摘要：本文简要介绍了攀钢炼铁厂烧结新一烧主抽高压变频系统的控制原理，并针对运行中出现的问题进行分析和改进。改进后，系统运行良好。
关键词：烧结；主抽高压变频；故障分析；改进要点
一、前言
烧结主抽高压变频系统是烧结的关键设备，它的传动控制对烧结正常生产占有举足轻重的作用。目前我厂老烧结机主抽系统采用液阻柜降压启动（启动电流为额定电流的2-3.5倍）至亚同步，检测转子感应电压频率，计算机进入整流程序，输出脉冲，励磁柜投励将电机拉入同步转速。此种方式启动时存在启动电流大，容易冲击上级电网；液阻柜启动不能满足连续多次多电机启动的工艺要求；启动电流不平滑，对现场设备冲击大；启动过程中的同期投切不可靠等因素。高压变频系统在国内外主抽传动系统已得到广泛应用，能完美解决烧结主抽系统启动中存在的问题，提高系统启动过程中的可靠性。但在我厂实际应用过程中我们也发现有许多不足之处需加以完善。
二、主抽高压变频系统构成
新一烧主抽风机变频启动系统是一个由一套变频起动装置切换起动两台主抽风机的启动以及正常驱动并含电气及仪表方面保护的系统。系统的高压柜采用KYN-28A型高压柜，低压柜采用GGD3型低压开关柜，核心变频设备采用日本安川FSDrive-MV1SHH36C（IGBT型）高压变频器（10KV 4600KVA 260A），励磁系统采用安川505Z3励磁装置，同期投切装置采用SYN3000，主控制系统采用西门子S7300 PLC。
三、主抽高压变频系统具体功能
1、电气保护：系统在启动期间由变频器为主进行同步电机的电气保护，启动完成后自动切换到工频运行时由高压柜微机综合保护系统进行电气保护。
2、启动次数：可以满足频繁启动的特殊工况，变频启动装置可在100S内完成单台主抽的启动，系统能顺利完成变频器切换到另外一台同步电机，可在200S内完成两台同步电机的启动。
3、控制方式：在现场与控制室内均能实现风机的启动与切换功能。并在控制室内安装操作站对现场的风机、风机电机润滑油系统、冷却水系统以及风温、风压、风量进行实时监控。变频启动控制系统与主控PLC系统进行通讯，可在操作站对电机的电流、电压、频率、功率因数进行监控。
4、同期投切：当变频器带动电机转速达到97%后，同期装置接管变频器的输出控制，通过检测调整使得变频器的输出侧的电压、频率以及相位达到同期并网条件，然后同期装置控制网侧断路器闭合，电机驱动切换到工频，同时变频器停止输出，实现无缝并网，使得整个并网过程对厂区其他设备不产生电源冲击。
5、同步电机驱动：采用加装高性能速度编码器的PG来实现启动过程中磁轴的检测和正常运行时的转速检测，并运用专利技术来进行启动时的磁极推测定位。
四、改进要点
1、新烧主抽油站存在的问题：
①新烧主抽风机油站控制箱安装在油箱上，当油流进控制箱时容易造成电气事故，还可能引起火灾。②控制线路采用继电器系统控制故障率较高。③冷却水管道无压力表，油管压力控制不能满足工艺要求，在风机启、停及运行时不能自动控制，且不能在电脑上监控，容易引起风机停机。特别是在故障停机时如高压油泵没有启动会降低风机和电机的使用寿命，提前损坏。
改进措施：对主抽油站的控制线路重新设计，采用PLC控制系统、编程并调试，分3级控制：机旁、操作室手动及自动。两台油站的控制相互独立，这样具有较高的可靠性，能完全满足工艺要求及设备、人员安全方面的要求，保证新烧主抽风机的正常运行，完善新烧主抽风机自动控制水平。
2、差动保护在启动切换工频时误动作：由于工频柜安装差动保护装置PA150M&D，变频器启动时同期投切到工频柜时3TA和4TA瞬间形成差流导致差动保护动作，现是在启动主抽风机前先断开差动保护跳闸出口的连接片，等启动结束后再手动恢复差动保护跳闸出口的连接片。由于差动保护是高压大电机的主保护，这样靠人为短接投入保护是极为不可靠的。
