現場交流電機傳動調試案例及分析

現場交流電機傳動調試案例及分析

Examples Analysis on AC Motor Drive Commissioning

張維舟，李樹林，衛 東，胡景惠，梁國勇

1 案例1

2011年夏，鄭州西郊某化工廠的現有化肥生產設備的節能技改工程，選配了5臺國產某品牌的通用型變頻器，功率75kW～132kW，并進行了電氣柜內的成套組裝。此項目由業主廠內技術人員負責，選配變頻器按照：（1）對應變頻器驅動的交流電機的功率大小選配。（2）按照風機、水泵類負荷選配。但負荷實際全部是各種液體液漿。投運后，帶負荷調試，工作不到半天，均因過電流故障，先后停機。我們到現場后，經觀察了解、技術溝通后認為，導致這些設備停機無法運行的原因是變頻器與設備之間的選配錯誤，這些設備不能按照風機、水泵類負荷對待，而應為恒轉矩負荷或恒功率負荷。

例如，其中一臺液氨泵，設備啟動初時，輸送介質的液體外觀比較清澈，稠度很小；半小時后，輸送介質經工藝流程輸送，明顯稠度變大，實際上，在管道和閥門內部的彎道處開始淤積附著物，有沉淀形成，當變頻器低頻工作時，液體流速越小，沉淀越多；尤其是需要調整工藝時，待設備停機再開，就無法啟動。

結論和解決方案：此次工程所選配的國產品牌通用型變頻器無法使用，必須立即撤除并進行更換；如果涉及到變頻器柜內的其它電氣成套輔助元件，也要根據容量大小做必要的重新調整和更換布置。建議按照重載負荷選用進口品牌變頻器。嚴格按照實際電機的電流選配，所選變頻器的輸出額定電流必須大于電機的額定電流。

經驗：（1）必須按照電機的電流值來選配變頻器。（2）必須清楚設備驅動的負荷類型，對風機、泵類，也要了解輸送介質；小型風機和清水泵可以被視為風機、泵類，但是渣漿泵、工業泵、工業風機等，凡是輸送介質密度或比重大的風機泵類設備，起碼應被視為恒功率類負荷，或者恒轉矩負荷。本案例中，業主首選的那批國產品牌變頻器為通用型，其內部的菜單參數只含有對應風機水泵類負荷的使用（見圖1）。

從圖1中可以看出，理論上只有風機、水泵類負荷的啟動過程可以從零轉矩開始，另外其他兩種負荷均須具備有相當量的啟動轉矩時，才能開始啟動過程。恒功率類的啟動轉矩最大，因為此類負荷的速度與轉矩成反比；恒轉矩類負荷的轉矩方向大小視為不變，一般都是重載負荷，如起動機、提升機、回轉窯等。

圖1 三種不同負荷的機械特性

圖2 兩點壓頻比曲線

2 案例2

2008年春，豫北某大型水泥企業新建的5000t/d水泥熟料生產線進入建設調試工作，此項目的全廠所有變頻器和軟啟動器均按照設計院的資料要求選配了某進口品牌產品，并進行了規范的電氣成套組裝。某天，煤磨電力室的一臺驅動輸送設備的37kW變頻器，隨著轉速的提高，出現了越來越嚴重的震動聲，并伴有主回路發熱現象。我們的駐廠人員趕到車間控制室，在沒有停機在線調試的情況下，5min左右的時間解決了問題。原來在此前，有人無意中改動了此臺變頻器的參數設置，使得SVC V開環電壓磁通矢量控制不符合此臺變頻器驅動的電機的要求，應改為兩點壓頻比的基本參數（見圖2）。

U0、Uns、Frs三個參數決定了變頻器的壓頻比曲線，參數設置錯誤，會引起變頻器的諧振。在線改正參數后，變頻器的震動立即消失，隨即變頻器的發熱現象也消失。

經驗：現場的變頻器、軟啟動器、直流控制器等電氣設備都配有的小型控制面板，應被嚴格控制和管理，由一定技術水平級別的專人負責保管，并擔當起全廠的菜單參數的設置以及修改、記錄工作。禁止此外的任何人隨意更改和設置菜單參數。

此次現場聯調，煤粉制備的煤磨電機為：YRKK710-8，1250KW/ 10kV。在煤磨電力室的煤磨電機的電氣成套包括有中壓10kV電機定子回路受電柜、電機轉子液體變阻柜，這些設備全部由某一家生產商選配供應；控制器選用了某知名品牌的小PC。繞線電機的啟動控制過程都由這個獨立的小PC控制完成，小PC與全廠DCS系統聯網。

