摘要：开元电站的桥式起重机于1992年投入运行，按照当初的设计标准和设计水平，已经明显不满足现今安全规范和使用要求，特别是滑线系统、制动系统不可靠、电气部分缺陷、线路绝缘老化现象特别突出，严重威胁人员、设备安全。2015年对该部分进行了全方位改造，取得了较好的效果。本文对老式桥式起重机制定改造方案具有一定的参考意义。
关键词：桥式起重机；安全滑线；液压鼓式制动器；变频器
正文
一、改造的背景及存在的问题
1、设备的状况简介
开元水电站主厂房桥式起重机为双梁桥式起重机，跨度为13.5米，额定起重量为75T/20T，1992年投产，电源滑线采用70×70角钢和铸铁滑块构成，控制系统采用主令开关加接触器的控制方式，主/副钩电机采用绕线式异步电动机，调速方式采用凸轮控制器控制转子回路串入电阻的调速方式，制动系统为电磁铁带动连杆机构控制鼓式制动器的制动架进行松闸/制动操作。安全、保护装置设置了大/小车限位装置、主/副钩限位装置。
2、存在的问题
由于设备的老化、设计的缺陷和当时设计水平的限制，在使用过程中出现了很多的问题和安全隐患，主要的问题有以下几个方面：
（1）、滑线系统的缺陷：滑块在支架和其自身重量的两个力作用下获得与角钢接触力，在长期运行中，由于滑块的磨损以及支架本身的变形作用，其接触应力减小。因此大车在行走过程中角钢和滑块之间会产生大量火花，而且大车在行走过程中有时还发生断电的现象。起重机使用时角钢为带电裸露，也存在一定的安全隐患。
（2）、二次回路缺陷：主钩、副钩、大车、小车及转子调速回路的控制均采用接触器进行控制，电磁式接触器吸合的噪声、振动大，调速范围小，调速不平滑，电流冲击大。二次回路绝缘电阻较低，曾经在使用过程中多次出现主电源开关跳闸的情况。
（3）、制动系统缺陷：电磁式制动方式的电磁铁电源一般取自电机电源的进线，也就是说电机一启动瞬间，电磁铁线圈就获电动作，制动瓦就打开，起重的重物重量通过传动机构直接加在电动机输出轴上，因此电机的启动转矩很大，对电机冲击很大。另一方面，当电动机一断电瞬间，制动器线圈同时断电，使制动瓦立即闭合。特别是对主、副钩的电动机的下降操作来说，所吊重物由于惯性，转速会保持在断电之前的转速并有加速的趋势，此时靠制动瓦闭合强行使转速为零。因此这种方式的最大隐患就是：如果频繁操作，很快就使制动轮的温度升高，其与制动瓦的摩擦系数减小，制动瓦磨损加速，甚至可能发生起吊重物滑钩。我公司也曾经发生过在起吊发电机转子过程中滑钩的现象。另外电磁铁在吸合过程中振动大，在使用过程中曾经发生过其铁芯部件松动脱落的现象。
（4）、安全保护功能不齐：由于该起重机设计、生产在上世纪九十年代初期，受当时技术条件限制，对起重机的负荷控制的功能未进行设计，在起重机年度监督检验时，特种监督检验机构多次要求加装负荷控制器。
（5）、其他隐患：齿轮减速箱漏油较为严重，既影响整体美观，又有使操作人员滑倒的安全隐患；钢丝绳磨损较为严重；行车整体锈蚀严重。
二、改造的方案及实施
本次改造是对起重机进行大修与改造结合的方式进行，对机械部分主要以拆卸、检查、检测、维护为主，电气部分主要以更换、改造为主。改造的原则以适用、可靠为原则，具体如下：
1、滑线系统
拆卸原来的角钢滑线系统，采用安全滑线。该滑线特点是外部为绝缘结构，滑槽在滑线内部，滑块在滑线内部通过弹簧的预紧力与其接触，接触可靠，集线器与滑块通过导线相连，然后向行车供电。由于该滑线重量轻，改造也很方面，可直接在行车轨道地脚螺丝压板上间隔焊接悬臂支架，然后将滑线吊装在悬架上即可。
