通過(guò)一次雷擊實(shí)例分析了 QTD630塔式起重機電子秤故障的特點(diǎn),總結了 一些修理雷擊故障的經(jīng)驗,提出了檢修雷擊故障的新 思路,并用故障實(shí)例給出了檢修雷擊故障的具體方法。同時(shí)在對電子秤系統不做任何改動(dòng)的前提下,提出了幾種有效預防感應雷擊的方法, 確保塔式起重機的安全運行。
1.引言
雷擊是破壞性極強的自然災害之一,由于雷擊時(shí)間隨機性、 雷擊通道多途徑、破壞程度毀滅性、損壞的后果長(cháng)期性,不僅造 成的損失相當嚴重,而且造成的故障現象較為復雜,比常規故障 具有更大的檢修難度。本文以QTD630塔式起重機電子秤系統 遭雷擊故障檢修為例,介紹過(guò)程中的方法和步驟,為同行在處理 類(lèi)似故障時(shí)提供一些可借鑒的思路和經(jīng)驗,使塔式起重機盡快恢 復正常工作,把雷擊造成的損失減少到最低限度。同時(shí)也提出一 些預防雷擊的方法和措施,使大家了解平時(shí)防雷工作的重要性, 從源頭上避免雷擊損害的發(fā)生。
2.雷擊故障的特點(diǎn)
雷電流是一種上升沿很陡的沖擊電流,它包含有豐富的高次 諧波成分,頻率高、電壓高、電流大、能量極大,由此造成的故 障具有以下特征:
2.1故障程度毀滅性
雷擊作用時(shí)間雖短,但瞬間電壓高、電流大、能量極大,不 僅使直接波及的元器件幾乎損壞殆盡,還可將線(xiàn)路板燒毀。本次 雷擊造成QTD630塔式起重機(結構見(jiàn)圖1)整套電子秤系統嚴 重損壞,包括起重臂頂部銷(xiāo)式重量傳感器損壞、電氣控制柜中間 繼電器整流板上2只硅整流二極管被擊穿、駕駛室中施耐德觸摸 式安全顯示屏(XBTGT4340)損壞和總控PLC擴展A/D轉換模塊 (ECiieOOENN)報廢,從被損壞元件的程度看,大多數元器件 表現為斷路或短路的“硬故障”。
2.2故障現象的復雜性
雷電流是一種包含有豐富的高次諧波成分的沖擊電流,它具 有很大的隨機性,在電路中引起的過(guò)電壓的峰值大小、作用時(shí)間 的長(cháng)短、傳輸方式等往往差異很大。因此,由雷擊引發(fā)的故障常 常是分散的,有時(shí)甚至是很隱蔽的。從電路原理看似乎沒(méi)有任何 關(guān)聯(lián),只要電路上有一定的聯(lián)系,不論是直接的聯(lián)系還是間接的 聯(lián)系,它們都互相牽連,綜合表現出來(lái)的故障現象似是而非,錯 綜復雜,故障部位很難確定。
2.3故障影響長(cháng)遠性
由于雷電破壞的隨機性,對元器件造成的損壞程度是不同的。 故障元器件不僅表現為斷路、短路,更多的是性能變差,可能僅 使元器件性能輕微改變或參數變化,也可能僅使電路板絕緣性能 降低等,當時(shí)對電路影響不大,故障還不能表現出來(lái)。隨著(zhù)工作 時(shí)間的延長(cháng),故障會(huì )逐步凸現出來(lái)。如雷擊以后的一個(gè)月里,此 臺塔式起重機的風(fēng)速傳感儀測量精度逐漸變差就是例證。
2.4故障元件規律性
雷擊故障損壞的元器件眾多,但有一定的規律可尋。一般說(shuō)來(lái), 半導體器件過(guò)壓能力很弱,因此集成電路、小功率晶體管、開(kāi)關(guān) 二極管損壞率最髙,其次是大功率晶體管,而電阻電容、特別是 大容量電容、焊點(diǎn)、線(xiàn)路板、變壓器等元器件損壞率較低。