系統聯調時，煤磨總是莫明其妙地錯誤停機，停機指令是DCS系統給出的，但DCS系統的指令應該是在收到了小PC之前的故障信號以后才給出，因此，必須理清故障信號的源頭。為此，我們駐廠人員分兵值班，確保在煤磨電機停機故障出現的最先時刻觀察到故障源。很快，當煤磨電機將要又一次停機前的瞬間，在水電阻小PC值班的人員觀察到了小PC的輸出端子最先發出了錯誤的給DCS的故障信號（PC輸出端子的數碼管亮閃了幾下）。故障找到，問題隨即被解決，此后煤磨一直運行正常。

經驗：電氣成套選配最容易被忽略的是大型設備的附屬控制設備，應該引起重視。

3 案例3

2001年冬，鄭州西郊某大型企業的改造項目，特種精細粉材料生產線的一臺驅動分離選粉設備的37kW變頻器，也選配了某進口品牌產品，進行了規范的電氣成套組裝。在完成了現場安裝接線后，開始上電，就在變頻器投運的瞬間，突然發出三聲如炮杖般的脆亮響聲，響聲過后，旋即從變頻柜里冒出了怪味刺鼻的白煙，我們立即斷電，開柜查看，只見柜門上、柜子隔板邊有一些屑片。打開變頻器后，發現是變頻器內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驗也未暴露此問題，變頻器供應商更換了同規格的一臺新的變頻器。后發現，此發生故障的變頻器是由供應商供應的一臺維修過的變頻器，而維修工作顯然不合格。

經驗：電氣設備保質量，任何一個環節都要嚴格把關，電氣成套商如果在出廠前再仔細些，可以盡早發現故障萌芽。

4 案例4

2006年豫南某大型企業的新建的100萬噸/年水泥粉磨站，一臺驅動風機的132kW變頻器，按業主提供要求的材料表選配了某進口品牌產品，進行了規范的電氣成套組裝。調試過程順利，但生產投運后，卻因為此臺設備在減速的過程中經常出現過電流故障跳停，使全廠一個月的生產處于不正常狀態。

我們去現場服務了兩次，調整了變頻器的參數設置，進行了加減速時間、電流限幅值等與過電流相關參數的調整配合，但是仍然不能消除“過流跳停保護”故障的出現。經與業主技術人員在現場對工藝設備分析發現，此臺設備功率較大，風機的額定轉速較高，風機電機與風機之間的機械傳動為軸軸直聯，無減速傳動比，而且因為工藝生產要求速度調節范圍較大，所以在變頻器調節速度時電機產生的勢能較大。我們判斷為大轉矩慣量性負荷，兼有恒功率和恒轉矩類負荷特性。當正常運行中，工藝生產需要減速或者停機時，此臺電機會處于轉矩慣量勢能產生的能耗制動狀態，而此臺變頻器在進行電氣設備選配時，忽略了這個特點，沒有考慮選配變頻器的制動單元。

解決方案：立即增配此臺變頻器的制動單元。后來，當制動單元裝配上后，此臺風機一切正常，未再發生過此類故障。

經驗：變頻器的選配，一定要結合現場的負荷特性考慮。90kW以上的大型恒轉矩類負荷，應選配制動單元。

圖3 制動單元示意圖

在變頻器內部的直流母線側，當變頻器處于能耗制動時，勢能產生的瞬間過電壓和正常工作電壓相疊加，會損害硅元件。一般的變頻器有保護功能，一旦出現過電壓，就立即自我保護停機，進入故障跳停（見圖3）。

制動單元由功率開關管和制動電阻構成，功率開關管起過壓信號開關作用，當直流母線出現了電壓的波動時，開關管閉合，使轉矩慣量產生的多余勢能量進入制動單元回路，在制動電阻上以余熱量形式耗掉。防止出現主回路里的瞬間過電壓以及相應的自動保護停機動作。

5 案例5

2011年秋，新疆某新建的3000t/ d水泥熟料生產線，該廠全部的變頻器、軟啟動器均按照設計院的要求選配了某進口品牌產品，進行了規范的電氣成套組裝。在設備單機試機時，駐廠人員發現，有一臺75kW變頻器內部傳出異常嘯叫，嘯叫聲音隨變頻器頻率大小而變化。此問題必須立即解決，但此工程現場位于我國西北邊陲新疆，且路途遙遠交通不便，受時間和條件所限，如果專等變頻器廠家趕到再解決問題是不現實的。仔細檢查發現，嘯叫聲是由變頻器內部的輸出電抗器的繞組電磁感應力震動現象引起的；再反復查看發現，輸出電抗器的幾套固定螺栓，其中的一套少配了橡膠墊。立即請業主技術人員幫助，從廠里找到了類似的墊子替代，同時，我們駐廠人員將此臺變頻器內部的上下兩部分的螺栓都緊固了一遍，并經認真仔細的復原后，重新啟動變頻器，嘯叫聲基本消失，至今一切正常。

TM343.2

A

1001-6171（2013）05-0090-03

南建筑材料研究設計院有限責任公司，河南 鄭州 450002；

2013-05-28； 編輯：蔣玉雪