以判定错相保护功能失效。在检查相序保护器的过程中，如果输出端口接线被短接，并且两根接线同时连在NO 常开输出端，频繁出现相序保护器动作切断起重机动力回路电源的现象，此时，首先，需要考察该区域电网的供电电压日常的稳定性；其次，通过短接相序保护器的办法将欠压保护功能进行屏蔽。

起重机中安装的相序保护器，一般情况下三相电源会依次接入R、S、T 三个接线端，电源输出主要依靠两组触点，分别为一常开、一常闭，依靠触点产生的通断变化实现控制信号的输出，以此来达到预警、保护的目的。NO 属于常开触点接线端、NC 属于常闭触点接线端、COM 属于公共接线端。之所以相序保护器失效，主要是因为其连接控制电路的两根接线都与NO 端相连，导致相序保护器的输出端被短接，控制电路电流绕过相序保护器，所以断错相、过欠压都不会影响相序保护器动作触发的常开常闭触点状态，控制电路通断不会发生变化。正确的做法是将分别将NC 端、COM 端与常闭触点相接，这样在相序保护器动作的过程中，常闭触点就能自动断开，将控制电路的供电切断，此时，总电源接触器自然也会断开，如此就能对断错相、过欠压实施保护。

4 结语

综上所述，起重机因具备强大的应用优势，使其在诸多行业领域受到广泛应用，经过多年的研制，我国起重机性能已经有了极大改善，但是，同西方国家相比依旧存在些许差距，为此深入研究起重机相序保护器的检验措施以及失效是十分有必要的，技术及研究人员需要在检验实践中不断积累经验，积极引进国外先进技术，在此基础上，根据我国起重机应用需求以及地域条件，构建出一套完备的起重机相序保护器的检验体系，进而为市场提供可靠安全优质的起重机产品。