2、调速系统
采用施耐德电气专用行车变频器器调速，其中行车的主/副钩采用ATV71变频器，行车小车选用ATV312变频器，行车大车选用ATV61变频器。考虑到变频器工作的可靠性，变频器的选用比其匹配的电机的容量大一个等级，如主钩电机容量为为22kW，对应的变频器容量为30kW，变频器采用电流磁通开环控制方式。
（1）、调速系统构成。调速系统由变频器、联动控制台、接触器、制动电阻等构成。
（2）、调速系统的接线如图1：
图1
其中LI1设为正转（上升），LI2设为反转（下降），LI3、LI4、LI5为速度选择口，当LI1、LI3、LI4、LI5组合为1000时为正转第一档速，1100时为正转第二档速，1110时为正转第三档速，1111时为正转第四档速，反转同理，LI6为故障复位口，PA、PB为外接制动电阻，R1A、R1C为变频器内部故障输出，R2A、R2C为外加制动信号输出（控制液压制动器）。
1、电动机及二次系统
（1）、共5台电动机，其中主、副钩及小车各一台，大车两台。主/副钩电动机考虑到其工作条件和可靠性，将原来的绕线式异步电动机改为专用变频电动机。行车的大车、小车采用原来的绕线式电动机，电机转子回路短接。
（2）、驾驶室更换为全透明的驾驶室，增加起重机司机的视野。驾驶室安装联动控制台，其触点用于控制个接触器，接触器控制主/副钩、大/小车的变频器的正、翻转及调速等操作。安全电路用于控制主电源到各变频器，有启、停，紧急停止、主电源相序保护、各门锁的行程开关保护等功能。
（3）、新增加行车主/副钩负荷控制系统，每个负荷控制系统由轴承座式称重传感器、变送器及负荷控制器组成。轴承座式传感器安装在主/副钩卷筒的轴承座上，负荷控制器安装在驾驶室内，控制器上可以直观显示重物的实际重量，同时当所吊重物达到一定重量后控制器报警，同时控制其输出的一对串入行车的上升回路常闭接点断开，使上升回路接触器断电，起到负荷控制的作用。
（4）、集线器到驾驶室、驾驶室至变频器柜、变频器柜至电动机动力电缆、控制电缆及各限位装置全部更换，控制电缆采用KVV屏蔽电缆。
2、制动系统
采用变频器本身的再生制动和外加制动器。变频器在降速过程中由于机械惯性作用，将产生再生电流反馈到变频器直流侧，由变频器制动电阻消耗掉，变频器处于再生制动状态。
外加的主/副钩、大/小车制动器由电磁鼓式制动器改造为液压鼓式制动器，该制动器由电动机、活塞、叶轮、弹簧、制动架、制动瓦等部件构成。当电动机通电时，带动叶轮旋转，使活塞下腔压力增加，并克服上腔弹簧的弹力，使活塞向上运动，制动架带动制动瓦打开；当电机失电时，在上腔弹簧的回复力作用下，活塞向下运动，制动架带动制动瓦闭合抱紧制动轮。
制动器电机的电源取自变频器的进线端，通过变频器的控制逻辑输出接点，控制接触器来向制动电机供电和断电。整个制动过程为：
由于考虑到水电站检修时吊发电机转子的可靠性，在主钩电动机轴和一级减速箱之间增设一个制动机构，主钩采用双制动机构，增加了主钩停车后的制动可靠性。
3、机械部分
减速箱全部拆卸、解体，对齿轮、轴、吊钩全部进行着色探伤；更换减速箱轴承密封和端面密封；更换主/副钩钢丝绳；对起重机外部除锈并重新喷漆；起重机大梁上铺设防滑钢丝网，防止检修人员在行车上行走时滑倒。
三、调试及试重
调试前对机械部分、电气回路进行检查，确保机械连接可靠、紧固，电气回路接线牢固、正确，检查主电源电压、相序正确。
