電渣爐變頻電控系統(tǒng)的調(diào)試與故障排除

廖少鵬

摘 要：本文（主要）介紹了變頻器在電渣冶煉爐的應(yīng)用、調(diào)試與故障排除，并簡(jiǎn)述了筆者對(duì)電渣冶煉爐電氣控制系統(tǒng)的調(diào)試與對(duì)故障排除的心得。

關(guān)鍵詞：電控系統(tǒng)；變頻器；調(diào)試及故障排除

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.03.034

0 前言

電渣冶煉爐是冶金行業(yè)鑄鋼的一種大電流，低電壓的設(shè)備（見(jiàn)圖二及附錄一），設(shè)備要求冶煉電極的上下移動(dòng)能有大范圍平滑調(diào)速，并具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)的控制性能，以滿足冶煉電流的穩(wěn)定來(lái)提高生產(chǎn)鋼錠的質(zhì)量。

舊電渣爐電路中選用具有較大范圍可調(diào)壓的單相橋式可控整流電路及調(diào)速性能較好的直流電動(dòng)機(jī)來(lái)控制冶煉電極的上下移動(dòng)，基本上能滿足控制要求。但由于舊電渣爐控制電路較為簡(jiǎn)單，長(zhǎng)期處在高溫、多塵的環(huán)境、長(zhǎng)時(shí)間工作、頻繁操作、操作過(guò)程復(fù)雜、耗能大、加之直流電動(dòng)機(jī)的換向缺點(diǎn)使電渣爐控制電路故障多，以及該不能自動(dòng)控制冶煉電極上升等缺點(diǎn)導(dǎo)致生產(chǎn)鋼錠的質(zhì)量差。所以，對(duì)于保證電渣爐的正常生產(chǎn)、提高鋼錠質(zhì)量、減少電能的消耗、增加效益、減少?gòu)U次品及保證科研工作正常進(jìn)行，電渣爐變頻電控系統(tǒng)的應(yīng)用有著很重要意義。

1 電渣爐的電氣設(shè)備和線路簡(jiǎn)介

電渣爐的電氣線路有：主回路，保護(hù)回路和信號(hào)指示回路，計(jì)量電路，變頻式電極升降自動(dòng)調(diào)節(jié)控制電路等。

1.1 電渣爐的主回路

其主要部件有進(jìn)線隔離開(kāi)關(guān)1DK（型號(hào)HD13—1500/20），負(fù)荷開(kāi)關(guān)1ZK（型號(hào)DW10—1500/3），電爐變壓器（HD—630/0.38）和短網(wǎng)等。

（1）電爐變壓器：是電渣爐煉鋼的主要部件。其工作特點(diǎn)是二次電流很大（HD—630/0.38 I2N=12000A）并通過(guò)一次側(cè)通電線圈的匝數(shù)來(lái)改變二次側(cè)電壓等級(jí) ，這種方式摒棄了傳統(tǒng)的在二次側(cè)進(jìn)行抽頭變壓的供電方式，簡(jiǎn)化了控制電路（如果在二次側(cè)進(jìn)行變壓控制，則需要大容量的開(kāi)關(guān)控制）。

（2）短網(wǎng)：如圖1所示：主要由矩形銅母線排、水冷電纜、水冷銅管、電極夾頭等部件組成。在冶煉時(shí)短網(wǎng)的正常電流大（8KA左右），安裝時(shí)必須牢固可靠。

1.2 電渣爐主回路的保護(hù)裝置

為了減輕或避免因設(shè)備故障和非正常工作狀態(tài)對(duì)人身和設(shè)備造成的危害，本電路中裝有以下幾種保護(hù)裝置：

（1）瞬時(shí)動(dòng)作的故障短路保護(hù)裝置和反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)裝置。

