張錦鵬 桂志海 王傳龍 王合兵

(安徽馬鋼礦業(yè)資源集團南山礦業(yè)有限公司)

當前高壓輥磨機在金屬礦山運用已經(jīng)很普遍，南山礦業(yè)公司超細碎系統(tǒng)于2005年底建成投產(chǎn),是國內(nèi)礦山最先采用高壓輥磨機工藝的礦山。南山礦自動控制系統(tǒng)以高壓輥磨機為中心，采用西門子S7-300PLC、WinCC監(jiān)控構(gòu)成，基于工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)[1]和PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)，在中控室可對超細碎全流程設(shè)備啟停、調(diào)速等實現(xiàn)自動化控制。但使用了十多年的中壓變頻器進入故障高發(fā)期，針對現(xiàn)況總結(jié)近年來產(chǎn)生的幾例典型故障案例的處理過程和方法，以供參考。

1 高壓輥磨機驅(qū)動系統(tǒng)概況

高壓輥磨機動、定輥驅(qū)動系統(tǒng)主要由西門子3AH5115型高壓斷路器、泰開WXH-55T型所用變綜合保護測控裝置、三繞組ZTS-2200/6型整流變壓器、西門子SIMOVERT MV(6SE8020-1AA01-Z)空冷中壓變頻器、西門子IPQ4.504-4CV00-Z 型中壓電動機構(gòu)成。中壓變頻器SS52通訊模塊連接外部I/O接口ET200S，作為主控S7-300PLC的主站下的一個從站，依靠ET200S接口模塊IM151和輸入、輸出模塊進行主從站數(shù)據(jù)交換；對動、定輥電機進行調(diào)速控制和功能保護。

2 典型案例

2.1 故障代碼NO.103電機超速

針對故障通過查看手冊，說明電機速度實際值已超過超速閾值。其可能的原因：①電機由負載拖著轉(zhuǎn)動并且不能維持其自身很低的蘊藏的發(fā)電功率；②運行在空載狀態(tài)下的傳動系統(tǒng)的直流母線電壓高于Vdmax 調(diào)節(jié)器的干涉點。

案例分析處理：該故障報警跳停頻率較高，大都發(fā)生在高壓輥磨機正常作業(yè)過程中，高壓輥的壓力正常，電機端和水端一般都在190 bar左右，輥間隙差值較小(小于10 mm)，兩輥功率相近，速度設(shè)定值穩(wěn)定運行，且無頻繁調(diào)整。從電機角度仔細分析原因，應是由于電機速度設(shè)定值和實際值相差較大，激發(fā)了變頻器超速閾值而進行保護性跳停。結(jié)合生產(chǎn)實際總結(jié)分析得出：①物料品質(zhì)變化。采場工作面改變導致上道工序送來的碎礦性質(zhì)發(fā)生變化，高黏土含量多，硬度變軟，在輥磨機工作條件不變的情況下導致該故障發(fā)生。②礦石潮濕且分布不均。雨季礦石潮濕，容易黏在承斗和重力給料器側(cè)壁上，偶爾會造成兩輥料柱空穴，導致超速跳停。③承斗給料皮帶下清掃器產(chǎn)生的濕料推入。④操作不精心，承斗料位過低。⑤滑動給料閘板門開度操作不當。當壓力上升到設(shè)定值時(180 bar)，閘板門如果開度過大容易跳停。

2.2 故障代碼NO.234直流母線低電壓

經(jīng)整流后的直流部分是由電容器組、放電晶閘管和預充電裝置基本元件組成[2](圖1)。預充電裝置是在變頻器停止且高壓斷路器分閘后才能進行預充電。當直流部分發(fā)生過電壓時，在直流母線上的元件觸發(fā)放電晶閘管(無來自閉環(huán)控制系統(tǒng)的觸發(fā)命令)進行保護。