改进措施：更换功能更强的差动保护装置，在差动保护装置里做相应的逻辑时序控制，启动时解除差动保护，切换至工频运行时检测3TA和4TA电流，自动投入差动保护。
3、启动变频器时同期投切失败：启动A风机正常，启动B风机失败。检查主抽B风机编码器联轴器损坏，在启动B风机时变频器不能把电机拉入同步，出现启动失败。
故障原因的推测与分析：
3.1、推断很可能是风机负载同励磁电流匹配存在问题，导致变频器无法通过定子电流和电压的输出来抑制机端电压的升高，致使变频器的输出受限无法继续加速。减小励磁电流大小后，相应电机机端电压下降，变频器能够继续输出正常的加速启动。
推测故障原因：励磁电流过大。
3.2、根据下图A风机启动的曲线来分析，当时判断为变频器速度反馈异常所致。但经现场检查，PG编码器侧除B电机联轴接损坏外，其他情况均正常。后又仔细检查变频器参数，发现变频器内部参数与调试后的正确参数差异较大。特别是重要的参数A1－02（控制方式）设定为2（无PG矢量控制，异步电机适用），而正确设定应为3（有PG矢量控制，同步电机适用）。因此推断是由于选择了错误的异步电机无PG矢量的控制模式从而导致变频器不能正常拖动A、B同步电机，变频器报过流故障。
A风机启动曲线
判明故障原因：变频器参数错误。
3.3、针对以上故障，通过当时的B电机启动波形的分析。推断可能还是由于编码器的反馈异常所致。我方工程师现场检查编码器联轴节，发现不良，联轴节两个端轴能发生相对的运动，造成电机在高速运行时速度反馈波动，如波形图显示U1－05（电机速度）波动，引起U1－09（转矩指令）波动较大，产生速度偏差，使变频器一直处于调整状态，达不到稳态的50HZ，最后造成同期投切超时，启动失败。
故障处理：更换编码器的软联轴节，确认联轴节的固定螺丝的紧固情况。调整编码器基座的安装位置，使联轴节在静态时处于中间位置，能发挥最大的弹性连接作用。
判明故障原因：编码器联轴节破损。
改进措施：现有的编码器安装方式存在问题。编码器是安装在胶木板上通过长螺杆固定于电机基座上，当电机轴向窜动时，由于胶木板和螺杆受力变形导致软联轴节承担了轴向和部分径向外力。经现场查看，B台电机在低速运行时，电机轴向窜动幅度较大，因而使得软联轴节过早疲劳损伤。参考上海宝钢不锈钢项目PG的安装方式，编码器的安装基座独立，在轴向和径向上都是刚性的。这样联轴节只承担轴向的外力，能最大发挥软联轴节的能力，并保证使用寿命。同时进行励磁方面软件程序逻辑的修改，更改停机时的励磁停机方法，避免出现电机风机高速滑行时由于励磁突然丢失导致的电机轴向的剧烈窜动，进一步避免由于轴向窜动冲击过大造成的编码器及联轴节的机械疲劳损伤。
综上所述，变频器启动过程中励磁电流的调节是否满足启动要求、运行参数（有PG方式下）是否设置正确、现场PG的编码器联轴节有无损坏是影响变频器的正常启动主要因素。
五、结束语
通过我们对原有系统一些不合理之处进行的改进和针对启动过程中启动失败的故障处理，提高了系统的稳定性和可靠性，取得了良好的效果，更好的满足了烧结生产的要求。也在故障处理过程中吸收消化了先进的技术，积累了大量实际经验。
论文作者:周扬
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第19期
论文发表时间:2018/11/12
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