岸桥辅助机构电机接地故障分析

王明轩

（天津港欧亚国际集装箱码头有限公司，天津 300461）

1 岸桥辅助机构供电系统概述

岸边集装箱起重机（以下简称岸桥）是一种专门用于集装箱码头对集装箱船舶进行装卸作业的起重设备。天津港欧亚国际集装箱码头有限公司岸桥由三相交流10 kV 电源供电，通过10 kV高压电缆经大车电缆卷盘接至每台岸桥机器房内的高压进线柜，并由馈电柜分别供电给主变压器和辅助变压器。主变压器容量为2000 kVA，降压至440 V，作为岸桥起升、大车、俯仰、小车四大主机构驱动电源；辅助变压器容量为250 kVA，降压至380/220 V，供电给岸桥辅助机构、控制、照明等辅助装置。

主变压器和辅助变压器均为三相干式缠绕式变压器，初级线圈均为三角形接法，主变压器次级线圈为三相三线制星形接法，辅助变压器次级线圈为三相四线制星形接法。主变压器和辅助变压器二次侧均设有接地检测继电器，型号为日本光商工LEG-130L，其中辅助变压器接地检测继电器灵敏度电流整定值设为500 mA，动作时间设为200 ms。

辅助变压器二次侧设置辅助机构电源总开关，下分小车/吊具柜电源开关、机房配电柜电源开关以及其他各种辅助装置的电源开关，包括PLC 控制系统隔离变压器、各机构制动器电机、风机电机、油泵电机、空调、投光灯、插座等。小车/吊具柜电源开关下口线通过小车拖链进入司机室小车/吊具柜，为司机室、吊具的总电源，下接吊具电缆卷盘电源空开、吊具控制电源空开、吊具油泵电源空开及司机室插座、照明、空调等装置。

吊具电缆卷盘电源空开为吊具电缆卷盘机构变频器、制动器等供电，吊具电缆卷盘机构通过安川G7 变频器驱动2 台5.5 kW 变频电机，驱动吊具电缆卷盘，卷绕30 芯90 m 的吊具垂缆跟随吊具起升或下降。吊具控制电源空开下分两路，一路为司机室吊具PLC 供电，一路通过吊具电缆卷盘滑环箱、吊具垂缆为吊具上架连接限位及吊具上的电源模块供电，这一路上并联有浪涌保护器。司机室吊具PLC 通过ASI 通信线与吊具通信，ASI 通信线与吊具控制电源、吊具油泵电源线等从司机室经滑环箱、小车顶接线箱、吊具垂缆、吊具上架接线箱、上架电缆及大插头与吊具连接。

2 故障排查过程

某日夜班，4#岸桥在作业过程中，发生吊具控制电源空开跳闸故障，同时还发现存在CMS（起重机监控系统）柜电源空开跳闸故障和前大梁-1 投光灯空开跳闸故障，无法合闸复位。这3个空开都在辅助机构电源总开关下口，而辅助机构接地检测继电器并没有动作。由于CMS 断电，无法查看故障履历，无法判断CMS 柜电源空开跳闸故障和前大梁-1 投光灯空开跳闸故障是否早已存在，而且不影响作业，暂且搁置，先重点处理吊具控制电源空开跳闸故障。

因以前多次发生因滑环箱、吊具垂缆、或上架连接限位问题导致吊具控制电源空开跳闸的情况，因此首先分段排查这些部位，测量绝缘发现吊具控制电源浪涌保护器对地，浪涌保护器主要起避雷的作用，发生故障时并无雷击情况发生，将其拆除后再次试验，跳闸故障依旧。继续排查发现吊具上的电源模块自保护无电压输出，且自保护无法复位，但测量其输入电压正常，考虑电源模块损坏，更换后吊具故障仍未排除，而且又出现了新的问题，如吊具油泵电机电源空开跳闸、电气房火灾报警器报警等，这些故障并无明显关联，故障排查陷入僵局。

