一起辊道交流传动的故障分析与对策不锈钢泵

一起辊道交流传动的故障分析与对策

一起辊道交流传动的故障分析与对策 2011年12月04日 来源： 1、引言辊道传动最初采用单台电机通过机械齿轮箱成组驱动多个辊子；后来发展为单台电机不经过齿轮箱直接驱动单辊的传动方式,辊道传动由一套调速装置集中给多台电机供电，每台电机直接驱动单辊。如某热轧厂精轧辊道采用西门子MASTERDRIVE 6SE70变频器供电，采用VF控制或无速度编码器的矢量控制。2、辊道传动的特点（1）由于同一组辊道的速度一致，电机的速度也一致，可以进行集中控制，但集中控制精度不高。（2）由于每台电机的性能不可能完全一致，每个工作棍磨损程度不同，以及传送轧件不规则，都会导致部分电机的负荷比较大，部分电机的负荷比较小。由于调速装置不能很精确地对每台电机进行控制，当负荷增大时，只能笼统地使总输出电压与电流提高，导致负荷轻的电机端电压可能超过额定值，造成电机的绝缘劣化，特别会造成交流电机磁路饱和，电机电流增加，发热增加。所以对每台电机必须配置过载保护。（3）当开关箱至每台电机的电缆长度不一致或电缆细时，由于线路压降也会造成电机的端电压不一致，从而造成部分电机的端电压减少，输出力矩下降，甚至堵转，电机电流特别大。所以，对成组传动装置，要求电机的参数尽量一致，而且配置的电缆也要尽可能短。（4）在传送轧件时，轧件可能受堵，导致电机堵转，为了避免辊子堵转，要求电机与轧件之间打滑，即必须使电机的最大转矩大于打滑转矩。所以在系统设计时，传动装置及电机都要有一定的过载能力。（5）辊道电机一般离调速装置的距离比较远，电缆很长，而现场环境比较恶劣，高温、潮湿、腐蚀性气体，导致电缆及电机的绝缘下降。另外，变频器输出电压是PWM波形，当电缆两端阻抗不匹配时，会产生行波反射，在电机端电压峰值可达到变频器主回路直流电压的两倍，也会造成电机及电缆绝缘劣化。（6）当一套调速装置带数台辊道电机时，为了保证调速装置与电机的安全，在设计时必须进行容量匹配计算与各级保护之间的匹配，避免误动与拒动。3、故障现象某热轧厂精轧GF17辊道共有19台11kW的电机，每台电机额定电流为18.5A，总额定电流为351.5A，变频装置的额定电流为560A，采用无速度编码器的矢量控制，过载能力为136% 1min。在变频装置输出到每个电机之间各配置一只额定电流为100A开关，过载整定在28A，过流瞬动电流为1000A，短路分断能力为40kA。所有开关集中安装在一个开关箱内，开关箱安装在地下电缆沟内。系统框图如图1所示。

图1 系统主回路单线图

2006年8月24日，GF17辊道中的G124电动机开关跳电，现场人员至电缆沟开关箱送上G124开关，返回操作室后发现监控系统又报G124电动机开关跳电，当现场人员再次来到电缆沟时发现该开关已烧损，触头粘连，箱内临近的开关也有不同程度的烧损，G124电机电缆也烧坏，对G124电机进行检查时，发现该电机接线柱由于锈蚀与松动，导致三相短路。故障处理与恢复时间大约为8h。辊道开关箱损坏如图2所示。

