制动器故障保护功能和封星电路的检验方法

■ 文/施宝海

近日，广东湛江“5.23”电梯冲顶事故调查报告公布，报告总结了本次事故的直接原因是：维保人员未按照技术规范要求对电梯实施定期保养，维护保养不到位及虚假维保。未发现事故电梯存在制动器动作状态监测装置失效、制动器顶杆螺栓间隙调整不当、控制柜封星接触器错接失效等严重安全隐患。也就是说，在制动器动作状态监测装置失效、制动器顶杆螺栓间隙调整不当、控制柜封星接触器错接失效三方面同时出现的情况下发生了电梯冲顶乘客伤亡事故，如果其中某一方面没有出现问题，该事故或许也就不会发生或者后果不会那么严重了。其中，制动器动作状态监测装置（即制动器故障保护功能）失效、控制柜封星接触器错接失效在的日常检验中也经常会遇到。本文就以此事故为例，探讨制动器故障保护功能和封星电路的重要性以及检验方法。

1 制动器故障保护功能的检验

GB7588–2003《电梯制造与安装安全规范》第12.4.2.1 条中规定：所有参与向制动轮或盘施加制动力的制动器机械部件应分两组装设。TSG T7001–2009《电梯监督检验和定期检验规则》（含第1 号及第2 号修改单）新增了第2.8（8）条的规定：应当具有制动器故障保护功能，当监测到制动器的提起（或者释放）失效时，能够防止电梯的正常启动。这里的制动器故障保护功能就是事故中的制动器动作状态监测装置。目前来说，大多数制动器故障保护功能主要是在制动器的两组制动臂上各加装一组检测开关，通过检测开关的通断作为输入信号传输到控制系统进行监测。由于检规第2 号修改单实施时间较晚（2018年1月1日实施），在过去对于制动器故障保护功能也没有统一的设计标准，许多电梯制造厂家对于这块没有真正的重视起来，导致出现了五花八门的线路设计方式。根据笔者多年的现场检验经验，常见的电路设计方式有：常闭并联型、常开并联型、常闭串联型、常闭并联型、双信号独立监测。

1.1 常闭并联型

如图1所示，当两组制动器都正常提起时，制动器检测开关BK1 和BK2 同时断开，此时系统检测到制动器正常，电梯正常运行；如果出现一组制动器未能正常提起时，如BK1 未断开，仍保持接通状态，BK2 断开，此时信号输入检测端立即能检测到制动器故障；但是当一组制动器出现故障不能正常释放时，如BK1 的制动器不能正常释放，BK1 保持断开状态，BK2 的制动器正常释放，BK2 接通并将信号输入到检测端，系统收到制动器释放信号，但实际上BK1 的制动器出现故障并没有释放，这样控制系统无法监测到其中某一组制动器不能正常释放的故障，因此这样的接线方式存在很大的安全隐患。

图1 常闭并联型

1.2 常开并联型

同理，如果制动器检测开关BK1 和BK2 采用的是常开触点（见图2），当某一组制动器未能正常提起时，而另一组正常导通，系统收到制动器提起信号，电梯仍然正常运行，这时控制系统也就不能监测出某一组制动器是否处于提起状态，导致电梯会带闸运行，存在很大的安全隐患。

图2 常开并联型

1.3 常闭串联型

如图3所示，常闭开关BK1 和BK2 通过串联接入控制系统，当制动器正常释放时，两组检测开关均处于闭合导通状态，系统监测出两组制动器均释放正常，此时两组制动器如果有其中一组释放不到位，其检测开关处于断开状态，系统收到故障信号即立即停止电梯运行；但是当制动器提起时，只要任一组开关处于断开状态，另外一组不论是处于断开还是闭合，整个回路都是断开的，系统也就无法监测某一组制动器是否能正常提起，可能会出现电梯长期带闸运行而造成制动力下降，埋下安全隐患。

图3 常闭串联型

1.4 常开串联型

同理，常开串联型在系统监测制动器提起时是没有问题的，但是在监测制动器释放时，只要某一组制动器释放到位，整个回路都是断开的，系统即误认为两组制动器均释放正常，也就无法监测出单边制动器释放不到位的情况，此时的电梯非常容易因为制动力的不足出现冲顶、蹲底和开门走梯等重大事故（见图4）。

图4 常开串联型

1.5 双信号独立监测

从图5可知，双信号独立监测就是设置两组独立的信号检测点对电梯两组制动器检测开关分别监测，并独立传输至控制系统。这样，不管检测开关BK1 和BK2 是常开还是常闭，系统都能监测出每一组制动器是否正确提起与释放，当两组信号输入检测点接受到回路的通断状态不一致时，系统立即报故障停止电梯运行，从而有效阻断了因电梯制动器制动力不足造成的重大安全隐患。

图5 双信号独立监测

从以上的电路分析可以看出，只有双信号独立监测的电路设计才能满足新检规的要求。对于新检规实施前安装的电梯，检验员现场要模拟检测开关故障来验证功能是否符合要求，掌握判断制动器故障保护电路设计的缺陷方法，本文总结了以下检验方法：

