凹山選礦廠高壓輥磨機驅動典型故障分析

張錦鵬 桂志海 王傳龍 王合兵

(安徽馬鋼礦業資源集團南山礦業有限公司)

當前高壓輥磨機在金屬礦山運用已經很普遍，南山礦業公司超細碎系統于2005年底建成投產,是國內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以高壓輥磨機為中心，采用西門子S7-300PLC、WinCC監控構成，基于工業以太網技術[1]和PROFIBUS-DP現場總線的分布式控制系統，在中控室可對超細碎全流程設備啟停、調速等實現自動化控制。但使用了十多年的中壓變頻器進入故障高發期，針對現況總結近年來產生的幾例典型故障案例的處理過程和方法，以供參考。

1 高壓輥磨機驅動系統概況

高壓輥磨機動、定輥驅動系統主要由西門子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據交換；對動、定輥電機進行調速控制和功能保護。

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電機由負載拖著轉動并且不能維持其自身很低的蘊藏的發電功率；②運行在空載狀態下的傳動系統的直流母線電壓高于Vdmax 調節器的干涉點。

案例分析處理：該故障報警跳停頻率較高，大都發生在高壓輥磨機正常作業過程中，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，速度設定值穩定運行，且無頻繁調整。從電機角度仔細分析原因，應是由于電機速度設定值和實際值相差較大，激發了變頻器超速閾值而進行保護性跳停。結合生產實際總結分析得出：①物料品質變化。采場工作面改變導致上道工序送來的碎礦性質發生變化，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。當直流部分發生過電壓時，在直流母線上的元件觸發放電晶閘管(無來自閉環控制系統的觸發命令)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4912#、4913#柜給定、動輥中壓變頻器三繞組變壓器供電。近年來，經統計每年約有十多次因電網晃電造成變頻器報234故障——直流母線電壓低而跳停，直流母線電壓低于P553中設定的限值(工廠設定=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生活用電，電網晃電主要原因在于電鏟、牙輪鉆采掘設備高壓電纜易放炮，球磨機同步電機易放炮。41#總降壓配電系統為中性點不接地系統，因其他原因其零序保護未投入，所以母線段一個用戶發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，一旦低于設定閾值，立即保護跳停。解決方案：一是修改P553設定值。該系統2005年投產使用，西門子早已不提供技術支持，沒有相應軟件和修改參數途徑無法實施；二是從供電方著手，將粗放式用戶、易發生高壓接地短路用戶、家屬區用戶調換到41#總降壓6 KVⅠ段，同時恢復零序保護功能，并設定為立即跳閘，及時切除故障用戶。經選廠與動力車間協調后，該類型故障發生率顯著降低。

2.3 故障代碼NO.144 IGBT或IGBT觸發回路故障

高壓輥磨機手冊指導說明:至少1個IGBT或1個IGBT 觸發回路已發出故障狀態信號，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。報該故障根據手冊分析，是由IGBT器件、觸發板、光纖電纜3部分引起。通過OP7面板查看直流母線電流為零，測量直流監測點無電壓后打開功率柜門，鉆到功率柜內初步查看IGBT觸發板綠色LED指示燈亮為正常。檢查IGBT觸發控制板-A300UEL光電隔離模塊的X11～X34端口三相共12個觸發信號和返回信號光纖通斷狀況良好。由于現場沒有檢測設備，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。通過檢查發現-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，未發現導致144故障的根本原因。

(2)該類故障第2次發生在2018年7月中旬，停產檢修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現故障點，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。根據診斷指示，更換該串聯組IGBT-A22觸發板后，再到診斷子菜單更改參數P052=240，進行HV-IGBT和HV-IGBT觸發裝置測試操作，測試結果正常，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，發現跳停后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電源及光纖信號聯絡圖所示，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，將測量值轉換成系列光信號后通過光纖電纜送至MIL和ITSP2模塊進行轉換計算。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節出現問題。首先區分是哪相電子分流器出現故障，拔掉MIL1上的光纖端子X35/36發現電流值消失，確定為W相分流器，更換AVT2電子分流器，再次啟動，運行正常。電源及光纖信號聯絡圖見圖2。

該類故障原因總結：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板上。如圖2所示，GSV電源供電給IGBT 觸發板、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。如果該電源發生故障則發出信號使變頻器斷電。SITOP電源-G130(電壓符合控制系統電源電壓)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：發生過的故障有A63-22觸發板損壞、A170光纖繼電器光纖接口斷裂漏光、A300UEL觸發隔離板故障、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個分流器自身出現故障或現場采集的數據失真，則變頻器將發出誤報警或跳機信號。

圖2 電源及光纖信號聯絡圖

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個并聯線路配置:系統 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。根據西門子技術指導，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P052=0→ENTER即可。

3 結 語

南山礦業公司凹山選礦廠通過以上幾例高壓輥磨機驅動高發和典型故障的處理分析，總結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。