（2）電渣爐變壓器的氣體保護(hù)裝置。

如圖2所示：圖中：主回路的過(guò)負(fù)荷及短路保護(hù)分別由1ZK的瞬時(shí)過(guò)流脫扣器LJ1和長(zhǎng)延時(shí)過(guò)流脫扣器LJ2完成，具體控制原理如下，當(dāng)電渣爐變壓器電流過(guò)大時(shí)，瞬時(shí)過(guò)流脫扣器LJ1或長(zhǎng)延時(shí)過(guò)流脫扣器LJ2線圈吸合，其瞬時(shí)過(guò)流脫扣器LJ1的觸頭或長(zhǎng)延時(shí)過(guò)流脫扣器LJ2的觸頭閉合，使KA2線圈吸合，其觸頭閉合，接通1ZK的分勵(lì)線圈，負(fù)荷開(kāi)關(guān)1ZK斷開(kāi)，切斷電渣爐變壓器電源，起到過(guò)負(fù)荷及短路保護(hù)功能。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，其產(chǎn)生足夠氣體時(shí)，氣體繼電保護(hù)（瓦斯繼電器）觸頭SP閉合，使KA2線圈吸合，其觸頭閉合，接通1ZK的分勵(lì)線圈，負(fù)荷開(kāi)關(guān)1ZK斷開(kāi)，切斷電渣爐變壓器電源，起到變壓器故障保護(hù)功能。

1.3 變頻式電極升降自動(dòng)調(diào)節(jié)控制電路：

該電路是電渣爐電氣設(shè)備的重要部件之一，它對(duì)提高煉鋼的質(zhì)量減少電能的消耗，使電渣爐獲得較高的生產(chǎn)率起著極其重要的作用，也是衡量該電渣爐自動(dòng)化水平高低的重要標(biāo)志。

該電路主要由電壓取樣環(huán)節(jié)，電流取樣環(huán)節(jié)，比較放大和控制環(huán)節(jié)，穩(wěn)壓電源，變頻器，控制電機(jī)，報(bào)警和轉(zhuǎn)換裝置等組成。

（1）電壓取樣環(huán)節(jié)（見(jiàn)附圖所示）。

電壓取樣環(huán)節(jié)的電壓輸入取自于電渣爐變壓器的二次側(cè)，經(jīng)300Ω電阻及4*2CW134穩(wěn)壓管進(jìn)行分壓與限幅后輸入10伏電壓，經(jīng)YY-1后輸出4伏直流電壓。四個(gè)穩(wěn)壓管采用反串聯(lián)聯(lián)接，是限制了變壓器二次側(cè)電壓不管是45伏還是55伏其YY—1輸入電壓都是10伏。

（2）電流取樣環(huán)節(jié)（見(jiàn)附圖所示）。

電流取樣環(huán)節(jié)的電壓輸入取自于電渣爐變壓器二次側(cè)電流，經(jīng)電流互感器TA（LYM—0.5 15000/5A）取出約0.1～0.2伏的輸入信號(hào)，輸出直流電壓約0.3～0.4伏（113—GND）。111端與內(nèi)電阻是整定標(biāo)準(zhǔn)電流和冶煉電流的最大值，在整定冶煉電流的最大值時(shí)需考慮變壓器的額定電流。

（3）比較放大和控制環(huán)節(jié)（見(jiàn)附圖所示）。

將電流取樣電路中的輸出電壓進(jìn)行比較后放大實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)高低和控制觸頭的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制。即：當(dāng)UV-UIU整時(shí)，則說(shuō)明冶煉電流較小，需控制電極下降以增加冶煉電流達(dá)到設(shè)定值，達(dá)到保證冶煉電流的穩(wěn)定。

（4）變頻器：是電路的核心控制器件。本電路中采用了富士E9S的變頻器，該變頻器采用單相輸入、三相220V輸出。具體接線如附圖所示。

附圖中控制變頻電機(jī)的下降（上升）（3J復(fù)位）速度及上升或下降方向的信號(hào)由比較放大和控制環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)提供，當(dāng)電流環(huán)節(jié)和電壓環(huán)節(jié)比較的信號(hào)小于（大于），上升（下降）速度控制設(shè)定值時(shí)，比較放大和控制環(huán)節(jié)輸出下降（上升）信號(hào)使變頻器輸出電機(jī)反轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)），下降（上升），下降（上升）的速度由比較后的信號(hào)經(jīng)放大后決定。該信號(hào)約在0 ～ 5V，當(dāng)F40，F(xiàn)41設(shè)置參數(shù)均為“0”時(shí)，F(xiàn)MA端與CM端的表“A”為監(jiān)控輸出變頻頻率。