3.雷擊故障的檢修
快速、準確排除雷擊故障,除精通塔式起重機的電氣原理外, 還須掌握一定的方法和技巧。檢修塔式起重機故障的一般流程是: 根據故障現象、結合原理分析、確定檢修部位、配合電壓及電阻 測量(或波形測量)等方法找出故障元件,最后排除故障。這種檢 修流程思路清晰、有的放矢,對于普通故障能收到事半功倍的效果。 但是,雷擊引起的故障具有一些新特點(diǎn),如果仍采用常規故障處 理方法,有時(shí)會(huì )走不少彎路,浪費很多時(shí)間。通過(guò)此次雷擊故障 檢修我們總結出的經(jīng)驗是:先替換再處理,替換掉疑似受損的元 件、部件和功能模塊,待系統恢復正常后,再逐一排查受損的部位。 這樣修理可以避免繞很多彎路,大量節約時(shí)間,減少停工的損失。 以下以此次QTD630塔式起重機電子衡器系統故障檢修的過(guò)程來(lái) 說(shuō)明。
3.1中間繼電器整流板檢修
雷擊后,QTD630塔式起重機先表現為無(wú)法啟動(dòng),PLC和安全 顯示屏未通電而配電箱輸入電壓正常,用萬(wàn)用表沿輸電線(xiàn)路逐級 測量后發(fā)現塔式起重機總閘后中間繼電器整流板上有2只硅整流 二極管被擊穿,更換后塔式起重機可正常啟動(dòng)。
3.2安全顯示屏的檢修
塔式起重機啟動(dòng)后,又發(fā)現安全顯示屏參數顯示全部為0, 安全顯示屏自身報警為與外部通訊故障。QTD630塔式起重機上有 起重量傳感器、起升力矩限制器、髙度限位器、幅度限位器、回 轉限位器、起重臂角度限位器、風(fēng)速儀等多個(gè)安全信號傳感器, 傳感器信號經(jīng)由艾默生PLC (ECJO-4040BRA )上A/D轉換模塊 (EC-ieOOENN)進(jìn)行轉換后,輸人安全顯示屏,而安全顯示屏 輸出控制信號通過(guò)PLC端口,輸人各電氣柜中的艾默生EV3000 變頻器,對起升、變幅和回轉機構動(dòng)作進(jìn)行變頻調節控制。對各 個(gè)傳感器和變頻器均進(jìn)行了檢測,發(fā)現除重量傳感器外,其余傳 感器信號均為正常,手動(dòng)操縱變頻器后發(fā)現變頻器也無(wú)故障,而 操縱操作手柄進(jìn)行動(dòng)作時(shí),發(fā)現PLC無(wú)信號輸人,因此判斷PLC 已損壞。但更換PLC和重量傳感器后發(fā)現仍無(wú)起色。檢修陷人了 困境,一時(shí)不知如何著(zhù)手。重新整理思路,從故障現象看,故障 就是輸人信號不能被識別同時(shí)控制指令無(wú)法輸出,而識別和指令 都是由安全顯示屏內處理和控制,它才是整臺塔式起重機的中央 控制器,而不是簡(jiǎn)單的顯示屏。試替換安全顯示屏,更換后各限 位器工作顯示正常,但力矩、幅度與起重量輸人參數仍顯示為0。
3.3A/D轉換模塊
結合系統原理分析,可能是新的PLC與安全顯示屏間無(wú)信號 輸人,認為PLC的擴展A/D轉換模塊也已損壞,將此模塊更換后 起重機恢復正常工作??紤]到A/D轉換模塊單獨損壞就可造成信 號輸人故障,原PLC未必損壞,將原PLC換上后,系統仍正常運行, 證明了推斷的正確性。
