電渣爐變頻電控系統的調試與故障排除

廖少鵬

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

關鍵詞：電控系統；變頻器；調試及故障排除

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定來提高生產鋼錠的質量。

舊電渣爐電路中選用具有較大范圍可調壓的單相橋式可控整流電路及調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鋼錠的質量差。所以，對于保證電渣爐的正常生產、提高鋼錠質量、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節控制電路等。

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）并通過一次側通電線圈的匝數來改變二次側電壓等級 ，這種方式摒棄了傳統的在二次側進行抽頭變壓的供電方式，簡化了控制電路（如果在二次側進行變壓控制，則需要大容量的開關控制）。

（2）短網：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。當變壓器油箱內部發生故障時，其產生足夠氣體時，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節控制電路：

該電路是電渣爐電氣設備的重要部件之一，它對提高煉鋼的質量減少電能的消耗，使電渣爐獲得較高的生產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節，電流取樣環節，比較放大和控制環節，穩壓電源，變頻器，控制電機，報警和轉換裝置等組成。

（1）電壓取樣環節（見附圖所示）。

電壓取樣環節的電壓輸入取自于電渣爐變壓器的二次側，經300Ω電阻及4*2CW134穩壓管進行分壓與限幅后輸入10伏電壓，經YY-1后輸出4伏直流電壓。四個穩壓管采用反串聯聯接，是限制了變壓器二次側電壓不管是45伏還是55伏其YY—1輸入電壓都是10伏。

（2）電流取樣環節（見附圖所示）。

電流取樣環節的電壓輸入取自于電渣爐變壓器二次側電流，經電流互感器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）比較放大和控制環節（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輸出信號高低和控制觸頭的通斷，實現對變頻器的控制。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節的輸出信號提供，當電流環節和電壓環節比較的信號小于（大于），上升（下降）速度控制設定值時，比較放大和控制環節輸出下降（上升）信號使變頻器輸出電機反轉（正轉），下降（上升），下降（上升）的速度由比較后的信號經放大后決定。該信號約在0 ～ 5V，當F40，F41設置參數均為“0”時，FMA端與CM端的表“A”為監控輸出變頻頻率。

（5）報警電路：如圖3所示。

該電路中，如果變頻器發生故障時，側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出報警聲同時切斷控制電路。

2 電路的調試

2.1 調試與安裝電路時應注意事項

（1）調試與安裝該電路時，其安裝元器件規格號與數量等按武漢華美節能技術開發公司提供的購買。

（2）安裝控制臺應選擇在操作人員易于觀察生產現場的位置（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 調試前的準備

調試前應做好如下檢查與準備。①了解和掌握變頻調節器的工作原理和各環節及開關的作用。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將電極升降自動調節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將轉換開關1K轉向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，查看二次側電壓表應為45V。檢查變壓器一次側電流表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將轉換開關1K轉向55V位置上，查看二次側電壓表應為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 變頻式電極升降調節電路的調試

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）。將萬能轉換開關2ZK（LW5-16，D型/6）旋轉到停止位置上。I相調試：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，帶動電極上升（如發現電極下降，則只需任意調反兩相電源相序即可），7K向下拉，1J下線圈合，1D電動機反轉帶動電極下降。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常現象。

③檢查變頻器自動調節電路是否正常。

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

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選擇升降或旋轉位置上。此時，穩壓電路指示燈，“放大插件”及變頻器的指示燈亮，此時3D或5D電機不應有蠕動現象

C.將“放大插件”上的開關4ZK手柄向下撥（處于調試位置上），變頻器運行指示燈RUN亮，當調試電位器R4處于中間位置時，RUN燈滅，變頻器沒輸出，電動機不應轉動。當R4向下調時，變頻器顯示上升運行狀態，并輸出使電機1D或3D轉動，帶動電極向上或向左移動，移動速度與R4調整有關，當R4向上調整時，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，變頻器顯示正轉或反轉，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速調節器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（模擬側板或底版高溫），報警狀態與上同。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 調試中的幾點故障與排除

當系統發生故障時，在熟悉系統電氣工作原理和機械傳動的基礎上，要搞清故障現象，分析故障產生的可能原因，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象，切換到備用相時，變頻器上也馬上發生停機報警，證明不是變頻器的原因。檢查變頻升降電機、轉子轉動靈活，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短路，經查實，發現三相電源線的是采用Φ6的鋼管布線，鋼管與地短網距離接近，短網電流正常時為8KA左右，周圍存在有很強的磁場鋼管處于其中產生渦流，使鋼管發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象

查找原因：將轉換開關轉到備用相變頻器后，冶煉電極馬上有上升現象，則故障原因極可能出在電流取樣環節或主用變頻器上 （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節上。電流取樣環節是決定電極上升與下降的一個主要環節，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，經查是電流取樣環節的調節電流電位器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）：將萬能轉換開關1ZK旋轉到手動位置上，按下手動下降按鈕12LA，調節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冶煉電壓表4V指示為20伏，正常時應為55伏，檢查時發現熔斷器2BX燒斷，其電壓表通過其它的地網線構成回路，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 結束語

變頻電控系統運行時，故障少（變頻器無大故障出現），自動控制系統穩定。所以，社會在進步，科技在發展，我們還需努力學習新知識，更好地將現代技術教會學生。

參考文獻：

[1]富士變頻器使用手冊[S].