图2 GF17辊道开关箱损坏情况

4、原因分析4.1 无速度编码器的矢量控制变频器应用在辊道传动时必须注意的事项变频器采用无速度编码器的矢量控制，这种方式的优点是可以省去测速装置，控制精度比VF控制高，但这种方式应用在辊道传动时必须注意以下三点。（1）最低运行频率不能低于1.8Hz，这种控制方式在低速时控制不稳定。（2）由于电机参数对采用无速度编码器的矢量控制影响比较大，所以所带电机的参数要尽量保持一致，特别要关注电缆阻抗，电机电阻等参数的自适应。（3）一般不可以在变频器运行过程中带电合开关；必须等变频器停下来或变频器输出频率低于10%以下，才可以带电合开关。4.2 计算电机侧短路时的电流大小从电气室到现场端子箱的长度大约为15m，这是一根150mm2的电缆，这根电缆的阻抗可以忽略不计。现场端子箱到损坏电机的电缆（6mm2）长度大约为150m。首先计算现场端子箱到损坏电机的电缆电阻。 根据公式：R=ρ×ls式中：铜的电阻率ρ在20℃时为0.0175Ωmm2m; l—导线长度m; s—导线截面积mm2。每根导线电阻R=0.0175×1506=0.4375Ω，三相短路时,对变频器来说，输出线路总电阻=0.4375Ω+0.4375Ω=0.875Ω。由于西门子MASTERDRIVE 6SE70为交—直—交电压型变频器，电机额定电压为500V，变频器中间直流回路电压为DC 650V，忽略IGBT的导通压降，当电机侧发生短路时，短路电流=650V0.875Ω=742A。4.3 故障原因分析（1）从现场调查来看，该设备已运行十多年，现场环境恶劣，开关箱安装在电缆沟内，环境温度高，造成开关性能下降。（2）变频器输出是PWM脉冲波形，当电缆两端阻抗不匹配时，会产生行波反射，在电机端子侧电压峰值可能达到变频器主回路直流电压的两倍，也会造成电机及电缆绝缘劣化。（3）由于该开关的过载整定在28A，电机的额定电流为18.5A，大约为电机额定电流的150%，远超过电机的额定电流。当电机电缆由于锈蚀与松动，绝缘劣化，回路电流逐步增大，由于过载保护整定值偏大，延缓了开关保护跳闸时间，不能及时保护电缆与电机，导致电缆继续发热，直至绝缘击穿。（4）变频器额定容量为500kVA，则变频器额定电流为：=5001.7320.5=566A，变频器过载能力为136% 1min,过电流整定在1100A左右。当G124电机发生短路时,最大短路电流为742A,没有达到变频器的过电流动作值,变频器不会有任何报警,变频器继续正常工作。（5）G124电机的开关瞬动整定在1000A，则当电机短路时，短路电流也没有达到它的瞬动动作值，所以，该开关也不会立即跳闸。（6）在第一次发生开关跳闸后，运行人员没有对电缆与电机进行检查,而是复位后立即合开关。此时电机侧已发生短路,开关内因流过大电流而发热；而地下电缆沟内环境温度高，开关箱内温度也很高，造成开关耐受能力和分断能力不断下降,当开关无法耐受逐渐增大的故障电流时，开关内部拉弧短路,波及临近开关,引起开关箱烧损,这是本次故障发生的间接原因。4.4 对策（1）由于变频器过电流整定值是固定的，无法进行调整；但可以利用MASTERDRIVE 6SE70变频器提供的自由功能块,编制另一个过电流保护程序,该过电流整定在变频器额定电流150%。一旦负载电流超过变频器额定电流的150%时,并且持续超过30s后,向上位机传送过流报警信息,提醒操作人员注意;如负载电流继续超过变频器额定电流的150%,再延时30s变频器停机。（2）根据电机容量与实际负荷，对变频器与低压配电开关的过电流参数重新整定，调整开关瞬动电流整定值为700A，确保上下级保护匹配。（3）完善岗位操作规程，一旦开关跳电，必须对该电机及其电缆进行检查，确认正常后方可送电。（4）建议把开关箱移到电气室或采用强迫冷却来降低开关箱内温度。（5）定期对电机、电缆与辊道开关箱进行检查与维护保养。 5、结束语对于辊道传动，调速装置、开关及电机的容量及过电流保护要匹配；调速装置与每台电机之间要配置过载与短路保护，电机的型号、规格尽量一致，电缆长度要尽量短；否则，要采取必要的技术措施。(end)

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