現(xiàn)場(chǎng)交流電機(jī)傳動(dòng)調(diào)試案例及分析

Examples Analysis on AC Motor Drive Commissioning

張維舟，李樹(shù)林，衛(wèi) 東，胡景惠，梁國(guó)勇

1 案例1

2011年夏，鄭州西郊某化工廠的現(xiàn)有化肥生產(chǎn)設(shè)備的節(jié)能技改工程，選配了5臺(tái)國(guó)產(chǎn)某品牌的通用型變頻器，功率75kW～132kW，并進(jìn)行了電氣柜內(nèi)的成套組裝。此項(xiàng)目由業(yè)主廠內(nèi)技術(shù)人員負(fù)責(zé)，選配變頻器按照：（1）對(duì)應(yīng)變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)的功率大小選配。（2）按照風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)荷選配。但負(fù)荷實(shí)際全部是各種液體液漿。投運(yùn)后，帶負(fù)荷調(diào)試，工作不到半天，均因過(guò)電流故障，先后停機(jī)。我們到現(xiàn)場(chǎng)后，經(jīng)觀察了解、技術(shù)溝通后認(rèn)為，導(dǎo)致這些設(shè)備停機(jī)無(wú)法運(yùn)行的原因是變頻器與設(shè)備之間的選配錯(cuò)誤，這些設(shè)備不能按照風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)荷對(duì)待，而應(yīng)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)荷或恒功率負(fù)荷。

例如，其中一臺(tái)液氨泵，設(shè)備啟動(dòng)初時(shí)，輸送介質(zhì)的液體外觀比較清澈，稠度很小；半小時(shí)后，輸送介質(zhì)經(jīng)工藝流程輸送，明顯稠度變大，實(shí)際上，在管道和閥門內(nèi)部的彎道處開(kāi)始淤積附著物，有沉淀形成，當(dāng)變頻器低頻工作時(shí)，液體流速越小，沉淀越多；尤其是需要調(diào)整工藝時(shí)，待設(shè)備停機(jī)再開(kāi)，就無(wú)法啟動(dòng)。

結(jié)論和解決方案：此次工程所選配的國(guó)產(chǎn)品牌通用型變頻器無(wú)法使用，必須立即撤除并進(jìn)行更換；如果涉及到變頻器柜內(nèi)的其它電氣成套輔助元件，也要根據(jù)容量大小做必要的重新調(diào)整和更換布置。建議按照重載負(fù)荷選用進(jìn)口品牌變頻器。嚴(yán)格按照實(shí)際電機(jī)的電流選配，所選變頻器的輸出額定電流必須大于電機(jī)的額定電流。

經(jīng)驗(yàn)：（1）必須按照電機(jī)的電流值來(lái)選配變頻器。（2）必須清楚設(shè)備驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷類型，對(duì)風(fēng)機(jī)、泵類，也要了解輸送介質(zhì)；小型風(fēng)機(jī)和清水泵可以被視為風(fēng)機(jī)、泵類，但是渣漿泵、工業(yè)泵、工業(yè)風(fēng)機(jī)等，凡是輸送介質(zhì)密度或比重大的風(fēng)機(jī)泵類設(shè)備，起碼應(yīng)被視為恒功率類負(fù)荷，或者恒轉(zhuǎn)矩負(fù)荷。本案例中，業(yè)主首選的那批國(guó)產(chǎn)品牌變頻器為通用型，其內(nèi)部的菜單參數(shù)只含有對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)荷的使用（見(jiàn)圖1）。

從圖1中可以看出，理論上只有風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)荷的啟動(dòng)過(guò)程可以從零轉(zhuǎn)矩開(kāi)始，另外其他兩種負(fù)荷均須具備有相當(dāng)量的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，才能開(kāi)始啟動(dòng)過(guò)程。恒功率類的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩最大，因?yàn)榇祟愗?fù)荷的速度與轉(zhuǎn)矩成反比；恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)荷的轉(zhuǎn)矩方向大小視為不變，一般都是重載負(fù)荷，如起動(dòng)機(jī)、提升機(jī)、回轉(zhuǎn)窯等。

圖1 三種不同負(fù)荷的機(jī)械特性

圖2 兩點(diǎn)壓頻比曲線

2 案例2

2008年春，豫北某大型水泥企業(yè)新建的5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線進(jìn)入建設(shè)調(diào)試工作，此項(xiàng)目的全廠所有變頻器和軟啟動(dòng)器均按照設(shè)計(jì)院的資料要求選配了某進(jìn)口品牌產(chǎn)品，并進(jìn)行了規(guī)范的電氣成套組裝。某天，煤磨電力室的一臺(tái)驅(qū)動(dòng)輸送設(shè)備的37kW變頻器，隨著轉(zhuǎn)速的提高，出現(xiàn)了越來(lái)越嚴(yán)重的震動(dòng)聲，并伴有主回路發(fā)熱現(xiàn)象。我們的駐廠人員趕到車間控制室，在沒(méi)有停機(jī)在線調(diào)試的情況下，5min左右的時(shí)間解決了問(wèn)題。原來(lái)在此前，有人無(wú)意中改動(dòng)了此臺(tái)變頻器的參數(shù)設(shè)置，使得SVC V開(kāi)環(huán)電壓磁通矢量控制不符合此臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的要求，應(yīng)改為兩點(diǎn)壓頻比的基本參數(shù)（見(jiàn)圖2）。