整個(gè)故障維修時(shí)間為8天,如果一開(kāi)始我們就有雷擊故障“涉 及范圍寬、故障現象復雜、具有一定的隱蔽性”的概念,采用先 替換在排査的方法,將安全顯示屏、A/D轉換模塊也一同替換, 就不會(huì )走彎路,故障排除的時(shí)間至少可以縮短一半。塔式起重機 停工的損失也能夠大大減少。
從這一實(shí)例可見(jiàn),對雷擊故障的復雜性必須要有充分的估計, 按常規思維、常規的方法往往奏效也可能浪費大量時(shí)間。因此, 如遇雷擊引起的故障,將可能損壞的部件特別是功能模塊全部替 換,塔式起重機正常工作后,再來(lái)辨別換下部件的好壞。這樣可 以極大的縮短檢修時(shí)間,收到事半功倍的效果。
4.雷擊故障的預防
雷擊主要有直擊雷擊、感應雷擊兩大類(lèi)。雷電造成的電子設 備的損壞中90%以上是感應雷擊造成的。目前,各種塔式起重機都設有較為完善的防雷擊措施,能有效地防止雷電的直接侵害, 但防感應雷擊的效果確很一般。針對這次雷擊事件,總結了以下 幾種防止感應雷擊對塔式起重機電子系統造成損害的方法。
4.1對傳感器等電子設備部件作等電位防雷保護 等電位保護是電子秤系統雷電保護系統的核心和根本。 雷擊時(shí),在強大的雷電電流瀉人大地的瞬間,由于接地線(xiàn)存在電 阻和電感,因此塔式起重機的電子秤系統對地可產(chǎn)生幾萬(wàn)甚至 幾十萬(wàn)伏的高電位,此電位對電子秤的各個(gè)部分甚至整體系統 都是毀滅性的。對整體電子秤系統的各部位(傳感器、傳輸系統和 控制系統)的各種接口均做相應的等電位保護,使整體電子秤系統 的基礎電位隨地線(xiàn)電位的變化而變化,這樣有效地避免了雷電流 產(chǎn)生的髙電位對電子秤造成的破壞。
4.2切斷傳感器與控制系統的電氣連接
只做等電位保護還不夠,還必須切斷傳感器與PLC的電氣連 接。由于傳感器彈性體與PLC是處于電氣連通狀態(tài)的,而傳感器 的彈性體與電子電路之間耐壓極限只有1 ~ 1.5 kV,傳感器彈性 體上感應的高電壓會(huì )將傳感器的應變片和其后的相應電路擊穿, 這也是本次塔式起重機遭受雷擊而損壞的最主要原因
因此需將傳感器輸出端加分流裝置,與PLC連接接地,或當 有雷電流時(shí),將傳感器與PLC連接線(xiàn)路斷開(kāi),避免雷電流產(chǎn)生電 磁場(chǎng)感應的髙電壓通過(guò)傳感器傳給后端電子設備。
4.3共地連接和合理布線(xiàn)
共用接地是將在同一區域的交流工作地、直流工作地、安全 保護地、防靜電接地、防雷接地等共用一組接地裝置。共用接 地系統的接地電阻應以接入設備中最小值確定。這樣,整體電子秤系統只有一個(gè)基礎電位,當發(fā)生雷擊時(shí),此電位就會(huì )隨著(zhù)接地點(diǎn) 的電位起伏而變化,確保整體衡器系統安然無(wú)恙' 合理布線(xiàn)就 是將容易引起干擾的線(xiàn)纜分開(kāi)敷設,并保持一定間距,符合國家 標準GByT50311規范的規定。
5.小結
本文根據QTD630塔式起重機電子秤系統雷擊故障檢修實(shí) 例,提出換一種思維方式用特殊的方法檢修雷擊故障,是快速、 準確排除雷達故障的根本手段。同時(shí)針對塔式起重機和工程現場(chǎng) 的特點(diǎn),提出了幾種預防感應雷擊的方法,對受保護的電子秤系統不做任何改動(dòng),不影響電子秤的計量性能,確保在受雷擊時(shí)電子秤系統的安全。