軋機交交變頻器故障分析

姚永鋼　牛大勇

【摘 要】本文結(jié)合安鋼中板廠軋機電控系統(tǒng)進行分析，重點討論交交變頻系統(tǒng)非正常停車的故障分析與問題處理。

【關(guān)鍵詞】SIMADYN D； 交交變頻；故障處理

1.系統(tǒng)的組成

1.1電控系統(tǒng)組成

電機供電的主整流變壓器接法其中一臺為D/D接法，另一臺為D/U接法。互相錯開30°，以減少供電高次諧波。交交變頻器由三臺電網(wǎng)自然換流可逆的三相橋式變流器組成，對應同步電機A，B，C三相，三相交交變頻器采用邏輯無環(huán)流、三相有中點方式，電機三相星接，電機星點和變頻器星點獨立。傳動的定子回路由高壓斷路器HVS、整流變壓器T、三相交一交變頻器Cyc、輸出側(cè)接觸器MCB、交流同步電機SM 等組成。轉(zhuǎn)子（激磁）回路由斷路器HVR、進線電抗器L、激磁整流器Con等組成。系統(tǒng)簡圖如圖一所示。

這種方案的優(yōu)點是：可以采用交流偏置技術(shù)，使整流變壓器二次電壓降低、晶閘管電壓安全系數(shù)提高、變頻器容量降低、電機內(nèi)無三次諧波。

1.2控制系統(tǒng)組成

以SIMADYN D 為基礎(chǔ)的傳動控制級，控制系統(tǒng)由全數(shù)字多處理器SIMADYN D控制，它由5個處理器、電源、框架及外圍接口等組成；完成對精軋機上下輥兩臺電機的調(diào)速控制，包括同步電機的矢量控制、電機的啟?？刂坪碗姍C保護，同時為了使SIMADYN D能實現(xiàn)本地現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，故障顯示及診斷，建立了本地通信網(wǎng)。采用一套數(shù)據(jù)通信網(wǎng)實現(xiàn)綜合控制，將兩臺SIMADYN D設(shè)備及上位機有機地連接起來，實現(xiàn)高級控制和集中管理。

圖一 系統(tǒng)簡圖

配置Win CC系統(tǒng)；進行畫面顯示，制作報表及歷史數(shù)據(jù)存儲，實現(xiàn)檢索及故障斷等功能。系統(tǒng)組態(tài)如圖二所示：

圖二 控制系統(tǒng)簡圖

1.3 控制軟件功能

系統(tǒng)采用STRUC G圖形化可編輯軟件包，該軟件為UNIX 的圖形編輯軟件、表格形式的編輯軟件STRUC L以及在線測試軟件IBS G，服務(wù)軟件等，由用戶按照系統(tǒng)要求把面向功能框圖的功能塊組接編輯形成工程軟件。系統(tǒng)軟件在處理器模板上運行，它包括操作系統(tǒng)、功能塊、監(jiān)視程序、數(shù)據(jù)傳送和故障診斷等程序。系統(tǒng)實現(xiàn)的功能為：速度控制，矢量控制，交交變頻電流控制，邏輯控制，保護控制，機械扭振防止控制，故障診斷。

2.S7-400 PLC概述

該PLC主要是外圍信號檢測，連鎖邏輯控制，速度給定與使能產(chǎn)生的控制中心，也是粗軋區(qū)域自動化控制中心。S7-400PLC與SIMADYN D 的數(shù)據(jù)交換是通過DP總線網(wǎng)絡(luò)通訊來實現(xiàn)的，采用PPO4數(shù)據(jù)類型發(fā)送和接受各自有八個通訊字。通訊字的含義如下：

