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我公司石灰石礦新破碎系統(tǒng)HDX型鋼繩芯膠帶輸送機(jī)(下簡(jiǎn)稱下山皮帶)帶寬1m,機(jī)長(zhǎng)676m,高度差100m,傾角12°～15°,速度2m/s,輸送量600t/h,是該礦唯一的一條石灰石下山輸送線,是全廠生產(chǎn)工藝的咽喉。在它投產(chǎn)使用兩年之后,突然接連三次發(fā)生飛車(chē)事故,損壞380V、215kW繞線式電動(dòng)機(jī)2臺(tái),造成了很大損失。通過(guò)對(duì)事故分析發(fā)現(xiàn),飛車(chē)是由于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型疏忽造成的。
1 事故表現(xiàn)
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查了解,有以下幾點(diǎn)事故現(xiàn)象可作為事故分析的依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。
(1)下山皮帶使用的前兩年沒(méi)有飛車(chē)現(xiàn)象,但第一次出現(xiàn)飛車(chē)事故之后,又接連二次發(fā)生飛車(chē)事故。
(2)三次飛車(chē)事故規(guī)律基本相同,都是在重載開(kāi)車(chē)的過(guò)程中發(fā)生的;
(3)事故后拆開(kāi)電機(jī)檢查,轉(zhuǎn)子繞組被嚴(yán)重甩散并將定子繞組擦傷和拉斷,但卻沒(méi)有通常所見(jiàn)的被電流短路燒焦的痕跡,這說(shuō)明飛車(chē)時(shí)電機(jī)處在斷電狀態(tài);
(4)為維持生產(chǎn),現(xiàn)場(chǎng)改用380V、215kW鼠籠型電機(jī),同時(shí)將系統(tǒng)原設(shè)計(jì)的超速保護(hù)延時(shí)由2s縮為0.1s之后,飛車(chē)情況得以抑制。
2 事故分析
2.1 原電控系統(tǒng)簡(jiǎn)介
2.1.1 硬件配置
為確保運(yùn)行可靠性，系統(tǒng)硬件配置比較先進(jìn)。如：采用三菱FX2系列PLC，有利于減少繼電器系統(tǒng)的故障率；采用兩套各自獨(dú)立的無(wú)觸點(diǎn)脈沖計(jì)數(shù)測(cè)速裝置并用，并以軟件進(jìn)行測(cè)控，可避免測(cè)速環(huán)節(jié)引發(fā)電氣故障；主機(jī)采用真空接觸器供電，有利于提高接觸器的使用壽命等等。但是，從調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，硬件設(shè)計(jì)有欠妥的地方，例如PLC輸出Y120與600A真空接觸器的采用直流24V HH52P型小型靈敏繼電器，其觸點(diǎn)容量明顯不夠（見(jiàn)圖1），現(xiàn)場(chǎng)將觸點(diǎn)接成并聯(lián)使用，觸點(diǎn)仍然燒傷嚴(yán)重。

圖1 PLC輸出控制原理
　
2.1.2 軟件設(shè)計(jì)
為提高運(yùn)行平穩(wěn)性,系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩套剎車(chē)裝置,其中氣控盤(pán)式制動(dòng)器為主,電液閘瓦制動(dòng)器為后備,通過(guò)程序控制制動(dòng)器輸出力矩,使下山皮帶在啟動(dòng)和制動(dòng)過(guò)程均有適量的制動(dòng)力矩的調(diào)節(jié),有利于升速降速的平穩(wěn)。另外,對(duì)于異常運(yùn)行,包括超速均有相應(yīng)的保護(hù)程序。但是,軟件設(shè)計(jì)也存在嚴(yán)重疏忽,例如工作在再生制動(dòng)狀態(tài)下會(huì)因電機(jī)失電而引發(fā)飛車(chē)事故,僅以超速保護(hù)作為防范,顯然不夠,而且將超速保護(hù)加2s的延時(shí),也是沒(méi)有根據(jù)的。
2.2 事故診斷
2.2.1 引起飛車(chē)的直接原因
下山皮帶開(kāi)車(chē)程序部分梯形圖如圖2所示。其工作步驟是:發(fā)出開(kāi)車(chē)指令后在各種就緒信號(hào)、聯(lián)鎖信號(hào)都正常的前提下,首先松開(kāi)剎車(chē)、接著測(cè)速,若電機(jī)速度n=0,即皮帶無(wú)滑動(dòng),由M73作輕載啟動(dòng),電機(jī)先電動(dòng)狀態(tài)再轉(zhuǎn)入再生制動(dòng)狀態(tài);若n≠0,即皮帶有滑動(dòng),為重載啟動(dòng),此時(shí),先不給電機(jī)上電,而是等到滑行達(dá)到電機(jī)等于或大于同步轉(zhuǎn)速時(shí),再由M78、M79使電機(jī)上電,直接進(jìn)入再生制動(dòng)狀態(tài)。若一切正常,則電機(jī)制動(dòng)力矩與負(fù)載下滑力矩相平衡,皮帶按設(shè)計(jì)的2m/s勻速運(yùn)轉(zhuǎn)。但是,若Y120上電指令發(fā)出后,真空接觸器CKJ5不能如期合閘,則電機(jī)不能得電,也不會(huì)建立制動(dòng)力矩,于是負(fù)載就會(huì)在重力加速度的作用下產(chǎn)生飛車(chē)。引起真空接觸器不能及時(shí)合閘的直接原因就是由于HH52P小型靈敏繼電器觸點(diǎn)被燒壞所致,特別是處在接觸器合閘期間電流較大更易引起接觸不良,所以出現(xiàn)飛車(chē)是必然的。由于HH52P的觸點(diǎn)是經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間使用之后逐漸燒壞的,這就證明了為什么投產(chǎn)的前兩年未發(fā)生飛車(chē)事故。
　

