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浅谈电梯停电应急救援装置

发布时间:2015-01-04   

浅谈电梯停电应急救援装置(罗志群    广东省特种设备检测院)摘要:分析两种电梯停电应急救援装置的结构原理以及检验要求,并对其性能作了对比。

关键词:停电应急救援 检验要求近几年,我国用电需求增长很快,电力供不应求的矛盾日益明显,很多地区经常需要实行工业错峰用电,连商业、住宅用电也受影响,电梯停电困人时有发生。为了避免停电时困人,越来越多的电梯上装上了停电应急救援装置。作为电梯的一部分,停电应急救援装置的设计、使用以及安全检测应引起业内人士的重视。本文分析了现在较常用的两类电梯停电应急救援装置的结构原理,并对其检验要求提出一些建议,以供行业共同探讨。

一、停电应急救援装置的结构原理

停电应急救援装置按结构原理的不同,可分为以下两大类:

(一)专用的电梯停电应急救援装置

它与电梯控制柜独立,当电梯正常电源失电时,该装置将电梯的控制权全部接管过去,控制轿厢运行到最近的平层位置并开门使乘客安全撤离。

这类停电应急救援装置一般是成套的产品,整套装置安装在一个柜体内,其通用性较好,可与大部分的电梯控制柜匹配,对于电梯整梯生产企业来说,只要整套购买回来,安装在电梯控制柜旁边,处理好同控制柜的接口的接线即可,电梯生产企业的技术人员并不需要花太多的精力深入了解该装置的内部构造,而且,大部分停电应急装置的生产企业都提供安装调试服务,因此,这类产品很受中小型电梯生产企业及工程企业的欢迎,在国内使用得最早也最广泛。现在国内有不少专业生产此类停电应急救援装置的企业,如上海稳上、长沙等。

这种停电应急救援装置由控制电路及蓄电池两部分组成,其中控制电路一般由检测控制回路、充电回路、逆变回路组成。检测控制回路负责检测电梯电源,在电源失电时启动停电应急装置,然后检测电梯的相关信号。当检测到电梯安全回路接通(如有相序继电器,应短接),电梯检修/正常开关处于正常状态时,装置开始工作,进一步检测轿厢的位置,如果轿厢在平层位置,停电应急救援装置提供开门电源及信号,电梯开门让乘客撤离;如果轿厢不在平层位置,即启动逆变回路,将蓄电池的直流电逆变成低压低频交流电,供曳引电动机工作,电梯以低速爬行到最近层平层位置,再开门让乘客撤离。在电梯开门再延时几秒钟后救援结束,救援装置退出工作。

系统的主拖动回路及开门控制回路如下图,图中QA为电梯的主电源开关,MD为曳引电动机,YC为变频器输出接触器,YC1为停电应急输出接触器,在控制上YC和YC1应电气联锁。需要注意的是,这类停电应急救援装置在拖动时是开环控制的,电机的转速并没有反馈到逆变板上。对于普通异步电机,采用这种控制是完全可以的,但对同步电机,采用开环控制显然是很难使电机按照设定的速度正常运转,因此,这类停电应急救援装置一般不能用于同步曳引机上。有的停电应急救援装置厂家宣称自己的产品除了有停电自动救援功能外,还有故障救援功能,即一旦电梯出现故障停在层楼中间不能运行时,停电应急救援装置对故障进行检测,若符合救援的运行条件时,切断控制柜控制电源,由停电应急救援装置实施救援运行。例如,当电梯的控制回路全部符合运行条件,但由于变频器出现故障,造成电梯停在层楼中间困人时,停电应急装置投入运行。对于这一功能,本人并不十分赞同,如确实需要使用,在使用时应当十分谨慎,严格控制停电应急装置投入运行的条件,防止使用过程中可能发生的意外。

(二) 由通用的不间断电源(UPS)控制的停电应急救援装置

当电梯正常电源失电时,该装置供电给电梯控制柜(包括变频器),电梯在后备电源供电时仍全部由控制柜控制,以检修或自救速度运行到平层位置。

这是一类新型设计的停电应急装置,近年才开始在国内使用,但目前使用得仍不多,主要是因为受到变频器功能的限制,目前并不是所有变频器都可采用这种方式控制。因为UPS提供的电源一般为单相交流220伏,所以要求变频器可以在单相220伏电源供电时以低速拖动曳引机运行,目前国内使用的具有该功能的变频器有西威(SIEI)、科比(KEB)等。