制动器检测开关是常开触点开关时，在单边和两边同时验证制动器的提起和释放，系统均报故障的，说明监测方式是双信号独立监测；单边验证制动器的提起，电梯仍然正常启动，而两边同时验证制动器的提起时，系统报故障电梯不能启动，可判断监测电路为并联方式；单边验证制动器的释放，电梯正常启动运行，而两边同时验证制动器的释放时，系统报故障不能运行，则可判断监测电路为串联方式。

制动器检测开关是常闭触点开关时，同理，在单边和两边同时验证制动器的提起和释放，如果系统均报故障，说明监测方式是双信号独立监测；单边验证制动器的提起，电梯仍然正常启动，而两边同时验证制动器的提起时，系统报故障电梯不能启动，可判断监测电路为串联方式；单边验证制动器的释放，电梯正常启动运行，而两边同时验证制动器的释放时，系统报故障不能运行，则可判断监测电路为并联方式。

综上所述，在检验过程中发现将制动器检测开关采用串联或并联方式并且只有单路信号输入检测点的，应建议厂家进行整改，将电路设计为双信号独立监测，提高电梯制动器的安全性能。

2 有效检验封星制动

封星技术，简单描述就是将永磁同步电机的三相绕组线路短接，使得电机内三相绕组线路形成一个独立的电气回路。当永磁同步电机失电而停止运转，如果此时制动器失效不能将电梯制停，在电梯对重与轿厢重力差的作用下，电梯将出现溜车或飞车现象。这时永磁同步电机开始旋转，电机内的三相绕组切割永磁体产生磁场进而产生感应电流，在电机永磁体磁场作用下产生与电梯运动方向相反的电磁力矩，电机旋转越快该反力矩就越大，最终达到平衡，电梯开始缓慢的匀速运行。可以说，封星技术起到了电梯溜车时制动力矩的作用。它的好处是显而易见的：在电梯制动失效的情况下，能够以缓慢的速度溜车直至冲顶或蹲底，在缓冲器的作用下实现电梯的“软着陆”。这也给进出电梯轿厢的乘客增加了反应时间，明显降低了对乘客和电梯设备的伤害和损坏概率。

封星技术虽然使电梯整体安全性增强了，但也存在一定的风险。例如：封星接触器的闭合延迟会造成电梯启动瞬间出现溜车，释放时间不合理同样会造成电梯停梯时舒适感差；在变频器还有输出的情况下封星接触器释放时间延迟会造成变频器输出短路，有烧毁变频器的风险；在永磁同步电机高速运转时，封星电路的接入会产生很大的短路电流，瞬时电流能达到额定电流的数十倍之多，过大的电流可能会烧毁封星接触器和相关的线路以及电动机的绕组，其产生的巨大制动力矩可能会对曳引机造成很大的冲击造成曳引机损坏（如机位偏移、永磁体脱落、定子结构改变等）。因此，速度越大的电梯对封星技术的要求就越高，风险也就越大。这也正是目前仍有一些制造厂家不愿意采用封星电路的原因。

由于在GB7588–2003 与TSG T7001–2009 中均没有对电梯封星电路的要求，因此在实际检验中应注意：首先判断电梯有无封星电路。最简单的方法是目测。将电梯运行至中间层站，断开主电源，在确保层门轿门关闭的情况下用松闸工具人为松开抱闸，观察曳引机运行速度，速度缓慢且匀速运转的可判断为有封星电路且封星有效，速度越来越快的则可以判断为无封星电路或封星失效。对于无封星电路的，建议使用单位联系制造单位进行电路的重新设计和整改。如果有封星电路而出现松闸时电梯速度越来越快的，就要到控制柜中观察封星电路接线情况（结合电气原理图），有可能是封星电路的接触器不是专用的，而是采用的主接触器的常闭辅助触点，这种方式极容易造成触点烧蚀导致封星失效，应当更换成专用封星接触器。还有一种情况就是湛江市电梯冲顶事故中的封星接触器接线错误。接线错误会降低封星保护的效果，必须整改到位。

3 结语

鼓式制动器故障保护功能是防止电梯制动器提起和释放不到位的电气保护功能，是预防措施。鼓式制动器整体结构出现问题（设计缺陷、安装不当、使用过程磨损等）导致的制动力不足才是电梯出现溜车的最主要原因。而封星技术在电梯出现制动力不足溜车时，让电梯以极缓慢的速度运行，给了乘客反应时间，极大地降低了事故发生的概率。三者可说是相辅相成，缺一不可。然而，现实的情况是，在新检规实施之前安装的电梯，制动器故障保护功能缺少或者电路设计上有很大的缺陷，过去的封星技术不成熟、不完善以及一些制造厂家不愿意采用等，导致市面上存在不少这样的电梯：要么没有制动器故障保护功能或有缺陷，要么没有封星，而这两项功能都没有的电梯也有相当大的比例。这就相当于湛江冲顶事故中3 项主要原因中占了2 项，一旦制动器出现制动力不足，事故随时可能发生。希望国家层面抓紧研究安装鼓式制动器的电梯的强制报废办法（比如超过15年强制报废等），技术层面指导厂家完善制动器故障保护功能，标准法规中引入封星技术，加大力度推广等。