圖2 開(kāi)車(chē)程序部分梯形圖
　
2.2.2 超速保護(hù)的虛設(shè)
本來(lái)超速保護(hù)可以對(duì)飛車(chē)加以抑制,但不適當(dāng)?shù)脑黾映俦Ｗo(hù)延時(shí),又使其如同虛設(shè)。假設(shè)Y120發(fā)出上電指令后接觸器接不通而產(chǎn)生超速,從超速響應(yīng)到剎車(chē)動(dòng)作約需2.5s的時(shí)間,其中2s為軟件設(shè)計(jì)確定的保護(hù)延時(shí),0.5s為測(cè)速采樣周期,2.5s之后下山皮帶速度為:
V=V0+gt=2+9.8sin(12°～15°)×2.5=7.09～8.35(m/s)
即可達(dá)到正常運(yùn)行速度的3.6～4.2倍,同樣負(fù)載的瞬時(shí)功率也隨之增到額定功率的3.6～4.2倍。已知制動(dòng)裝置的最大制動(dòng)力矩為5400N·m,為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的2.6倍,大大低于超速的倍數(shù),所以此時(shí)制動(dòng)裝置的作用已無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
3 改進(jìn)措施
3.1 下山皮帶主電機(jī)選型改為高壓鼠籠電機(jī)
選用繞線式電機(jī)主要是為了提高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和降低啟動(dòng)電流,多用于啟動(dòng)相當(dāng)困難的場(chǎng)合,例如起重、上山皮帶等,而下山皮帶沒(méi)有這些矛盾,完全可以選用鼠籠電機(jī)。實(shí)踐證明,鼠籠電機(jī)抗甩能力強(qiáng),更適合于有飛車(chē)危險(xiǎn)的場(chǎng)合。采用高壓電機(jī),則可使控制系統(tǒng)更為簡(jiǎn)化,不僅可以解決啟動(dòng)問(wèn)題,而且還可降低山上變壓器容量,提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。應(yīng)用JS128-6、380V、215kW鼠籠電機(jī)后,一直使用很好。
3.2 系統(tǒng)增加飛車(chē)預(yù)防程序
下山皮帶僅設(shè)超速保護(hù)是不夠的,因?yàn)樗徊贿^(guò)是事故發(fā)生后的一種補(bǔ)救措施,如若超速動(dòng)作值整定不當(dāng),電機(jī)仍有可能被甩壞,事故還是要發(fā)生。應(yīng)采取措施將事故杜絕在萌芽之中。因飛車(chē)是由于接觸器未及時(shí)合閘引起的,我們?cè)O(shè)計(jì)防飛車(chē)程序插入主程序中(如圖3)。

圖3 防飛車(chē)程序梯形圖
　
圖3中X107為真空接觸器輔助觸點(diǎn),當(dāng)Y120上電指令發(fā)出后,若真空接觸器不動(dòng)作即啟動(dòng)T54延時(shí)0.5s轉(zhuǎn)入停車(chē)操作,制動(dòng)裝置立即啟動(dòng),電機(jī)來(lái)不及升速就被剎住。其中0.5s是按測(cè)速采樣周期選定,若接觸器動(dòng)作時(shí)間大于0.5s,則應(yīng)稍大一點(diǎn)。
3.3 換大容量中間繼電器
原系統(tǒng)HH52P型繼電器觸點(diǎn)容量太小,是飛車(chē)事故的隱患,更換為D251-22、24V中間繼電器。
3.4 取消原系統(tǒng)超速保護(hù)延時(shí)
原系統(tǒng)超速保護(hù)設(shè)置延時(shí)沒(méi)有必要,應(yīng)予取消。除外,原系統(tǒng)就緒信號(hào)反常所設(shè)置的保護(hù),如熱繼電器動(dòng)作、空氣開(kāi)關(guān)跳閘等的延時(shí)也取消。