U0、Uns、Frs三個(gè)參數(shù)決定了變頻器的壓頻比曲線，參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，會(huì)引起變頻器的諧振。在線改正參數(shù)后，變頻器的震動(dòng)立即消失，隨即變頻器的發(fā)熱現(xiàn)象也消失。

經(jīng)驗(yàn)：現(xiàn)場(chǎng)的變頻器、軟啟動(dòng)器、直流控制器等電氣設(shè)備都配有的小型控制面板，應(yīng)被嚴(yán)格控制和管理，由一定技術(shù)水平級(jí)別的專人負(fù)責(zé)保管，并擔(dān)當(dāng)起全廠的菜單參數(shù)的設(shè)置以及修改、記錄工作。禁止此外的任何人隨意更改和設(shè)置菜單參數(shù)。

此次現(xiàn)場(chǎng)聯(lián)調(diào)，煤粉制備的煤磨電機(jī)為：YRKK710-8，1250KW/ 10kV。在煤磨電力室的煤磨電機(jī)的電氣成套包括有中壓10kV電機(jī)定子回路受電柜、電機(jī)轉(zhuǎn)子液體變阻柜，這些設(shè)備全部由某一家生產(chǎn)商選配供應(yīng)；控制器選用了某知名品牌的小PC。繞線電機(jī)的啟動(dòng)控制過(guò)程都由這個(gè)獨(dú)立的小PC控制完成，小PC與全廠DCS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)，煤磨總是莫明其妙地錯(cuò)誤停機(jī)，停機(jī)指令是DCS系統(tǒng)給出的，但DCS系統(tǒng)的指令應(yīng)該是在收到了小PC之前的故障信號(hào)以后才給出，因此，必須理清故障信號(hào)的源頭。為此，我們駐廠人員分兵值班，確保在煤磨電機(jī)停機(jī)故障出現(xiàn)的最先時(shí)刻觀察到故障源。很快，當(dāng)煤磨電機(jī)將要又一次停機(jī)前的瞬間，在水電阻小PC值班的人員觀察到了小PC的輸出端子最先發(fā)出了錯(cuò)誤的給DCS的故障信號(hào)（PC輸出端子的數(shù)碼管亮閃了幾下）。故障找到，問(wèn)題隨即被解決，此后煤磨一直運(yùn)行正常。

經(jīng)驗(yàn)：電氣成套選配最容易被忽略的是大型設(shè)備的附屬控制設(shè)備，應(yīng)該引起重視。

3 案例3

2001年冬，鄭州西郊某大型企業(yè)的改造項(xiàng)目，特種精細(xì)粉材料生產(chǎn)線的一臺(tái)驅(qū)動(dòng)分離選粉設(shè)備的37kW變頻器，也選配了某進(jìn)口品牌產(chǎn)品，進(jìn)行了規(guī)范的電氣成套組裝。在完成了現(xiàn)場(chǎng)安裝接線后，開(kāi)始上電，就在變頻器投運(yùn)的瞬間，突然發(fā)出三聲如炮杖般的脆亮響聲，響聲過(guò)后，旋即從變頻柜里冒出了怪味刺鼻的白煙，我們立即斷電，開(kāi)柜查看，只見(jiàn)柜門上、柜子隔板邊有一些屑片。打開(kāi)變頻器后，發(fā)現(xiàn)是變頻器內(nèi)部的輸出濾波電容全部爆碎。而電氣成套商變頻柜出廠前的上電實(shí)驗(yàn)也未暴露此問(wèn)題，變頻器供應(yīng)商更換了同規(guī)格的一臺(tái)新的變頻器。后發(fā)現(xiàn)，此發(fā)生故障的變頻器是由供應(yīng)商供應(yīng)的一臺(tái)維修過(guò)的變頻器，而維修工作顯然不合格。

經(jīng)驗(yàn)：電氣設(shè)備保質(zhì)量，任何一個(gè)環(huán)節(jié)都要嚴(yán)格把關(guān)，電氣成套商如果在出廠前再仔細(xì)些，可以盡早發(fā)現(xiàn)故障萌芽。

4 案例4

2006年豫南某大型企業(yè)的新建的100萬(wàn)噸/年水泥粉磨站，一臺(tái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)的132kW變頻器，按業(yè)主提供要求的材料表選配了某進(jìn)口品牌產(chǎn)品，進(jìn)行了規(guī)范的電氣成套組裝。調(diào)試過(guò)程順利，但生產(chǎn)投運(yùn)后，卻因?yàn)榇伺_(tái)設(shè)備在減速的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)過(guò)電流故障跳停，使全廠一個(gè)月的生產(chǎn)處于不正常狀態(tài)。