（5）報(bào)警電路：如圖3所示。

該電路中，如果變頻器發(fā)生故障時(shí)，側(cè)板或底板水溫過(guò)高時(shí)或冷卻水水壓不夠時(shí)，其輸出觸頭都閉合，各自故障指示燈亮并使3DG飽和導(dǎo)通，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲。當(dāng)上升、下降；左擺或右擺電極時(shí)，當(dāng)壓到限位開(kāi)關(guān)后，其各自限位指示燈亮并發(fā)出報(bào)警聲同時(shí)切斷控制電路。

2 電路的調(diào)試

2.1 調(diào)試與安裝電路時(shí)應(yīng)注意事項(xiàng)

（1）調(diào)試與安裝該電路時(shí)，其安裝元器件規(guī)格號(hào)與數(shù)量等按武漢華美節(jié)能技術(shù)開(kāi)發(fā)公司提供的購(gòu)買(mǎi)。

（2）安裝控制臺(tái)應(yīng)選擇在操作人員易于觀察生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的位置（在操作室），但又不能安裝得太近（在正常冶煉鋼鐵時(shí)溫度很高）。

（3）信號(hào)引入線：從電流互感器二次側(cè)引出的信號(hào)線應(yīng)不小于2.5mm2。電壓信號(hào)引出線應(yīng)不小于1.5mm2。

（4）控制臺(tái)至控制電極及電爐變壓器等的引線原則上應(yīng)采用鋼管布線。

2.2 調(diào)試前的準(zhǔn)備

調(diào)試前應(yīng)做好如下檢查與準(zhǔn)備。①了解和掌握變頻調(diào)節(jié)器的工作原理和各環(huán)節(jié)及開(kāi)關(guān)的作用。② 檢查變頻電機(jī)和快速電機(jī)的接線是否正確，變頻器接線是否正確。③操作臺(tái)上各開(kāi)關(guān)和轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)應(yīng)相應(yīng)地置于初始位置上。④檢查冷卻水是否暢通，水壓應(yīng)不小于0.1MPa。⑤ 檢查主回路的接線與保護(hù)裝置，接線是否正確及是否緊固，檢查短網(wǎng)是否緊固及冷卻水是否有泄漏。⑥準(zhǔn)備好電工常用工具和萬(wàn)用表。

2.3 主電路的調(diào)試（I相變頻器、Ⅱ相變頻器、備用變頻器）

①將電極升降自動(dòng)調(diào)節(jié)控制電路中所有的開(kāi)關(guān)都處于初始位置上。②合上1DK、1ZK及SA1控制指示燈亮，檢查電壓、電流表指示是否正常。③將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1K轉(zhuǎn)向45V位置上，然后按下高壓送電按鈕SB1，控制接觸器KM1合，高壓送電指示燈亮，電爐變壓器得電，查看二次側(cè)電壓表應(yīng)為45V。檢查變壓器一次側(cè)電流表1A是否指示正常（電流互感器變比為2000/5，1A滿值為5A，指示值不應(yīng)超過(guò)1.2A左右）。④將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1K轉(zhuǎn)向55V位置上，查看二次側(cè)電壓表應(yīng)為55V。⑤因無(wú)冶煉，所以與電流互感器變比為15000/5配套使用的電流表A無(wú)電流顯示（電渣爐變壓器二次側(cè)無(wú)電流）。⑥按下SB3（控制負(fù)荷開(kāi)關(guān)1ZK的分勵(lì)線圈）：負(fù)荷開(kāi)關(guān)1ZK分?jǐn)?，同時(shí)分?jǐn)嘀甘緹袅痢?/p>

