廖少鵬

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

關鍵詞：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，低電壓的設備（見圖二及附錄一），設備要求冶煉電極的上下移動能有大范圍平滑調(diào)速，并具有良好的起動、制動的控制性能，以滿足冶煉電流的穩(wěn)定來提高生產(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機來控制冶煉電極的上下移動，基本上能滿足控制要求。但由于舊電渣爐控制電路較為簡單，長期處在高溫、多塵的環(huán)境、長時間工作、頻繁操作、操作過程復雜、耗能大、加之直流電動機的換向缺點使電渣爐控制電路故障多，以及該不能自動控制冶煉電極上升等缺點導致生產(chǎn)鋼錠的質(zhì)量差。所以，對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、減少廢次品及保證科研工作正常進行，電渣爐變頻電控系統(tǒng)的應用有著很重要意義。

1 電渣爐的電氣設備和線路簡介

電渣爐的電氣線路有：主回路，保護回路和信號指示回路，計量電路，變頻式電極升降自動調(diào)節(jié)控制電路等。

1.1 電渣爐的主回路

其主要部件有進線隔離開關1DK（型號HD13—1500/20），負荷開關1ZK（型號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。其工作特點是二次電流很大（HD—630/0.38 I2N=12000A）并通過一次側(cè)通電線圈的匝數(shù)來改變二次側(cè)電壓等級 ，這種方式摒棄了傳統(tǒng)的在二次側(cè)進行抽頭變壓的供電方式，簡化了控制電路（如果在二次側(cè)進行變壓控制，則需要大容量的開關控制）。

（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。在冶煉時短網(wǎng)的正常電流大（8KA左右），安裝時必須牢固可靠。

1.2 電渣爐主回路的保護裝置

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

（1）瞬時動作的故障短路保護裝置和反時限過負荷保護裝置。

（2）電渣爐變壓器的氣體保護裝置。

如圖2所示：圖中：主回路的過負荷及短路保護分別由1ZK的瞬時過流脫扣器LJ1和長延時過流脫扣器LJ2完成，具體控制原理如下，當電渣爐變壓器電流過大時，瞬時過流脫扣器LJ1或長延時過流脫扣器LJ2線圈吸合，其瞬時過流脫扣器LJ1的觸頭或長延時過流脫扣器LJ2的觸頭閉合，使KA2線圈吸合，其觸頭閉合，接通1ZK的分勵線圈，負荷開關1ZK斷開，切斷電渣爐變壓器電源，起到過負荷及短路保護功能。當變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時，其產(chǎn)生足夠氣體時，氣體繼電保護（瓦斯繼電器）觸頭SP閉合，使KA2線圈吸合，其觸頭閉合，接通1ZK的分勵線圈，負荷開關1ZK斷開，切斷電渣爐變壓器電源，起到變壓器故障保護功能。

1.3 變頻式電極升降自動調(diào)節(jié)控制電路：

該電路是電渣爐電氣設備的重要部件之一，它對提高煉鋼的質(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化水平高低的重要標志。

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，報警和轉(zhuǎn)換裝置等組成。

（1）電壓取樣環(huán)節(jié)（見附圖所示）。

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，輸出直流電壓約0.3～0.4伏（113—GND）。111端與內(nèi)電阻是整定標準電流和冶煉電流的最大值，在整定冶煉電流的最大值時需考慮變壓器的額定電流。

（3）比較放大和控制環(huán)節(jié)（見附圖所示）。

將電流取樣電路中的輸出電壓進行比較后放大實現(xiàn)輸出信號高低和控制觸頭的通斷，實現(xiàn)對變頻器的控制。即：當UV-UIU整時，則說明冶煉電流較小，需控制電極下降以增加冶煉電流達到設定值，達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的下降（上升）（3J復位）速度及上升或下降方向的信號由比較放大和控制環(huán)節(jié)的輸出信號提供，當電流環(huán)節(jié)和電壓環(huán)節(jié)比較的信號小于（大于），上升（下降）速度控制設定值時，比較放大和控制環(huán)節(jié)輸出下降（上升）信號使變頻器輸出電機反轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)），下降（上升），下降（上升）的速度由比較后的信號經(jīng)放大后決定。該信號約在0 ～ 5V，當F40，F(xiàn)41設置參數(shù)均為“0”時，F(xiàn)MA端與CM端的表“A”為監(jiān)控輸出變頻頻率。

（5）報警電路：如圖3所示。

該電路中，如果變頻器發(fā)生故障時，側(cè)板或底板水溫過高時或冷卻水水壓不夠時，其輸出觸頭都閉合，各自故障指示燈亮并使3DG飽和導通，報警器發(fā)出報警聲。當上升、下降；左擺或右擺電極時，當壓到限位開關后，其各自限位指示燈亮并發(fā)出報警聲同時切斷控制電路。

