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[摘 要]本文主要内容为3号炉空预器控制系统改造的原因、方案、调试中的注意事项及改造后的运行效果。
[关键词]变频器故障 控制系统改造
中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0350-01
引言
3号炉空预器变频器控制系统在运行中，偶尔出现由于拖动设备的机械故障引起堵转导致电流增大到超过额定電流时，不能跳闸切换到备用电机的现象。如果超过一定时间，空预器将强迫停运，引发机组跳闸停运，严重影响机组安全运行。
一、存在问题
3号炉空预器变频器从投运到现在已达8年的时间，在运行过程中存在以下几个方面的问题：1、变频器采用英国欧陆690+系列，全英语界面，菜单设置复杂，更改一个参数，需要改变所有相关的逻辑控制参数，设置不当可能引起变频器工作不正常，维护工作量大。另外，欧陆变频器对电压波动比较敏感，低于额定电压的80%就容易引起跳闸，不利于机组的安全运行。2、变频器控制箱柜门上只有三个指示灯，分别是电源指示灯、运行指示灯、故障指示灯。当工作人员在现场发现设备有故障时，不能就地停止设备的运行，只能通知集控室在远方停止设备，容易造成故障扩大化，不利于设备的安全运行。3、在控制回路中只有一个运行继电器，它的触点应用较多，继电器容量不能满足现场工作的需要，尤其是由它提供的“运行状态”对变频器的启动指令的产生有着至关重要的作用。4、变频器的远方启动是由DCS中的“启动指令”控制的，而“启动指令”是由变频器控制系统中的继电器的“运行状态”和“停止状态”，参与到DCS逻辑运算中，经过一系列的运算产生的，“停止状态”不是由继电器触点提供，是由运行状态在运算中取反得来的，在运算中，由于有滞后性，导致在同一时刻，两个状态处于相同的上升沿或下降沿，无法保障启动指令的准确性，导致变频器有时不能正常切换。5、电流输出变比设置不当，当实际电流超出电机额定电流时，最大电流显示只能是电机额定电流，不能正常显示实际电流，造成运行人员不能正确判断电机实际运行情况，影响操作准确性。
二、改造方案的制定
根据现场的实际需要，制定了改造方案。改造方案从两个方面着手：一是硬件方面：
1、欧陆690+系列的变频器已经不能满足现场实际，需要更换成其它型号的变频器。变频器的正确选用对于机械设备电控系统的正常运行是至关重要的。在选择变频器时，首先根据现场实际情况出发，合理选择变频器电压等级，同时按照机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、起动转矩和使用环境的要求，决定选用何种控制方式和防护等级的变频器。根据现场设备实际情况，空预器电机所拖动的负载是恒转矩负载并且是重载，查变频器特性，ABB变频器满足特殊重载设备，而其它型号的变频器没有这一项特别说明，所以就选用了ABB变频器。选用变频器应根据被驱动电动机的额定电流来选用。计算公式：变频器驱动一台电机，IM≥kIN式中，IM——变频器额定输出电流（A）；IN——电动机额定输入电流（A）；k——系数，一般取1.05～1.1。空预器转子电机功率为7.5KW，电压等级为400V，电流为15.1A，4极，转速为1471r/min。根据表1，选用ACS800-01-0020-3系列的变频器。在重载应用中，此系列的变频器可以提供的功率为11KW，大于7.5KW，电流为23A，大于1.1倍额定电流即16.61A，能够满足现场实际需要。由于工作人员在现场发现设备故障不能就地停止设备运行，通过这次改造，在控制箱柜门上增加停止按钮，可以在就地控制设备的停止。
2、在控制回路中增加了两个继电器，一个是启停继电器；另一个是在有一个运行继电器的基础上，又增加了一个，可以增加继电器的触点数量和容量。把DCS启动指令、主备变频抑制启动联锁放在电气控制回路而不是变频启动回路，提高了设备的安全运行，并且在设备出现故障时，容易查找故障点。图1是改造后控制回路和变频器启动回路的不同部分。
第二是软件方面：1、在DCS逻辑中，由一个“启停指令”改为运行指令和停止指令两个，运行指令由长脉冲改为短脉冲，停止指令保持长脉冲。参与DCS逻辑运算的状态，除“运行状态”、“故障状态”外，增加由运行继电器直接提供的“停止状态”，通过采取以上措施，可以大大提高启动指令的准确性。2、针对电机实际工作电流超过额定电流时，不能在监控画面上正常显示的问题，和热工部相关班组结合，分别在变频器菜单设置15.05和工程师站更改电流显示比例。通过更改，在监控画面上可以显示2倍的额定电流值。