2.4 變頻式電極升降調(diào)節(jié)電路的調(diào)試

①檢查控制電源，合上5K（低壓斷路器，C45N，三相，40A），面板電壓表5V應(yīng)指示380～400伏，按下控制啟動(dòng)按鈕1LA。

②檢查快速升降電機(jī)是否正常：合上6K（C45N，三相10A）。將萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2ZK（LW5-16，D型/6）旋轉(zhuǎn)到停止位置上。I相調(diào)試：將鈕子開(kāi)關(guān)7K（KN1-223，自復(fù)式）向上推，1J上線圈合，1D電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)電極上升（如發(fā)現(xiàn)電極下降，則只需任意調(diào)反兩相電源相序即可），7K向下拉，1J下線圈合，1D電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)帶動(dòng)電極下降。上升或下降時(shí)如果電極機(jī)械部件碰壓到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，則行程開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗫刂齐娐冯娫床?bào)警，提示操作者。II相調(diào)試時(shí)：將8K向上推，動(dòng)作與上一樣。需注意電機(jī)的響聲及溫升是否有異?，F(xiàn)象。

③檢查變頻器自動(dòng)調(diào)節(jié)電路是否正常。

A.檢查變頻器的參數(shù)設(shè)置及調(diào)速頻率與輸入電壓間的比較。變頻器幾個(gè)主要參數(shù)的如下表：

B.合上開(kāi)關(guān)1K、2K、3K（斷路器、PX200C1極16A），變頻器面板指示燈亮。將I相2ZK（LW5-16D）選擇“主用”位置上，I相3ZK選擇升降或旋轉(zhuǎn)位置上。此時(shí)，穩(wěn)壓電路指示燈，“放大插件”及變頻器的指示燈亮，此時(shí)3D或5D電機(jī)不應(yīng)有蠕動(dòng)現(xiàn)象

C.將“放大插件”上的開(kāi)關(guān)4ZK手柄向下?lián)埽ㄌ幱谡{(diào)試位置上），變頻器運(yùn)行指示燈RUN亮，當(dāng)調(diào)試電位器R4處于中間位置時(shí)，RUN燈滅，變頻器沒(méi)輸出，電動(dòng)機(jī)不應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)R4向下調(diào)時(shí)，變頻器顯示上升運(yùn)行狀態(tài)，并輸出使電機(jī)1D或3D轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)電極向上或向左移動(dòng)，移動(dòng)速度與R4調(diào)整有關(guān)，當(dāng)R4向上調(diào)整時(shí)，其動(dòng)作與上相反。其端子輸入電壓與變頻器的輸出運(yùn)行頻率的關(guān)系如下表：

如果變頻器輸出頻率達(dá)不到50HZ，則檢查變頻器預(yù)設(shè)的最高頻率參數(shù)或測(cè)量變頻器輸入端12與11端的電壓是否達(dá)到5V。

D.4K復(fù)位撥到運(yùn)行位置上，手動(dòng)調(diào)頻上升與下降。按下提升按鈕11LA或下降按鈕12LA，變頻器顯示正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，并輸出帶動(dòng)3D或5D，上升（下降）或左擺（右擺），變頻器輸出頻率可由轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器14R完成，最低輸出電壓為0～5伏，對(duì)應(yīng)變頻器的輸出頻率為0～50Hz（最高頻率設(shè)為50Hz）。

E.Ⅱ相變頻器與備用相變頻器調(diào)試方法與上面相似。

2.5 模擬試驗(yàn)音響報(bào)警電路

①分別人工短接線號(hào)為60～64和60～63（模擬變頻故障），BJ蜂鳴器發(fā)生報(bào)警信號(hào)，同時(shí)操作臺(tái)1BP、2BP故障報(bào)警指示燈亮，按3LA復(fù)位按鈕，消除報(bào)警。②分別人工短接60～62和60～66（模擬側(cè)板或底版高溫），報(bào)警狀態(tài)與上同。③人工短接YB（電接點(diǎn)水壓表）（模擬冷卻水無(wú)水壓），此時(shí)欠水壓指示燈亮并報(bào)警聲響