圖1 變頻器基本電路方框圖

中壓變頻器電源由41#總降壓6 KVⅡ段4120#柜向超細碎49#高配室的4910#Ⅱ段受電柜供電，經(jīng)4912#、4913#柜給定、動輥中壓變頻器三繞組變壓器供電。近年來，經(jīng)統(tǒng)計每年約有十多次因電網(wǎng)晃電造成變頻器報234故障——直流母線電壓低而跳停，直流母線電壓低于P553中設(shè)定的限值(工廠設(shè)定=0.8，相應于直流母線額定電壓的80%)。造成該故障的根源在于供電質(zhì)量。41#總降壓6 KVⅡ段上有高村鐵礦采場、主廠房、牽引所等用戶及家屬區(qū)生活用電，電網(wǎng)晃電主要原因在于電鏟、牙輪鉆采掘設(shè)備高壓電纜易放炮，球磨機同步電機易放炮。41#總降壓配電系統(tǒng)為中性點不接地系統(tǒng)，因其他原因其零序保護未投入，所以母線段一個用戶發(fā)生接地短路就會影響其他用戶，而中壓變頻器的直流母線電壓檢測很靈敏，一旦低于設(shè)定閾值，立即保護跳停。解決方案：一是修改P553設(shè)定值。該系統(tǒng)2005年投產(chǎn)使用，西門子早已不提供技術(shù)支持，沒有相應軟件和修改參數(shù)途徑無法實施；二是從供電方著手，將粗放式用戶、易發(fā)生高壓接地短路用戶、家屬區(qū)用戶調(diào)換到41#總降壓6 KVⅠ段，同時恢復零序保護功能，并設(shè)定為立即跳閘，及時切除故障用戶。經(jīng)選廠與動力車間協(xié)調(diào)后，該類型故障發(fā)生率顯著降低。

2.3 故障代碼NO.144 IGBT或IGBT觸發(fā)回路故障

高壓輥磨機手冊指導說明:至少1個IGBT或1個IGBT 觸發(fā)回路已發(fā)出故障狀態(tài)信號，變頻器故障停機且準備好信號無效。故障原因:① IGBT 觸發(fā)回路損壞[3]；②光纖電纜損壞[4]；③IGBT 損壞。

(1)該類故障第1次發(fā)生在2018年4月，因中壓變頻器控制回路電源變壓器過流跳閘導致高壓輥磨機跳停。送電后啟動高壓輥磨機即跳停，動輥變頻器報144故障。報該故障根據(jù)手冊分析，是由IGBT器件、觸發(fā)板、光纖電纜3部分引起。通過OP7面板查看直流母線電流為零，測量直流監(jiān)測點無電壓后打開功率柜門，鉆到功率柜內(nèi)初步查看IGBT觸發(fā)板綠色LED指示燈亮為正常。檢查IGBT觸發(fā)控制板-A300UEL光電隔離模塊的X11～X34端口三相共12個觸發(fā)信號和返回信號光纖通斷狀況良好。由于現(xiàn)場沒有檢測設(shè)備，為了驗證是否是UEL模塊損壞，將未報故障的定輥UEL模塊與動輥互換再啟動，高壓輥磨機依然跳停，動輥報144故障，證明UEL模塊完好。通過檢查發(fā)現(xiàn)-A170光纖繼電器輸入端口斷裂，而且是新斷裂痕跡，分析原因是由于操作人員站在椅子上更換上方UEL模塊時撞擊造成斷裂。操作人員用膠布包裹固定好后再啟動，成功啟動，未發(fā)現(xiàn)導致144故障的根本原因。

(2)該類故障第2次發(fā)生在2018年7月中旬，停產(chǎn)檢修12 h后啟動高壓輥磨機即跳停。按第1次故障排除方式進行檢查未發(fā)現(xiàn)故障點，動、定輥UEL模塊互換，自檢通過再啟動正常。