2.1 PLC ? SIMADYN D的信息

控制字：SD柜接收PLC的8個字

（1）下輥速度給定

第0位到第14位為速度值，其對應的最大值百分比的值為電機最大轉(zhuǎn)速120RPM。第15位為正負位，代表電機正反轉(zhuǎn)。

（2）上輥速度給定

第0位到第14位為速度值，其對應的最大值百分比的值為電機最大轉(zhuǎn)速120RPM。第15位為正負位，代表電機正反轉(zhuǎn)。

（3）下輥控制字

第0位為接觸器MCB合/分命令信號。

第1位為主軸定位啟動信號。

第2位為基準值有效信號。

第3位為雪橇特性投入信號。

第4位為急停信號。

第5位為卡鋼復位信號。

（4）上輥控制字

第0位為接觸器MCB合/分命令信號。

第1位為主軸定位啟動信號。

第2位為基準值有效信號。

第3位為雪橇特性投入信號。

第4位為急停信號。

第5位為卡鋼復位信號。

（5）備用字

（6）備用字

（7）備用字

（8）備用字

2.2 SIMADYN D ? PLC的信息

狀態(tài)字：SD發(fā)送8個字到PLC

（1）上輥速度實際值

第0位到第14位為速度值，其對應的最大值百分比的值為電機最大轉(zhuǎn)速120RPM。第15位為正負位，代表電機正反轉(zhuǎn)。

（2）下輥速度實際值

第0位到第14位為速度值，其對應的最大值百分比的值為電機最大轉(zhuǎn)速120RPM。第15位為正負位，代表電機正反轉(zhuǎn)。

（3）上輥電流實際值

第0位到第14位為電流值，其對應的最大值百分比的值為電機電流轉(zhuǎn)矩分量值。第15位為正負位，代表電機正反轉(zhuǎn)時電機出力方向。

（4）下輥電流實際值

第0位到第14位為電流值，其對應的最大值百分比的值為電機電流轉(zhuǎn)矩分量值。第15位為正負位，代表電機正反轉(zhuǎn)時電機出力方向。

（5）上輥狀態(tài)字

第0位為傳動系統(tǒng)就緒信號，“1”有效。

第1位為零速信號，“1”有效。

第2位為接觸器合允許信號，“1”有效。

第3位為接觸器合位置信號，“1”有效。

第4位為主軸定位完成信號，“1”有效。

第5位為報警信號，“1”有效。

第6位為故障信號，“1”有效。

第8位為油站故障信號，“1”有效。

第9位為油站報警信號，“1”有效。

（6）下輥狀態(tài)字

第0位為傳動系統(tǒng)就緒信號，“1”有效。

第1位為零速信號，“1”有效。

第2位為接觸器合允許信號，“1”有效。

第3位為接觸器合位置信號，“1”有效。

第4位為主軸定位完成信號，“1”有效。

第5位為報警信號，“1”有效。

第6位為故障信號，“1”有效。

第8位為油站故障信號，“1”有效。

第9位為油站報警信號，“1”有效。

（7）備用字

（8）備用字

3.常見故障分析

3.1 進線側(cè)高壓斷路器（HVS/HVR）無法合閘

正常情況下SIMADYN-D 4#CPU內(nèi)功能包相應的開關(guān)接通連鎖條件SUC1，SUC2，SUC3必須全部為零。如果條件不滿足，可以根據(jù)它們檢查具體的開關(guān)接通/斷開聯(lián)鎖信號及跳閘信號?；蛘吒鶕?jù)人機接口畫面HMI出現(xiàn)的故障信息查找故障原因。操作開關(guān)時，傳動系統(tǒng)的所有控制電壓必須正常。操作開關(guān)的順序必須正確，即先接通變頻柜冷卻風機、主電機通風系統(tǒng)、電機軸承潤滑泵等輔助電源開關(guān)，再由人機接口畫面HMI接通勵磁回路開關(guān)、高壓斷路開關(guān)，最后才能接通變頻器輸出側(cè)接觸器MCB，連通電機。

3.2 傳動系統(tǒng)過流跳閘（MCB）

在正常運行時傳動系統(tǒng)突然發(fā)生過流跳閘，有相電流過流和轉(zhuǎn)矩電流達到限幅2種情況。傳動系統(tǒng)過流的原因很多，要具體問題具體分析。

3.2.1 轉(zhuǎn)矩電流達到限幅

一般情況下由傳動外部因素引起。主要原因有3種：① 壓下量過大引起堵轉(zhuǎn)；②單根工作輥或支撐輥軸承卡死③ 高速咬鋼引起過流。

故障處理相應有下措施：適當減小壓下量；檢查工作輥或支撐輥軸承有無卡阻；低速咬鋼，高速拋鋼的工藝要求。

3.2.2 相電流過流

一般情況下由傳動內(nèi)部原因引起。原因有5種：① 晶閘管擊穿導致供電短路而引起過流；②觸發(fā)脈沖有問題引起供電短路過流；③ 電流控制板EP22壞；④ 電流反饋回路有問題引起過流；⑤單根工作輥或者支撐輥軸承卡死。如果是傳動系統(tǒng)本身引起的故障，一般會有故障信息提示，故障處理主要是檢查晶閘管狀態(tài)是否良好。