2.6 調(diào)試中的幾點(diǎn)故障與排除

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，在熟悉系統(tǒng)電氣工作原理和機(jī)械傳動(dòng)的基礎(chǔ)上，要搞清故障現(xiàn)象，分析故障產(chǎn)生的可能原因，用正確方法查尋和排除故障。而電渣爐在冶煉工作時(shí)，盡量不能停電的特點(diǎn)，一般檢查故障時(shí)只能在帶電情況下完成。

①故障一：冶煉系統(tǒng)工作后，過(guò)約半小時(shí)，變頻器突然停機(jī)報(bào)警，閃爍顯示OC1（輸出端短路）。

查找原因：變頻器無(wú)其它過(guò)熱現(xiàn)象，切換到備用相時(shí)，變頻器上也馬上發(fā)生停機(jī)報(bào)警，證明不是變頻器的原因。檢查變頻升降電機(jī)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，測(cè)量電機(jī)三相繞組時(shí)，有兩相電阻為零，拆除導(dǎo)線后繞組電阻正常，說(shuō)明在三相電源線上已經(jīng)短路，經(jīng)查實(shí)，發(fā)現(xiàn)三相電源線的是采用Φ6的鋼管布線，鋼管與地短網(wǎng)距離接近，短網(wǎng)電流正常時(shí)為8KA左右，周?chē)嬖谟泻軓?qiáng)的磁場(chǎng)鋼管處于其中產(chǎn)生渦流，使鋼管發(fā)熱致使導(dǎo)線絕緣破壞而造成短路。

處理方法：更換電源導(dǎo)線并改為硬塑管布線。變頻器按復(fù)位按鈕后恢復(fù)正常。

②故障二：冶煉電流不斷增加，但變頻器控制的電極無(wú)上升現(xiàn)象

查找原因：將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)到備用相變頻器后，冶煉電極馬上有上升現(xiàn)象，則故障原因極可能出在電流取樣環(huán)節(jié)或主用變頻器上 （見(jiàn)圖4附圖）。

用導(dǎo)線碰接CM與FWD端，主用變頻器有運(yùn)行指示，說(shuō)明變頻器沒(méi)有問(wèn)題。問(wèn)題就可能出在電流取樣環(huán)節(jié)上。電流取樣環(huán)節(jié)是決定電極上升與下降的一個(gè)主要環(huán)節(jié)，當(dāng)取樣輸出電壓較大時(shí)，則變頻器控制電極應(yīng)該上升，如取樣輸出電壓較小或?yàn)榱銜r(shí)，變頻控制電極應(yīng)該下降的。備用相變頻器正常工作說(shuō)明互感器回路正常，經(jīng)查是電流取樣環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)電流電位器4R接觸不良，導(dǎo)致無(wú)電流信號(hào)反饋。使變頻器無(wú)上升指示信號(hào)。

處理方法：更換4R（5W 10K），I相主用變頻器恢復(fù)正常。

③故障三：冶煉電流達(dá)不到正常值（8KA），變頻器控制的冶煉電極有下降頻率輸出，但下降速度緩慢。

查找原因（見(jiàn)圖4附圖）：將萬(wàn)能轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)1ZK旋轉(zhuǎn)到手動(dòng)位置上，按下手動(dòng)下降按鈕12LA，調(diào)節(jié)4R，變頻器下降速度變快，說(shuō)明原因不在這。此時(shí)冶煉變壓器二次側(cè)冶煉電壓表4V指示為20伏，正常時(shí)應(yīng)為55伏，檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)熔斷器2BX燒斷，其電壓表通過(guò)其它的地網(wǎng)線構(gòu)成回路，所以電壓表指示不為零，2BX熔斷導(dǎo)致電壓取樣信號(hào)不正常。導(dǎo)致冶煉電極下降速度緩慢。

處理方法：更換2BX，變頻器恢復(fù)正常。

3 結(jié)束語(yǔ)

變頻電控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，故障少（變頻器無(wú)大故障出現(xiàn)），自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定。所以，社會(huì)在進(jìn)步，科技在發(fā)展，我們還需努力學(xué)習(xí)新知識(shí)，更好地將現(xiàn)代技術(shù)教會(huì)學(xué)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]富士變頻器使用手冊(cè)[S].