(3)該類故障第3次發(fā)生在2018年9月下旬，日例行停檢2 h后啟動跳停，動輥變頻器報144故障。通過OP7面板打開“半導體診斷”子菜單，顯示-A63塊-A22模塊故障。根據(jù)診斷指示，更換該串聯(lián)組IGBT-A22觸發(fā)板后，再到診斷子菜單更改參數(shù)P052=240，進行HV-IGBT和HV-IGBT觸發(fā)裝置測試操作，測試結(jié)果正常，P052=0，返回。再啟動高壓輥磨機，跳停報144故障。輥磨操作人員反映，監(jiān)控畫面顯示啟動瞬間動輥電流100.3%，接著跳停。再次啟動測試，發(fā)現(xiàn)跳停后Udc=0 V，Imax=223.10%，顯然是錯誤電流測量值。該型變頻器在功率柜裝有3個用于檢測實際值的分流器。如圖2電源及光纖信號聯(lián)絡(luò)圖所示，兩個AVT2 電子分流器和1個電壓分流器AVT3用來檢測輸出電流和輸出電壓，將測量值轉(zhuǎn)換成系列光信號后通過光纖電纜送至MIL和ITSP2模塊進行轉(zhuǎn)換計算。因此判斷實際測量值采集、變送、光纖電纜、MIL1光接口模塊中某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題。首先區(qū)分是哪相電子分流器出現(xiàn)故障，拔掉MIL1上的光纖端子X35/36發(fā)現(xiàn)電流值消失，確定為W相分流器，更換AVT2電子分流器，再次啟動，運行正常。電源及光纖信號聯(lián)絡(luò)圖見圖2。

該類故障原因總結(jié)：①供電電源方面：檢查A200-D02-A2-X2 ITSP2 MV信號處理器模塊和-A300之間的連接。公共電源GSV(-G90)裝在逆變器柜的右側(cè)板上。如圖2所示，GSV電源供電給IGBT 觸發(fā)板、放電回路、輸出電壓和電流檢測模塊、直流母線電壓檢測模塊。如果該電源發(fā)生故障則發(fā)出信號使變頻器斷電。SITOP電源-G130(電壓符合控制系統(tǒng)電源電壓)為預充電接觸器線圈、柜面OP7、ET200S、風扇接觸器線圈、A300UEL模塊提供電源。②電氣元件原因：發(fā)生過的故障有A63-22觸發(fā)板損壞、A170光纖繼電器光纖接口斷裂漏光、A300UEL觸發(fā)隔離板故障、A300UEL5V電源損壞、G130電源硬件損壞導致變頻器報144故障跳機。③光纖電纜和接口：MVP1 IGBT控制模塊的68芯插頭松動、MIL1光接口模塊插頭X33、34、35、36、37、38接觸不良，現(xiàn)場檢測到的信號在接觸不良時ITSP2 MV信號處理模塊報144故障代碼跳機。④現(xiàn)場采集信號器件，如圖3實際值分流器檢測回路所示的AVT2U相-U41：(X34X33)，AVT2 W相-U61(X35X36)，AVT3-U200(X38X37)，這3個分流器自身出現(xiàn)故障或現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)失真，則變頻器將發(fā)出誤報警或跳機信號。

圖2 電源及光纖信號聯(lián)絡(luò)圖

圖3 實際值分流器檢測回路

2.4 故障代碼NO.143 TVR A控制偏置，實際值檢測未校準

高壓輥磨機手冊指導說明：電壓和電流實際值(對于1個并聯(lián)線路配置:系統(tǒng) A)偏移量必須被校準。如果在-A200-D01-X50插入1塊新的程序卡，Simadyn D 機箱電源斷電同時備用電池被取出或電能耗盡，A200-D01和-D02(和為并聯(lián)連接的-D03)被取出，則該信息被顯示。

案例分析處理：2013年因強電干擾，雷擊跳電造成電源模塊損壞，更換Simadyn D機箱電源后上電即報143故障。根據(jù)西門子技術(shù)指導，通過OP7操作面板HOME鍵→子菜單18SERVICE→ENTER→將P052=0改為P052=200→ENTER→OFF SET ADJUSTMENT ON=K3→按OP7面板K3鍵→ENTER→按OP7面板▲鍵→將參數(shù)P052=0→ENTER即可。

3 結(jié) 語

南山礦業(yè)公司凹山選礦廠通過以上幾例高壓輥磨機驅(qū)動高發(fā)和典型故障的處理分析，總結(jié)出該型中壓變頻器在長時間的使用過程中應重點維護電源模塊部分、接口以及各檢測模塊；必要時應對電氣元件進行周期性更換，以確保變頻器安全可靠運行。