通過(guò)一次雷擊實(shí)例分析了 QTD630塔式起重機(jī)電子秤故障的特點(diǎn)，總結(jié)了 一些修理雷擊故障的經(jīng)驗(yàn)，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(duì)電子秤系統(tǒng)不做任何改動(dòng)的前提下，提出了幾種有效預(yù)防感應(yīng)雷擊的方法， 確保塔式起重機(jī)的安全運(yùn)行。

1.引言

雷擊是破壞性極強(qiáng)的自然災(zāi)害之一，由于雷擊時(shí)間隨機(jī)性、 雷擊通道多途徑、破壞程度毀滅性、損壞的后果長(zhǎng)期性，不僅造 成的損失相當(dāng)嚴(yán)重，而且造成的故障現(xiàn)象較為復(fù)雜，比常規(guī)故障 具有更大的檢修難度。本文以QTD630塔式起重機(jī)電子秤系統(tǒng) 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 類似故障時(shí)提供一些可借鑒的思路和經(jīng)驗(yàn)，使塔式起重機(jī)盡快恢 復(fù)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(yù)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，還可將線路板燒毀。本次 雷擊造成QTD630塔式起重機(jī)（結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1)整套電子秤系統(tǒng)嚴(yán) 重?fù)p壞，包括起重臂頂部銷式重量傳感器損壞、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(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換模塊 (ECiieOOENN)報(bào)廢，從被損壞元件的程度看，大多數(shù)元器件 表現(xiàn)為斷路或短路的“硬故障”。

2.2故障現(xiàn)象的復(fù)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(jī)性，在電路中引起的過(guò)電壓的峰值大小、作用時(shí)間 的長(zhǎng)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(xiàn)出來(lái)的故障現(xiàn)象似是而非，錯(cuò) 綜復(fù)雜，故障部位很難確定。

2.3故障影響長(zhǎng)遠(yuǎn)性

由于雷電破壞的隨機(jī)性，對(duì)元器件造成的損壞程度是不同的。 故障元器件不僅表現(xiàn)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(shù)變化，也可能僅使電路板絕緣性能 降低等，當(dāng)時(shí)對(duì)電路影響不大，故障還不能表現(xiàn)出來(lái)。隨著工作 時(shí)間的延長(zhǎng)，故障會(huì)逐步凸現(xiàn)出來(lái)。如雷擊以后的一個(gè)月里，此 臺(tái)塔式起重機(jī)的風(fēng)速傳感儀測(cè)量精度逐漸變差就是例證。

2.4故障元件規(guī)律性

雷擊故障損壞的元器件眾多，但有一定的規(guī)律可尋。一般說(shuō)來(lái), 半導(dǎo)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(zhǔn)確排除雷擊故障，除精通塔式起重機(jī)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(jī)故障的一般流程是： 根據(jù)故障現(xiàn)象、結(jié)合原理分析、確定檢修部位、配合電壓及電阻 測(cè)量（或波形測(cè)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(duì)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(guī)故障處 理方法，有時(shí)會(huì)走不少?gòu)澛罚速M(fèi)很多時(shí)間。通過(guò)此次雷擊故障 檢修我們總結(jié)出的經(jīng)驗(yàn)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(tǒng)恢復(fù)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(jié)約時(shí)間，減少停工的損失。 以下以此次QTD630塔式起重機(jī)電子衡器系統(tǒng)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(jī)先表現(xiàn)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)用表沿輸電線路逐級(jí) 測(cè)量后發(fā)現(xiàn)塔式起重機(jī)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(jī)可正常啟動(dòng)。

3.2安全顯示屏的檢修

塔式起重機(jī)啟動(dòng)后，又發(fā)現(xiàn)安全顯示屏參數(shù)顯示全部為0, 安全顯示屏自身報(bào)警為與外部通訊故障。QTD630塔式起重機(jī)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(zhuǎn)限位器、起重臂角度限位器、風(fēng)速儀等多個(gè)安全信號(hào)傳感器， 傳感器信號(hào)經(jīng)由艾默生PLC (ECJO-4040BRA )上A/D轉(zhuǎn)換模塊 (EC-ieOOENN)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，輸人安全顯示屏，而安全顯示屏 輸出控制信號(hào)通過(guò)PLC端口，輸人各電氣柜中的艾默生EV3000 變頻器，對(duì)起升、變幅和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)控制。對(duì)各 個(gè)傳感器和變頻器均進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)除重量傳感器外，其余傳 感器信號(hào)均為正常，手動(dòng)操縱變頻器后發(fā)現(xiàn)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(xiàn)PLC無(wú)信號(hào)輸人，因此判斷PLC 已損壞。但更換PLC和重量傳感器后發(fā)現(xiàn)仍無(wú)起色。檢修陷人了 困境，一時(shí)不知如何著手。重新整理思路，從故障現(xiàn)象看，故障 就是輸人信號(hào)不能被識(shí)別同時(shí)控制指令無(wú)法輸出，而識(shí)別和指令 都是由安全顯示屏內(nèi)處理和控制，它才是整臺(tái)塔式起重機(jī)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(shù)仍顯示為0。