这一类停电应急救援装置的结构很简单,它由一个标准的UPS和相应的控制线路组成。UPS可放在控制柜内或独立放在控制柜旁,其控制线路一般放在控制柜内,与控制柜设计为一体。下图是一种比较普遍的控制线路图,图中QA为电梯的主电源开关,MD为曳引电动机,YC为变频器输出接触器,AC为变频器三相输入接触器,TC1为变频器单相220伏输入接触器,DC为正常供电时控制柜的电源接触器,TC2为停电应急运行时控制柜的电源接触器,在控制上AC和TC1,DC和TC2应电气联锁。电源变压器要求使用单相220伏电压输入。

有的变频器虽然没有单相220伏输入功能,但有直流低压输入运行功能,例如安川G5、L7变频器可采用直流48伏作低速运行,利用这一功能,可以设计类似用UPS的停电应急装置。其结构包括一台小功率的充电/逆变器及蓄电池。供电正常时充电/逆变器给蓄电池充电,停电时蓄电池逆变出220伏电源供控制柜工作,同时蓄电池给变频器直流输入端供电,变频器拖动电动机低速运行。

(三)ARD系列电梯应急救援装置

ARD系列电梯应急救援装置,由研发总部针对世界及国内现行电梯所精心开发的最新最优最稳定的电梯应急救援装置,彻底解决了第一类电梯应急救援装置的安全隐患和成本过高,第二类电梯应急救援装置适用性不强的问题,具有三相380V和单相220V两种规格,对于原电梯变频器不需任何的改造和改动,适用于现行所有2-55KW的电梯控制系统。

ARD 是最新一代电梯系统救援装置,当停电时,可确保抵达最近的楼层或最底部的楼层,并安全地打开电梯门,也适用于电梯本身发生电力问题的情况。智能型微处理器设计基础的ARD 可安装于任何控制面板的电梯系统。搭配密封式免维护铅酸电池。安装容易,使电梯100%安全降落。

当市电中断或电梯电力系统发生问题,ARD 会在几秒钟之内开始运作。如果电梯停在某一楼层,ARD 则简单地打开电梯门。如果电梯停在两个楼层之间,ARD 会启动马达并使用最少的电流,依指令将电梯带到最近的或最底部的楼层,然后开启电梯门。当完成操作安全抵达后,ARD 会自动关机。

二、停电应急救援装置的检验要求
由于国家电梯的相关标准及检验规程中并没有专门的关于电梯停电应急救援装置的要求,设计、安装人员没有相关的标准可以参考,而检验人员也因没有相关的检验规程,检验时的要求各不同,造成操作上的困难,有的干脆就不检该部分,致使电梯存在着安全隐患,在国内也出现过因停电应急救援装置使用不当而引起的电梯安全事故。

虽然停电应急救援装置没有专门的标准及检验规程,但其仍属于电梯控制的一部分,国标GB7588中关于控制部分的要求对其是适用的。本人参照GB7588的相关条款,分别对以上两类停电应急装置的检验要求进分析。

(一)第一类停电应急救援装置的检验要求
第一类停电应急救援装置是一套独立于电梯控制柜的装置,它在功能上除了如选层等部分控制功能没有外,其余是与控制柜基本一致的,实际上停电时它充当了控制柜的角色,所以以电梯控制柜的相关检验要求作为该装置的检验要求参考是比较合适的。具体相关的检验要求以下几项:

1. 主电源开关的要求
根据GB7588第13.4.1的要求:在机房中,每台电梯应单独装设一只能切断该电梯所有供电电路的主开关。该开关不应切断下列供电电路:轿厢照明和通风;轿顶电源插座;机房和滑轮间照明;机房、滑轮间和底坑电源插座;电梯井道照明;报警装置。

按照以上的要求,电梯主电源开关应能切断停电应急救援装置的供电,这一点是设计及检验人员最容易忽略的,也最容易引起安全事故。很多停电应急救援装置的输入电源接在主开关之后,当维修需要断开主电源开关时,停电应急救援装置自动投入工作,启动电梯,维修人员在毫无准备的情况下,很容易造成伤亡。

因此,电梯的主电源开关必须能切断包括停电应急救援装置在内的所有供电,切断主开关后,电梯应不能进行任何操作,以确保安全。在救援装置的输出上应设置一断路开关,该开关与电梯主电源开关有机械联动,断开主电源开关时同时也切断救援装置的输出。

2.对驱动主机的控制的要求

由于停电应急救援装置是采用静态元件对驱动主机供电和控制,应符合GB7588的12.7.3的要求,即交流或直流电动机采用静态原件供电,应采用下述方法中的一种:

(1)用两个独立的接触器来切断电动机电流。
电梯停止时,如果其中一个接触器的主触点未打开,最迟到下一次运行方向改变时,必须防止轿厢再运行;

