設(shè)計選型不當(dāng)所潛伏的飛車事故
| 我公司石灰石礦新破碎系統(tǒng)HDX型鋼繩芯膠帶輸送機(下簡稱下山皮帶)帶寬1m,機長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)生飛車事故,損壞380V、215kW繞線式電動機2臺,造成了很大損失。通過對事故分析發(fā)現(xiàn),飛車是由于控制系統(tǒng)設(shè)計選型疏忽造成的。 1 事故表現(xiàn) 根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解,有以下幾點事故現(xiàn)象可作為事故分析的依據(jù)和出發(fā)點。 (1)下山皮帶使用的前兩年沒有飛車現(xiàn)象,但第一次出現(xiàn)飛車事故之后,又接連二次發(fā)生飛車事故。 (2)三次飛車事故規(guī)律基本相同,都是在重載開車的過程中發(fā)生的; (3)事故后拆開電機檢查,轉(zhuǎn)子繞組被嚴重甩散并將定子繞組擦傷和拉斷,但卻沒有通常所見的被電流短路燒焦的痕跡,這說明飛車時電機處在斷電狀態(tài); (4)為維持生產(chǎn),現(xiàn)場改用380V、215kW鼠籠型電機,同時將系統(tǒng)原設(shè)計的超速保護延時由2s縮為0.1s之后,飛車情況得以抑制。 2 事故分析 2.1 原電控系統(tǒng)簡介 2.1.1 硬件配置 為確保運行可靠性，系統(tǒng)硬件配置比較先進。如：采用三菱FX2系列PLC，有利于減少繼電器系統(tǒng)的故障率；采用兩套各自獨立的無觸點脈沖計數(shù)測速裝置并用，并以軟件進行測控，可避免測速環(huán)節(jié)引發(fā)電氣故障；主機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，其觸點容量明顯不夠，現(xiàn)場將觸點接成并聯(lián)使用，觸點仍然燒傷嚴重。 2.1.2 軟件設(shè)計 為提高運行平穩(wěn)性,系統(tǒng)設(shè)計了兩套剎車裝置,其中氣控盤式制動器為主,電液閘瓦制動器為后備,通過程序控制制動器輸出力矩,使下山皮帶在啟動和制動過程均有適量的制動力矩的調(diào)節(jié),有利于升速降速的平穩(wěn)。另外,對于異常運行,包括超速均有相應(yīng)的保護程序。但是,軟件設(shè)計也存在嚴重疏忽,例如工作在再生制動狀態(tài)下會因電機失電而引發(fā)飛車事故,僅以超速保護作為防范,顯然不夠,而且將超速保護加2s的延時,也是沒有根據(jù)的。 2.2 事故診斷 2.2.1 引起飛車的直接原因 下山皮帶開車程序部分梯形。其工作步驟是:發(fā)出開車指令后在各種就緒信號、聯(lián)鎖信號都正常的前提下,首先松開剎車、接著測速,若電機速度n=0,即皮帶無滑動,由M73作輕載啟動,電機先電動狀態(tài)再轉(zhuǎn)入再生制動狀態(tài);若n≠0,即皮帶有滑動,為重載啟動,此時,先不給電機上電,而是等到滑行達到電機等于或大于同步轉(zhuǎn)速時,再由M78、M79使電機上電,直接進入再生制動狀態(tài)。若一切正常,則電機制動力矩與負載下滑力矩相平衡,皮帶按設(shè)計的2m/s勻速運轉(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,則電機不能得電,也不會建立制動力矩,于是負載就會在重力加速度的作用下產(chǎn)生飛車。引起真空接觸器不能及時合閘的直接原因就是由于HH52P小型靈敏繼電器觸點被燒壞所致,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)飛車是必然的。由于HH52P的觸點是經(jīng)過較長時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)生飛車事故。 2.2.2 超速保護的虛設(shè) 本來超速保護可以對飛車加以抑制,但不適當(dāng)?shù)脑黾映俦Ｗo延時,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)到剎車動作約需2.5s的時間,其中2s為軟件設(shè)計確定的保護延時,0.5s為測速采樣周期,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) 即可達到正常運行速度的3.6～4.2倍,同樣負載的瞬時功率也隨之增到額定功率的3.6～4.2倍。已知制動裝置的******制動力矩為5400N·m,為電機額定轉(zhuǎn)矩的2.6倍,大大低于超速的倍數(shù),所以此時制動裝置的作用已無法實現(xiàn)。 3 改進措施 3.1 下山皮帶主電機選型改為高壓鼠籠電機 選用繞線式電機主要是為了提高啟動轉(zhuǎn)矩和降低啟動電流,多用于啟動相當(dāng)困難的場合,例如起重、上山皮帶等,而下山皮帶沒有這些矛盾,完全可以選用鼠籠電機。實踐證明,鼠籠電機抗甩能力強,更適合于有飛車危險的場合。采用高壓電機,則可使控制系統(tǒng)更為簡化,不僅可以解決啟動問題,而且還可降低山上變壓器容量,提高運行的經(jīng)濟性和可靠性。應(yīng)用JS128-6、380V、215kW鼠籠電機后,一直使用很好。 3.2 系統(tǒng)增加飛車預(yù)防程序 下山皮帶僅設(shè)超速保護是不夠的,因為它只不過是事故發(fā)生后的一種補救措施,如若超速動作值整定不當(dāng),電機仍有可能被甩壞,事故還是要發(fā)生。應(yīng)采取措施將事故杜絕在萌芽之中。因飛車是由于接觸器未及時合閘引起的,我們設(shè)計防飛車程序插入主程序中。 X107為真空接觸器輔助觸點,當(dāng)Y120上電指令發(fā)出后,若真空接觸器不動作即啟動T54延時0.5s轉(zhuǎn)入停車操作,制動裝置立即啟動,電機來不及升速就被剎住。其中0.5s是按測速采樣周期選定,若接觸器動作時間大于0.5s,則應(yīng)稍大一點。 3.3 換大容量中間繼電器 原系統(tǒng)HH52P型繼電器觸點容量太小,是飛車事故的隱患,更換為D251-22、24V中間繼電器。 3.4 取消原系統(tǒng)超速保護延時 原系統(tǒng)超速保護設(shè)置延時沒有必要,應(yīng)予取消。除外,原系統(tǒng)就緒信號反常所設(shè)置的保護,如熱繼電器動作、空氣開關(guān)跳閘等的延時也取消。 |