1、变频器调试
初始调试状态应是行车空载，各种型号的变频器调整方法、步骤基本相同，只是参数值和某些控制方式不同，基本的步骤如下：
（1）通电检查
检查供电电压是否在变频器允许范围内，然后在变频器的供电回路上串入调压器，调整输入电压，在过压和欠压状态下变频器的保护动作情况。
（2）上电调试语言修改
（3）恢复出厂值
（4）访问等级修改
（5）宏设置SIN：
主要设置变频器的用途，是运行机构还是起升机构。
（6）设置电机热保护电流、低速频率（第一段速）、高速频率、速度环比例增益SET等。
（7）设置电机参数DRC：如额定功率、额定电压、额定电流、额定频率、额定速度、最高频率等，设置电机控制类型、滑差补偿等。
（8）设置I/O分配表：如故障复位、正、反转、速度分配对应的I/O点，设置对应第二、三、四段速对应的输出频率PSS。
（9）设置加、减速斜坡类型及加、减速时间RTV。
（10）设置制动逻辑单元BLC
包括制动分配bLC、运动类型bst、制动方向bIP、刹车释放电流正向Ibr、刹车释放时间brt、刹车释放时间blr、抱闸频率bEn、刹车机构抱紧时间bEt。制动逻辑如图2：
2、负荷限制调试
由于负荷控制器的输出点阈值在出厂时已经设定完毕，现场只负责调整控制器的零位。出厂设置为：95%额定负荷时报警；105%额定负荷时报警同时输出常闭接点延时断开；110%额定负荷时报警的同时立即输出常闭接点断开。零位调整时，将行车吊起一标准重量并离地约一米，然后调整
控制器的显示为标准重量的数值即可，对应的各输出点的调试在行车的试重时一并进行。
3、安全电路的调试
人工模拟电压相序改变、紧急停止按钮、门锁行程开关打开等情况，主电源回路应断开。开动行车，分别试验各行程开关动作的准确性。
4、试重
加载试验块，分别试验各重量情况下，负荷控制器显示的准确性，试验95%、105%、110%额定负荷下报警和输出接点动作情况；各负荷情况下变频器工作电流、行车有无溜钩、有无振动大的情况，并根据情况对变频器参数做适当调整；短接负荷控制器输出接点，作110%额定负荷的动负荷试验，检查变频器的工作电流及制动系统的工作情况；作125%额定负荷的静负荷试验，检查变频器的工作电流与制动系统的工作情况及大梁的挠度。
图2
四、总结
2015年起重机改造后运行可靠，其间经过了水轮发电机的大修，各项性能都经过了实际检验，特别是变频器的无级变速，可以使行车的速度调节非常平稳。其次，其速度调节范围很大，四级调速可以从滑差频率至50HZ任意设定，低速挡特别适合水电站检修中的设备装配，配合合理地操作，可使行车到位精准。其次整个行车系统冲击小、振动小、噪音小。最后行车制动系统非常可靠，由于变频器可以控制液压制动器在电机速度很低的时候投入，减少了制动片与制动轮的磨损，在大型吊装过程中制动轮的温升很小，大大的减小行车溜钩的风险。
参考文献：
[1]许明.变频器在行车上的具体应用[J].苏盐科技，2005，（04）：13-15.
作者简介：曹建峰（1984-），男，汉族，陕西省西安市人，专科，助理工程师，研究方向：水电站机电设备的安装、检修、试验。
论文作者:曹建峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：变频器论文; 负荷论文; 行车论文; 接触器论文; 制动器论文; 回路论文; 电机论文; 《基层建设》2019年第14期论文;