我們?nèi)ガF(xiàn)場(chǎng)服務(wù)了兩次，調(diào)整了變頻器的參數(shù)設(shè)置，進(jìn)行了加減速時(shí)間、電流限幅值等與過(guò)電流相關(guān)參數(shù)的調(diào)整配合，但是仍然不能消除“過(guò)流跳停保護(hù)”故障的出現(xiàn)。經(jīng)與業(yè)主技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)工藝設(shè)備分析發(fā)現(xiàn)，此臺(tái)設(shè)備功率較大，風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速較高，風(fēng)機(jī)電機(jī)與風(fēng)機(jī)之間的機(jī)械傳動(dòng)為軸軸直聯(lián)，無(wú)減速傳動(dòng)比，而且因?yàn)楣に嚿a(chǎn)要求速度調(diào)節(jié)范圍較大，所以在變頻器調(diào)節(jié)速度時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的勢(shì)能較大。我們判斷為大轉(zhuǎn)矩慣量性負(fù)荷，兼有恒功率和恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)荷特性。當(dāng)正常運(yùn)行中，工藝生產(chǎn)需要減速或者停機(jī)時(shí)，此臺(tái)電機(jī)會(huì)處于轉(zhuǎn)矩慣量勢(shì)能產(chǎn)生的能耗制動(dòng)狀態(tài)，而此臺(tái)變頻器在進(jìn)行電氣設(shè)備選配時(shí)，忽略了這個(gè)特點(diǎn)，沒(méi)有考慮選配變頻器的制動(dòng)單元。

解決方案：立即增配此臺(tái)變頻器的制動(dòng)單元。后來(lái)，當(dāng)制動(dòng)單元裝配上后，此臺(tái)風(fēng)機(jī)一切正常，未再發(fā)生過(guò)此類故障。

經(jīng)驗(yàn)：變頻器的選配，一定要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的負(fù)荷特性考慮。90kW以上的大型恒轉(zhuǎn)矩類負(fù)荷，應(yīng)選配制動(dòng)單元。

圖3 制動(dòng)單元示意圖

在變頻器內(nèi)部的直流母線側(cè)，當(dāng)變頻器處于能耗制動(dòng)時(shí)，勢(shì)能產(chǎn)生的瞬間過(guò)電壓和正常工作電壓相疊加，會(huì)損害硅元件。一般的變頻器有保護(hù)功能，一旦出現(xiàn)過(guò)電壓，就立即自我保護(hù)停機(jī)，進(jìn)入故障跳停（見(jiàn)圖3）。

制動(dòng)單元由功率開(kāi)關(guān)管和制動(dòng)電阻構(gòu)成，功率開(kāi)關(guān)管起過(guò)壓信號(hào)開(kāi)關(guān)作用，當(dāng)直流母線出現(xiàn)了電壓的波動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)管閉合，使轉(zhuǎn)矩慣量產(chǎn)生的多余勢(shì)能量進(jìn)入制動(dòng)單元回路，在制動(dòng)電阻上以余熱量形式耗掉。防止出現(xiàn)主回路里的瞬間過(guò)電壓以及相應(yīng)的自動(dòng)保護(hù)停機(jī)動(dòng)作。

5 案例5

2011年秋，新疆某新建的3000t/ d水泥熟料生產(chǎn)線，該廠全部的變頻器、軟啟動(dòng)器均按照設(shè)計(jì)院的要求選配了某進(jìn)口品牌產(chǎn)品，進(jìn)行了規(guī)范的電氣成套組裝。在設(shè)備單機(jī)試機(jī)時(shí)，駐廠人員發(fā)現(xiàn)，有一臺(tái)75kW變頻器內(nèi)部傳出異常嘯叫，嘯叫聲音隨變頻器頻率大小而變化。此問(wèn)題必須立即解決，但此工程現(xiàn)場(chǎng)位于我國(guó)西北邊陲新疆，且路途遙遠(yuǎn)交通不便，受時(shí)間和條件所限，如果專等變頻器廠家趕到再解決問(wèn)題是不現(xiàn)實(shí)的。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，嘯叫聲是由變頻器內(nèi)部的輸出電抗器的繞組電磁感應(yīng)力震動(dòng)現(xiàn)象引起的；再反復(fù)查看發(fā)現(xiàn)，輸出電抗器的幾套固定螺栓，其中的一套少配了橡膠墊。立即請(qǐng)業(yè)主技術(shù)人員幫助，從廠里找到了類似的墊子替代，同時(shí)，我們駐廠人員將此臺(tái)變頻器內(nèi)部的上下兩部分的螺栓都緊固了一遍，并經(jīng)認(rèn)真仔細(xì)的復(fù)原后，重新啟動(dòng)變頻器，嘯叫聲基本消失，至今一切正常。

TM343.2

A

1001-6171（2013）05-0090-03

南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450002；

2013-05-28； 編輯：蔣玉雪