我公司生料磨1 600 kW同異步電動機控制系統改造

白建東，張振華，陳作海，劉 華（山東水泥廠有限公司，山東 濟南 ）

1 存在的問題

我公司2號生料磨機采用1 600 kW日本YAS?KAWA（安川）同異步電動機，生產于1979年，運行接近40年，該電動機本體基于日本安川的技術，啟動電流平穩，無沖擊，運行效率較高，經過維護保養后，至少可以再服役10年。整套電控系統為日本三菱集團設計生產。鑒于當時的技術條件，該系統控制復雜，分立元件較多，勵磁弱電控制部分經多次改造，穩定性可靠性較差，在正常生產過程中，該磨機經常出現電控系統原因的停車現象，主要表現為：

（1）故障停車后查找不到具體原因，再次開車正常；

（2）元器件老化，電機溫度，軸承溫度監控不準確；

（3）柜內特殊原件損壞后無法替換，只能拆除非關鍵部位替代；

（4）夏季溫度高后，跳停幾率增加。

上述故障均是由于整體電控部分處于元件老化，線路、繼電器觸點、模擬器件等部分處于元件失效期，由于該產品為日本上世紀70年代產品，元器件替換困難，維修難度越來越大，對生產安全造成嚴重威脅。

2 解決措施

YASKAWA（安川）公司1 600 kW感應同步電機，由于電機容量較大，重載起動，該電機起動方式采用轉子串聯電阻方式，保證起動過程中都有較大的起動轉矩和較小的起動電流，該電機起動后到合適時機，控制轉子線圈換向，之后投入勵磁電流，電機轉換為同步電機運行方式，提高電機運行功率因數，而且具備了同步電機帶載能力強、運行功率因數高等特點。

基于上述工作原理及三菱公司原有設備工作原理，改造如下：

（1）采用KYN28高壓起動柜替代原高壓控制部分，同時采用專用同步電機綜合保護器，監控、保護電機運行，對電機運行中過載、低電壓、過流、起動時間過長、負序過流、電機失步等進行保護。

（2）采用專用高壓液阻柜，通過1A開關連接于電機轉子，配合電機起動過程。

（3）采用大功率合金電阻器，合理連接于電機轉子，配合電機起動。

（4）采用西門子PLC，控制液阻、起動電阻、勵磁調節器、完成電機起動、運行等動作，同時監控電機定子溫度、軸承溫度等，對電機本體監視。

（5）采用TDL-5勵磁調節器，熱備方式控制大功率可控硅整流元件，輸出合理勵磁電流，同時，監控電機運行功率因數，自動調節輸出勵磁電流，穩定電機運行，TDL-5勵磁調節器雙機熱備切換時間10 ms，無擾動完成控制切換，減少因為弱電原因的非正常停車。

該系統由西門子PLC作為主控單元，采集電機各個階段的運行狀態，并同時發命令給當前運行階段需要配合的部分，勵磁調節器與PLC完美配合，保證機組的長時間正常運行，原理見圖1。

（1）第一級采用水液阻作為繞線電機轉子的串聯電阻，完成從靜態到動態起動過程；

（2）第二、三級采用大功率固定阻值的電阻器，作為轉子的串聯電阻；起動過程中勵磁裝置檢測電機轉速，控制液阻和二三級電阻的切換；

（3）在第三級電阻切入后，勵磁裝置實時檢測電機轉速，合適時機FC閉合接入勵磁電流，同時起動電阻切除，起動過程完成；

（4）運行中勵磁柜實時調節電機運行工況；（5）正常停機時，并聯的電阻釋放轉子中的磁場能量；

（6）異常停車時，動作FC及2A，3A接入串聯電阻，保證轉子中的磁場能量釋放。

3 改造效果

圖1 改造后的電機控制原理圖

改造后同步電動機在異步啟動、正常運轉、故障停車、正常停車等各種工況下運行時：（1）具備轉差逆勵磁電流極性末尾準角投勵；（2）轉差率在0.1～0.03內任意調整；（3）投勵后強勵時間可調；（4）具備時間后備投勵模式；（5）長時間未投勵保護；（6）針對此電機的特殊起動方式，勵磁裝置采集電機起動過程的參數，通過PLC控制2A、3A、FC開關時序閉合，控制電機起動過程，達到額定轉速95%以后，控制FC開關閉合，切換轉子線圈，通入勵磁電流，電機進入同步運行狀態。（7）具備恒勵磁電流調節功能，轉子電阻變化不大于10%時，勵磁電流輸出偏差不大于2%；（8）具備恒功率因數調節運行方式，在電機空載運行時自動轉入恒勵磁電流調節，電機滿載運行時具備無功功率限制功能，防止勵磁電流超上限誤動作；（9）具備多種保護功能：如勵磁電流上限和下限限制設定、失步保護等；（10）滅磁系統設計采用大功率電阻，起動過程中改變電阻值，調節電機轉速，起動結束，部分電阻并接在轉子線圈中，防止FC開關異常，勵磁異常造成的電機失步，保護電機轉子；（11）系統配備與計算機監控系統的硬件和軟件，接口分計算機串行口通信RS485，標準Modbus通訊協議，可按組網方式實現與監控系統的通信。主橋路采用全控橋整流回路，運行可靠，兩臺勵磁控制器利用CAN總線，每10 ms通訊一次，同步主機和備機數據和運行狀態，如果主機故障時，備機在20 ms內切換為主機，無擾動切換，切換速度快，運行穩定；（12）勵磁柜具備智能開機自檢，不做“調試”不能開機，在“調試”狀態下對滅磁電阻、主橋路、輸出脈沖等主要部位自動檢測，如果不具備開車條件，不能開車（特殊條件下可以強制開車）；（13）本柜作用為切換轉子繞組的連接方式，利用專用高可靠性開關組成，接收PLC信號后開關動作。轉差切換開關，采用永磁機械閉鎖方式，防止運行過程中意外分斷。PLC實時監測各個開關狀態，如有異常，報警停機。

4 結語

生料磨機電機控制系統改造后，通過空載4 h試車，系統運行平穩，帶滿載運行24 h后，系統各個節點溫度正常。該系統改造后啟動簡單，并具備自檢能力，避免誤操作，采用新技術及高性能原件使系統運行穩定性提高，通過PLC的使用，減少中間繼電器的控制節點，PLC程序具備開機準備條件檢索，利于操作及維護人員開機及維護。電機定子溫度、軸承溫度實時顯示監控，超溫報警跳閘，進一步保護電機。

改造后電機啟動平穩，設備運轉率達100%，減少故障停機次數約10次，節省維修費30萬元，綜合技術指標、產品質量大幅提升。