3.3 主機突然停止轉(zhuǎn)動無任何故障現(xiàn)象

人機界面上無任何故障記錄，系統(tǒng)沒有任何開關(guān)跳閘現(xiàn)象；一般情況下，由傳動外部原因引起：（1） PLC合閘控制程序邏輯 （2）PLC運行使能控制程序邏輯 （3）PLC與SS52通訊是否正常。如果出現(xiàn)這種情況，必須查清PLC速度給定和PLC運行使能是否從PLC已經(jīng)發(fā)出，多數(shù)情況從PLC程序邏輯中都能查到故障原因，尤其注意PLC合閘控制程序邏輯的檢測點：主機風機、主機潤滑、油膜軸承、變壓器、高壓開關(guān)柜合閘位正常等。

3.4零電流檢測裝置發(fā)出傳動跳閘信號

零電流檢測裝置用于監(jiān)控變頻器內(nèi)的晶閘管是否導通，它是一個非常關(guān)鍵的檢測裝置，每相變頻器柜各配1塊晶閘管零電流檢測裝置。該裝置測量晶閘管兩端的電壓，通過電壓和觸發(fā)脈沖有無判斷晶閘管是否導通和是否達到零電流。該裝置發(fā)出跳閘信號，主要有以下幾種原因：

（1）快熔燒斷。查看相應變頻器柜里的快熔是否有指示彈簧彈出，若有彈出，更換該快熔。同時檢查其它橋臂上的快熔；

（2）晶閘管模塊擊穿。更換損壞的晶閘管模塊；

（3）零電流檢測裝置本身有問題，更換備件。

3.5功率柜性能下降

傳動系統(tǒng)運行一段時間后，發(fā)生相電流過流跳閘故障，復位后再運行，故障依舊。檢查電機、電纜等均正常，檢查脈沖也正常。因此懷疑可能是晶閘管引起的，拆下晶閘管模塊，檢查晶閘管模塊的絕緣和漏電流，發(fā)現(xiàn)有2個晶閘管模塊的漏電流很大，加1 000 V DC電壓后，測漏電流為200 mA，而正常情況下晶閘管模塊加1300 V DC電壓時，漏電流小于100mA。更換晶閘管模塊后，傳動系統(tǒng)運行正常。所以應定期進行晶閘管模塊的絕緣和漏電測試，特別是勵磁柜的直流電壓檢測晶閘管也必須進行測試，防止直通燒壞滅磁電阻。

3.6光電編碼器故障

光電編碼器是傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵檢測元件，用于電機實際速度和轉(zhuǎn)子位置的檢測，其好壞直接關(guān)系到傳動系統(tǒng)的性能和質(zhì)量。光電編碼器的故障主要有無脈沖、缺脈沖、連接震動脈沖不均勻等。反映在傳動系統(tǒng)上過流、震蕩等。交一交變頻傳動系統(tǒng)中設(shè)置有開環(huán)方式功能，這對檢查速度反饋回路的故障非常有用。當發(fā)生速度反饋回路的故障時，開環(huán)方式下就地轉(zhuǎn)動電機，用示波器檢查光電編碼器的脈沖，如果檢查出無脈沖或發(fā)現(xiàn)檢測出的波形不正常（ A、B兩蹤脈沖的相位不對），應檢查脈沖發(fā)生器及其接線。所以應選擇高質(zhì)量、高性能的光電編碼器，與轉(zhuǎn)子連接安裝應盡可能在同一軸線上；該編碼器應定期進行同軸度校驗。

3.7 SIMADYN D--ITDC控制板故障

主電機運行過程中突然發(fā)生震蕩，電機運行聲音異常；檢查發(fā)現(xiàn)主機勵磁電流為零，SIMADYN D 機架中的CPU P1、 P2、 EP22、 P4狀態(tài)均正常；分閘后，發(fā)現(xiàn)P4的ITDC控制板上運行信號H01燈常亮。由此判定P4的ITDC控制板出現(xiàn)了故障，更換ITDC控制板后系統(tǒng)恢復正常?？傊?，要善于利用SIMADYN D模板的指示燈來判定系統(tǒng)運行狀態(tài)。

4.結(jié)束語

交交變頻系統(tǒng)維護的論述相對較少，結(jié)合自己實際維護過程中的體會，對交交變頻系統(tǒng)常見故障做了簡單論述，希望對工程技術(shù)人員有所幫助。

參考文獻：

[1] 余孟嘗，編著《電子技術(shù)基礎(chǔ)》 西安交大出版社，1982.

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[3]《6RA70全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)說明書 》 SIIEMENS ELECTRICAL DRIVES LTD. 1998.

[4]《SIMADYND系統(tǒng)手冊》SIIEMENS ELWCTRICAL DRIVES LTD. 1998.

[5]牛秀巖 編著《電機學》機械工業(yè)出版社，2003.

[6]魏炳貴 編著《電力拖動基礎(chǔ)》機械工業(yè)出版社，2001.