3.3A/D轉(zhuǎn)換模塊

結(jié)合系統(tǒng)原理分析，可能是新的PLC與安全顯示屏間無(wú)信號(hào) 輸人，認(rèn)為PLC的擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換模塊也已損壞，將此模塊更換后 起重機(jī)恢復(fù)正常工作。考慮到A/D轉(zhuǎn)換模塊單獨(dú)損壞就可造成信 號(hào)輸人故障，原PLC未必?fù)p壞，將原PLC換上后，系統(tǒng)仍正常運(yùn)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(xiàn)象復(fù)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(zhuǎn)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(jī) 停工的損失也能夠大大減少。

從這一實(shí)例可見(jiàn)，對(duì)雷擊故障的復(fù)雜性必須要有充分的估計(jì)， 按常規(guī)思維、常規(guī)的方法往往奏效也可能浪費(fèi)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(jī)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(yù)防

雷擊主要有直擊雷擊、感應(yīng)雷擊兩大類。雷電造成的電子設(shè) 備的損壞中90%以上是感應(yīng)雷擊造成的。目前，各種塔式起重機(jī)都設(shè)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(yīng)雷擊的效果確很一般。針對(duì)這次雷擊事件，總結(jié)了以下 幾種防止感應(yīng)雷擊對(duì)塔式起重機(jī)電子系統(tǒng)造成損害的方法。

4.1對(duì)傳感器等電子設(shè)備部件作等電位防雷保護(hù) 等電位保護(hù)是電子秤系統(tǒng)雷電保護(hù)系統(tǒng)的核心和根本。 雷擊時(shí)，在強(qiáng)大的雷電電流瀉人大地的瞬間，由于接地線存在電 阻和電感，因此塔式起重機(jī)的電子秤系統(tǒng)對(duì)地可產(chǎn)生幾萬(wàn)甚至 幾十萬(wàn)伏的高電位，此電位對(duì)電子秤的各個(gè)部分甚至整體系統(tǒng) 都是毀滅性的。對(duì)整體電子秤系統(tǒng)的各部位（傳感器、傳輸系統(tǒng)和 控制系統(tǒng)）的各種接口均做相應(yīng)的等電位保護(hù)，使整體電子秤系統(tǒng) 的基礎(chǔ)電位隨地線電位的變化而變化，這樣有效地避免了雷電流 產(chǎn)生的髙電位對(duì)電子秤造成的破壞。

4.2切斷傳感器與控制系統(tǒng)的電氣連接

只做等電位保護(hù)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(yīng)的高電壓會(huì)將傳感器的應(yīng)變片和其后的相應(yīng)電路擊穿， 這也是本次塔式起重機(jī)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(dāng) 有雷電流時(shí)，將傳感器與PLC連接線路斷開(kāi)，避免雷電流產(chǎn)生電 磁場(chǎng)感應(yīng)的髙電壓通過(guò)傳感器傳給后端電子設(shè)備。

4.3共地連接和合理布線

共用接地是將在同一區(qū)域的交流工作地、直流工作地、安全 保護(hù)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(tǒng)的接地電阻應(yīng)以接入設(shè)備中最小值確定。這樣，整體電子秤系統(tǒng)只有一個(gè)基礎(chǔ)電位，當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，此電位就會(huì)隨著接地點(diǎn) 的電位起伏而變化，確保整體衡器系統(tǒng)安然無(wú)恙' 合理布線就 是將容易引起干擾的線纜分開(kāi)敷設(shè)，并保持一定間距，符合國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)GByT50311規(guī)范的規(guī)定。

5.小結(jié)

本文根據(jù)QTD630塔式起重機(jī)電子秤系統(tǒng)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(zhǔn)確排除雷達(dá)故障的根本手段。同時(shí)針對(duì)塔式起重機(jī)和工程現(xiàn)場(chǎng) 的特點(diǎn)，提出了幾種預(yù)防感應(yīng)雷擊的方法，對(duì)受保護(hù)的電子秤系統(tǒng)不做任何改動(dòng)，不影響電子秤的計(jì)量性能，確保在受雷擊時(shí)電子秤系統(tǒng)的安全。