(2)一个由以下元件组成的系统:

. 切断各相(极)电流的接触器。
至少在每次改变运行方向之前应释放接触器线圈。如果接触器未释放,应防止电梯再运行;

.用来阻断静态元件中电流流动的控制装置;

.用来检验电梯每次停车时电流流动阻断情况的监控装置。
在正常停车期间,如果静态元件未能有效的阻断电流的流动,监控装置应使接触器释放并应防止电梯再运行。
另外,对于停电应急救援装置控制驱动主机运行的主接触器,也应符合GB7588的13.2.1的规定。
实际上,以上几点的要求与控制柜的要求是完全一样的,其检验方法也一样。

3.对制动器控制的要求

停电应急救援装置对制动器的控制同控制柜对制动器的控制一样,应符合GB7588的14.2.3的要求,包括以下几点:

(1)正常运行时,制动器应在持续通电下保持松开状态。

(2)切断制动器电流,至少应用两个独立的电气装置来实现,不论这些装置与用来切断电梯驱动主机电流的电气装置是否为一体。

(3)当电梯停止时,如果其中一个接触器的主触点未打开,最迟到下一次运行方向改变时,应防止电梯再运行。

(4)当电梯的电动机有可能起发电机作用时,应防止该电动机向操纵制动器的电气装置馈电。

(5)使制动器制动的释放电路的断开应无任何延迟。

4.对安全回路的要求

在停电应急救援运行过程中,电气安全装置仍应有效。这是停电应急救援装置运行的基本条件。因此,在停电应急救援装置运行时,安全回路的所有开关,包括安全装置开关、停止开关、门电气联锁开关中的任何一个断开时(相序保护继电器除外),电梯应立即停止或保持在停止状态。另外,停电应急救援装置本身也应设置一停止开关,可以随时停止救援装置的运行。
停电应急救援装置工作时,通过转换电路将控制柜的安全回路接管过去,因此,GB7588中有关安全回路的条款对停电应急救援装置都适用,具体如下:

(1)GB7588第14.1.2.4条要求,电气安全装置应直接切断向驱动主机及制动器供电的接触器或其继电接触器的供电。

(2)GB7588第14.1.1.3条要求,如果电路接地或接触金属构件而造成接地,该电路中的电气安全装置应:

.使电梯驱动主机立即停止运转,或

.在第一次正常运转停止后,防止电梯驱动主机再启动。
简单地说,就是要求停电应急救援装置的安全回路应有接地保护。

(3)据GB7588第14.1.2.1.3条要求,与电气安全回路上不同点的连接只允许用来采集信息,这些连接装置应满足安全电路的要求。即要求停电应急救援装置对安全回路的信息采集必须符合安全电路的要求。而安全电路应符合GB7588第13.2.2的要求,包括对继电器的动断和动合触点的要求,爬电距离和电气间隙的要求,印制电路板的要求。例如,若停电应急救援装置的安全电路采用了印制电路板,即应按GB7588附录F6的要求对该电路板进行型式试验。

5.检修时的控制要求
在进行检修工作时需要断开主电源的情况下,为了防止停电应急救援装置工作,为检修工作人员带来意外伤害,该装置除了需设置手动隔离开关外,还应对检修开关的状态也进行采集,电梯在检修状态时应急救援装置不能投入工作,以保证检修时的安全。

6.控制时序的要求
电梯在运行期间突然停电,停电应急救援装置未经延时后立即投入工作,或者停电应急救援装置在工作其间电梯的正常电源又突然恢复,电梯的控制柜立即投入工作,这两种情况可能使得停电应急救援装置和控制柜的控制发生冲突,造成系统损坏,甚至使电梯发生不可预测的危险。为了防止这种可能的发生,要求应急救援装置的应急运行状态和控制柜的正常运行状态要有可靠的电气互锁,并且在两种状态转换过程中必须有3~10秒钟的延时。

7. 恢复供电后电梯正常运行的要求
在停电应急运行时,因控制柜是不工作的,如果轿厢从某一层移动至另一层,控制柜可能不能正确检测到轿厢的位置,造成电梯层楼显示错误,此时,若果电梯恢复到正常状态接受登记的指令运行快车,电梯可能会因位置信号错误而运行混乱,造成冲顶、蹲底等故障。因此,控制柜必须要有有效的措施,防止此种故障的发生,例如可采用能直接反映轿厢位置的绝对值编码器防止层楼位置信号错误,或在恢复供电时让轿厢自动运行到基站复位。

