通過一次雷擊實例分析了 QTD630塔式起重機電子秤故障的特點，總結(jié)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，并用故障實例給出了檢修雷擊故障的具體方法。同時在對電子秤系統(tǒng)不做任何改動的前提下，提出了幾種有效預(yù)防感應(yīng)雷擊的方法， 確保塔式起重機的安全運行。

1.引言

雷擊是破壞性極強的自然災(zāi)害之一，由于雷擊時間隨機性、 雷擊通道多途徑、破壞程度毀滅性、損壞的后果長期性，不僅造 成的損失相當嚴重，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塔式起重機電子秤系統(tǒng) 遭雷擊故障檢修為例，介紹過程中的方法和步驟，為同行在處理 類似故障時提供一些可借鑒的思路和經(jīng)驗，使塔式起重機盡快恢 復(fù)正常工作，把雷擊造成的損失減少到最低限度。同時也提出一 些預(yù)防雷擊的方法和措施，使大家了解平時防雷工作的重要性， 從源頭上避免雷擊損害的發(fā)生。

2.雷擊故障的特點

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（結(jié)構(gòu)見圖1)整套電子秤系統(tǒng)嚴 重損壞，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擴展A/D轉(zhuǎn)換模塊 (ECiieOOENN)報廢，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 有很大的隨機性，在電路中引起的過電壓的峰值大小、作用時間 的長短、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，有時甚至是很隱蔽的。從電路原理看似乎沒有任何 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)出來的故障現(xiàn)象似是而非，錯 綜復(fù)雜，故障部位很難確定。

2.3故障影響長遠性

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(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，當時對電路影響不大，故障還不能表現(xiàn)出來。隨著工作 時間的延長，故障會逐步凸現(xiàn)出來。如雷擊以后的一個月里，此 臺塔式起重機的風速傳感儀測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。一般說來, 半導體器件過壓能力很弱，因此集成電路、小功率晶體管、開關(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、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(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，如果仍采用常規(guī)故障處 理方法，有時會走不少彎路，浪費很多時間。通過此次雷擊故障 檢修我們總結(jié)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(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(tǒng)故障檢修的過程來 說明。

3.1中間繼電器整流板檢修

雷擊后，QTD630塔式起重機先表現(xiàn)為無法啟動，PLC和安全 顯示屏未通電而配電箱輸入電壓正常，用萬用表沿輸電線路逐級 測量后發(fā)現(xiàn)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。

3.2安全顯示屏的檢修

塔式起重機啟動后，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(zhuǎn)限位器、起重臂角度限位器、風速儀等多個安全信號傳感器， 傳感器信號經(jīng)由艾默生PLC (ECJO-4040BRA )上A/D轉(zhuǎn)換模塊 (EC-ieOOENN)進行轉(zhuǎn)換后，輸人安全顯示屏，而安全顯示屏 輸出控制信號通過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(zhuǎn)機構(gòu)動作進行變頻調(diào)節(jié)控制。對各 個傳感器和變頻器均進行了檢測，發(fā)現(xiàn)除重量傳感器外，其余傳 感器信號均為正常，手動操縱變頻器后發(fā)現(xiàn)變頻器也無故障，而 操縱操作手柄進行動作時，發(fā)現(xiàn)PLC無信號輸人，因此判斷PLC 已損壞。但更換PLC和重量傳感器后發(fā)現(xiàn)仍無起色。檢修陷人了 困境，一時不知如何著手。重新整理思路，從故障現(xiàn)象看，故障 就是輸人信號不能被識別同時控制指令無法輸出，而識別和指令 都是由安全顯示屏內(nèi)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與安全顯示屏間無信號 輸人，認為PLC的擴展A/D轉(zhuǎn)換模塊也已損壞，將此模塊更換后 起重機恢復(fù)正常工作。考慮到A/D轉(zhuǎn)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(tǒng)仍正常運行， 證明了推斷的正確性。

整個故障維修時間為8天，如果一開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， 就不會走彎路，故障排除的時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。

從這一實例可見，對雷擊故障的復(fù)雜性必須要有充分的估計， 按常規(guī)思維、常規(guī)的方法往往奏效也可能浪費大量時間。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，再來辨別換下部件的好壞。這樣可 以極大的縮短檢修時間，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。針對這次雷擊事件，總結(jié)了以下 幾種防止感應(yīng)雷擊對塔式起重機電子系統(tǒng)造成損害的方法。

4.1對傳感器等電子設(shè)備部件作等電位防雷保護 等電位保護是電子秤系統(tǒng)雷電保護系統(tǒng)的核心和根本。 雷擊時，在強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，因此塔式起重機的電子秤系統(tǒng)對地可產(chǎn)生幾萬甚至 幾十萬伏的高電位，此電位對電子秤的各個部分甚至整體系統(tǒng) 都是毀滅性的。對整體電子秤系統(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，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，將傳感器與PLC連接線路斷開，避免雷電流產(chǎn)生電 磁場感應(yīng)的髙電壓通過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)只有一個基礎(chǔ)電位，當發(fā)生雷擊時，此電位就會隨著接地點 的電位起伏而變化，確保整體衡器系統(tǒng)安然無恙' 合理布線就 是將容易引起干擾的線纜分開敷設(shè)，并保持一定間距，符合國家 標準GByT50311規(guī)范的規(guī)定。

5.小結(jié)

本文根據(jù)QTD630塔式起重機電子秤系統(tǒng)雷擊故障檢修實 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。同時針對塔式起重機和工程現(xiàn)場 的特點，提出了幾種預(yù)防感應(yīng)雷擊的方法，對受保護的電子秤系統(tǒng)不做任何改動，不影響電子秤的計量性能，確保在受雷擊時電子秤系統(tǒng)的安全。