2 電路的調(diào)試

2.1 調(diào)試與安裝電路時應注意事項

（1）調(diào)試與安裝該電路時，其安裝元器件規(guī)格號與數(shù)量等按武漢華美節(jié)能技術(shù)開發(fā)公司提供的購買。

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

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

（4）控制臺至控制電極及電爐變壓器等的引線原則上應采用鋼管布線。

2.2 調(diào)試前的準備

調(diào)試前應做好如下檢查與準備。①了解和掌握變頻調(diào)節(jié)器的工作原理和各環(huán)節(jié)及開關的作用。② 檢查變頻電機和快速電機的接線是否正確，變頻器接線是否正確。③操作臺上各開關和轉(zhuǎn)換開關應相應地置于初始位置上。④檢查冷卻水是否暢通，水壓應不小于0.1MPa。⑤ 檢查主回路的接線與保護裝置，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準備好電工常用工具和萬用表。

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將電極升降自動調(diào)節(jié)控制電路中所有的開關都處于初始位置上。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)換開關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，指示值不應超過1.2A左右）。④將轉(zhuǎn)換開關1K轉(zhuǎn)向55V位置上，查看二次側(cè)電壓表應為55V。⑤因無冶煉，所以與電流互感器變比為15000/5配套使用的電流表A無電流顯示（電渣爐變壓器二次側(cè)無電流）。⑥按下SB3（控制負荷開關1ZK的分勵線圈）：負荷開關1ZK分斷，同時分斷指示燈亮。

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應指示380～400伏，按下控制啟動按鈕1LA。

②檢查快速升降電機是否正常：合上6K（C45N，三相10A）。將萬能轉(zhuǎn)換開關2ZK（LW5-16，D型/6）旋轉(zhuǎn)到停止位置上。I相調(diào)試：將鈕子開關7K（KN1-223，自復式）向上推，1J上線圈合，1D電動機正轉(zhuǎn)，帶動電極上升（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電動機反轉(zhuǎn)帶動電極下降。上升或下降時如果電極機械部件碰壓到行程開關時，則行程開關分斷控制電路電源并報警，提示操作者。II相調(diào)試時：將8K向上推，動作與上一樣。需注意電機的響聲及溫升是否有異?，F(xiàn)象。

③檢查變頻器自動調(diào)節(jié)電路是否正常。

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

B.合上開關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，穩(wěn)壓電路指示燈，“放大插件”及變頻器的指示燈亮，此時3D或5D電機不應有蠕動現(xiàn)象

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

如果變頻器輸出頻率達不到50HZ，則檢查變頻器預設的最高頻率參數(shù)或測量變頻器輸入端12與11端的電壓是否達到5V。

D.4K復位撥到運行位置上，手動調(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，對應變頻器的輸出頻率為0～50Hz（最高頻率設為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 模擬試驗音響報警電路

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

2.6 調(diào)試中的幾點故障與排除

當系統(tǒng)發(fā)生故障時，在熟悉系統(tǒng)電氣工作原理和機械傳動的基礎上，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，盡量不能停電的特點，一般檢查故障時只能在帶電情況下完成。

①故障一：冶煉系統(tǒng)工作后，過約半小時，變頻器突然停機報警，閃爍顯示OC1（輸出端短路）。

查找原因：變頻器無其它過熱現(xiàn)象，切換到備用相時，變頻器上也馬上發(fā)生停機報警，證明不是變頻器的原因。檢查變頻升降電機、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動靈活，測量電機三相繞組時，有兩相電阻為零，拆除導線后繞組電阻正常，說明在三相電源線上已經(jīng)短路，經(jīng)查實，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)電流正常時為8KA左右，周圍存在有很強的磁場鋼管處于其中產(chǎn)生渦流，使鋼管發(fā)熱致使導線絕緣破壞而造成短路。

處理方法：更換電源導線并改為硬塑管布線。變頻器按復位按鈕后恢復正常。

②故障二：冶煉電流不斷增加，但變頻器控制的電極無上升現(xiàn)象

查找原因：將轉(zhuǎn)換開關轉(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 （見圖4附圖）。

用導線碰接CM與FWD端，主用變頻器有運行指示，說明變頻器沒有問題。問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主要環(huán)節(jié)，當取樣輸出電壓較大時，則變頻器控制電極應該上升，如取樣輸出電壓較小或為零時，變頻控制電極應該下降的。備用相變頻器正常工作說明互感器回路正常，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，導致無電流信號反饋。使變頻器無上升指示信號。

處理方法：更換4R（5W 10K），I相主用變頻器恢復正常。

③故障三：冶煉電流達不到正常值（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（見圖4附圖）：將萬能轉(zhuǎn)換開關1ZK旋轉(zhuǎn)到手動位置上，按下手動下降按鈕12LA，調(diào)節(jié)4R，變頻器下降速度變快，說明原因不在這。此時冶煉變壓器二次側(cè)冶煉電壓表4V指示為20伏，正常時應為55伏，檢查時發(fā)現(xiàn)熔斷器2BX燒斷，其電壓表通過其它的地網(wǎng)線構(gòu)成回路，所以電壓表指示不為零，2BX熔斷導致電壓取樣信號不正常。導致冶煉電極下降速度緩慢。

處理方法：更換2BX，變頻器恢復正常。

3 結(jié)束語

變頻電控系統(tǒng)運行時，故障少（變頻器無大故障出現(xiàn)），自動控制系統(tǒng)穩(wěn)定。所以，社會在進步，科技在發(fā)展，我們還需努力學習新知識，更好地將現(xiàn)代技術(shù)教會學生。

參考文獻：

[1]富士變頻器使用手冊[S].