8. 储能设备能量检测的要求
应急救援装置的目的,就是在停电时能将轿厢移动至最近层平层位置释放乘客,因此,应急救援装置能否提供足够的能量将轿厢移动至平层位置是一项重要的技术指标。检验的方法是让应急救援装置充电完成后,使其在该电梯最不利的应急运行状态下运行,检查其能否运行到平层位置。

电梯最不利的应急运行状态,包括以下两点:

(1)运行时最大电流下的负载。如果应急装置能根据负载自动选择运行方向,最大电流时的负载可能为半载时;如果应急装置不能根据负载自动选择运行方向,最大电流时的负载应为额定负载上行。

(2)最长距离才能到达平层的位置。选择层高最大的两层,且让电梯在离平层位置最远点开始运行,检查应急装置能否将轿厢移动至平层位置。

另外还应注意的是,如果电动机的驱动电源和制动器的驱动电源取自不同的蓄电池,制动器的驱动电源的能量足够,而电动机的驱动电源的能量不足时,可能出现制动器打开,而电动机不能启动,造成电梯溜车的危险。因此,这种情况必须有相应的保护电路。

9.平层精度的要求
应急运行时的平层精度应与电梯正常运行时的要求一致,特殊情况,如果在应急运行时,轿厢内有语音提示,提醒乘客离开轿厢时注意门坎高度,平层误差可以最大不超过±50mm。

10.电动机运转时间限制的要求
在救援运行期间曳引机不转或遇到障碍物曳引轮打滑的情况下,应在相适当的时间内停止并保持停止状态,以预防电动机长时间堵转或曳引绳长时间在曳引轮上打滑的危险。

(二) 第二类停电应急救援装置的检验要求

与第一类停电应急救援装置运行时将控制权完全接管过去不同,第二类在工作时只向控制柜提供电源,电梯的所有控制仍由控制柜去完成,因此,它不存在对驱动主机、制动器控制、安全回路等的要求,其它如平层精度、电动机运转时间限制等与控制柜是一样的,并不需要特别的检验,其它需注意的主要有主电源开关、储能设备能量检测、控制时序等的要求与第一类的一样。

三、三种停电应急救援装置的比较
通过以上对停电应急救援装置的结构原理及检验要求的分析,我们可以对其性能作出比较,为行业的发展方向作参考。

(一)通用性
第一类在异步机上具有较好的通用性,但在同步机上的应用受到限制;第二类不能适用于全部的变频器,使用上也受到一定限制,但是,对于变频器生产企业来说,只要市场有需要,要增加单相220V输入或直流低压输入运行功能都是较为简单的,并不需要增加额外的成本。因此,在通用性上,第二类的可发展空间更大;第三类ARD电梯应急救援最新装置,则综合了上述两类的优点,弥补了两者之间的不足,无论同步机还是异步机,无论三相380V还是单相220V,或者120V,无论何种变频器均能良好地匹配适用,无须变频器生产企业增加或改装增加成本提高风险,是适用性最广的匹配性最好的。

(二)   安全性

第一类停电应急装置工作时直接拖动电梯运行,如果没有严格的控制,其出现危险的可能性是较大的;第二类停电应急装置并没有直接控制电梯运行,而是供电给控制柜,由后者控制电梯,在安全性上,它与正常运行没有多少差别,在恢复正常供电时也不存在位置信号错误的现象,显然,第二类停电应急装置的安全性能要更好。第三类长沙五力ARD系列电梯停电应急装置在控制原理上是第二类的升级换代,采用电气互锁自动反馈,装置与电源间的控制转换全采用静态点隔离,确保电梯的正常工作及应急过程中的信号采集、救援过程中的安全运行;在电梯检修过程中,本装置拒绝投入工作,解决第一类装置的对人身的危害,毫无疑问安全性是最好的。

(三)   经济性

在产品的内部结构上,第一类停电应急装置比第二类要复杂得多,不但控制部分多了安全检测、接触器输出等电路,还多了三相直流逆变部分,因此其直接的材料成本远大于第二类停电应急装置,而且因该装置作为专用的产品,其产量及生产规模远不及作为通用产品的UPS,也增加了其产品的成本。在价格上,第一类停电应急装置高于第二类的两倍。第三类长沙五力电梯应急装置则在两者的基础上进行了改进完善,去除了第一类电梯应急装置多余的设计,增加优化了第二类UPS的部分功能,同时采用最优化的模块设计,达到了经济性、安全性、通用性、功能性、寿命稳定性的高度统一。是目前市场上性价比最高的产品。

综上所述,从通用性、安全性、经济性三方面考虑,本文叙述的第二类停电应急装置优越于第一类停电应急装置,第三类则远远优越于第二类的停电应急装置,是目前市场上最完美的停电应急装置,建议更多地采用第三类停电应急装置。