而后在试车过程中发现，当起升上下运行时，或刚合控制电源时这些故障就会发生，合上控制电源而不动起升一定时间后故障消失，再运行起升时又会发生故障。

经过观察，吊具电缆卷盘机构跟随起升动作，即当起升上升或下降时吊具电缆卷盘电机运行，起升上升动作停止后延时60 s，吊具电缆卷盘电机停止运行，说明吊具电缆卷盘电机运行与否与这一系列故障直接相关。测试吊具电缆卷盘电机绝缘，发现其中一台电机一相线圈相对外壳的绝缘电阻已经降为0，电机对地短路。2 台吊具电缆卷盘电机为并联布置，由一台变频器的一组输出同时驱动，通过各自的磁滞联轴器，连接到双输入轴的减速箱，带动吊具电缆卷盘转动。将对地短路的电机甩开，只留另一台电机单独带动卷盘运行，除了因单个电机功率不足，导致起升不能高速运行外，所有故障全部消失，明确了所有故障均由绝缘损坏的电机引起。

然而，吊具电缆卷盘电机通过安川G7 变频器控制，G7 变频器在输出电流超出额定电流50%理应报出接地故障（GF），而且每个电机有单独的断路器（型号为施耐德GV2-ME20C），但此前变频器并没有报出任何故障，断路器也没跳闸，辅助变压器接地检测继电器也未动作。进一步查看电机发现，电机接地线并未连接到接线盒中的接地端子上，处于悬空状态，而电机安装方式为B5 法兰安装，通过磁滞联轴器经多道法兰安装至减速箱侧面端盖上，而且磁滞联轴器两半联轴器之间存在间隙并不直接接触，法兰结合面既有油漆又有润滑油，电机外壳相对于整机钢结构的接地电阻较大，相当于电机外壳并未有效接地或接零，电机所有接地保护措施均失效。因电机虽然碰壳却并无持续性较大的泄露电流与大地导通，故未报出故障或跳闸。

分析其他一系列蹊跷故障的成因。经查吊具电缆卷盘电机的电源线为CEF82（3×2.5）带屏蔽层船用电缆，从司机室内的电气柜经布线槽至电机所在位置，其中在线槽内与吊具ASI 通信线、吊具控制电源线、吊具油泵电机电源线等紧密排列布置。电缆全长25 m，其中3 芯为3 根相线，电缆屏蔽层两端接地，既承担屏蔽作用，又承担接地作用，无独立的接地线。而在实际接线时，电机侧屏蔽层未接至电机机壳，因而电缆屏蔽层既起不到屏蔽作用，又起不到接地作用。电机绝缘损坏后虽无持续较大的对地电流，但其在电机转动时仍会产生较大的瞬时电流波动，虽不足以导致对地故障，但会对在线槽内和电气柜内紧邻的其他线路产生感应干扰，造成吊具通信故障，同时使CMS、前大梁投光灯、电气房火灾报警器等辅助装置的公共中性线（零线）O2100感应带电，致使辅助机构其他空开漏保跳闸。至此，明确了此次故障的原因。故障分析流程见图1

图1 故障分析流程

3 总结

本次故障的直接原因是吊具卷盘电机绝缘损坏漏电，但连带导致的其他故障对故障排查造成了误导。通过故障分析，除了理清了故障原因，发现系统存在的深层次问题并采取有针对性的措施外，还得到以下启示:

3.1 认真分析工况

本次故障的快速排除，得益于对故障发生时各机构动作工况的观察与分析。排查电气故障不仅要对电气原理和基础知识有深入了解，更要熟悉设备运行的工况，才能透过现象看到故障的本质。

3.2 采用分段排除法

当遇到疑难故障时，采用分段排除法，将故障可能存在的线路或部位进行分段，从最可能发生的部位、最易排除的部位着手，逐段排除。如果人员充足，在确保安全的前提下可并行开展，可以提高故障排除效率。但分工时要有人协调指挥，防止各自为战。

3.3 重视电工仪表使用

不能只依靠经验或设备自带的监控仪表或监控系统，要重视常用电工仪表如万用表、电流卡表、兆欧表甚至示波器的使用，采取多点观测、动态观测、连续观测的方法获取数据，通过分析数据总结规律。

3.4 规范施工

电气线路及设备的安装和维修一定要按照规范施工，如果本次故障中接地线能够规范连接，就会直接发现电机接地故障，而不会因其他故障的干扰造成混淆，节省排查时间。更重要的是，施工的不规范可能导致电气保护装置失效，引发火灾、触电等安全事故，必须严格避免。