三、控制系统调试时应注意的问题
在本次改造实施过程中，针对可能影响改造效果的问题采取了以下方法：为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，将控制变频器的信号线与强电回路（即主回路及顺控回路）分开走线。由于使用模拟量信号进行远程控制变频器，模拟量控制信号线使用了双股绞合屏蔽线并一端接地。在变频器调试时，根据空预器转子的性质，可以直接带电机调试。给变频器通电，设置各参数时，电机铭牌数据像电机额定电压、电流、频率、功率、转速等必须要准确输入。如果电机的铭牌数据输入有误，电机建模就不会精确，控制起来不会有好的运行效果。在选择控制地、启停控制、输入、输出以及外部给定时，要结合实际的电路原理图进行设置。为了实现电机辨识运行、速度极限、欠载功能、电机缺相保护、电机堵转保护等精确的电机控制精度，在本次改造中，电机控制模式选用了DTC（直接转矩控制）模式，DTC模式适用于大多数情况。为了避免在启动、停止过程中过流引起变频器跳闸，在本次改造中，加减速时间根据电动机的容量、负载惯量、生产机械的要求来设置。根据加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流而引起变频器跳闸；减速时间设定要点是：防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，在空预器变频器控制系统调试中采取了按负载和经验先设定较长加减速时间，通过启/停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作了几次，确定出了最佳加减速时间。在本次设备改造过程中，经过计算和试验，加减速时间都设置为20秒。
四、现场改造后运行效果
空预器控制系统的改造于2011年5月20号结束，6月份大修结束后开始投入使用，经过一段时间的运行，和以前的相比，有下列几个方面的提高：第一，在进行主辅设备定期切换时，成功率为100%；第二，当负载实际电流大于电机额定电流时，在集控室能够正常显示，便于运行人员能准确判断设备的运行状态；第三，当负载（包括电机、转子变速箱、转子）出现故障导致负载实际电流大于菜单20.3中设置的电机电流的最大允许值时，变频器能自动切换，保证空预器的正常运行，确保了机组的安全运行。
参考文献
[1] ABB变频器说明书.
作者简介
李青利，女，1988年参加工作，现从事电气工作。
[关键词]变频器故障 控制系统改造
中图分类号：TN773 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）36-0350-01
引言
3号炉空预器变频器控制系统在运行中，偶尔出现由于拖动设备的机械故障引起堵转导致电流增大到超过额定電流时，不能跳闸切换到备用电机的现象。如果超过一定时间，空预器将强迫停运，引发机组跳闸停运，严重影响机组安全运行。
一、存在问题
3号炉空预器变频器从投运到现在已达8年的时间，在运行过程中存在以下几个方面的问题：1、变频器采用英国欧陆690+系列，全英语界面，菜单设置复杂，更改一个参数，需要改变所有相关的逻辑控制参数，设置不当可能引起变频器工作不正常，维护工作量大。另外，欧陆变频器对电压波动比较敏感，低于额定电压的80%就容易引起跳闸，不利于机组的安全运行。2、变频器控制箱柜门上只有三个指示灯，分别是电源指示灯、运行指示灯、故障指示灯。当工作人员在现场发现设备有故障时，不能就地停止设备的运行，只能通知集控室在远方停止设备，容易造成故障扩大化，不利于设备的安全运行。3、在控制回路中只有一个运行继电器，它的触点应用较多，继电器容量不能满足现场工作的需要，尤其是由它提供的“运行状态”对变频器的启动指令的产生有着至关重要的作用。4、变频器的远方启动是由DCS中的“启动指令”控制的，而“启动指令”是由变频器控制系统中的继电器的“运行状态”和“停止状态”，参与到DCS逻辑运算中，经过一系列的运算产生的，“停止状态”不是由继电器触点提供，是由运行状态在运算中取反得来的，在运算中，由于有滞后性，导致在同一时刻，两个状态处于相同的上升沿或下降沿，无法保障启动指令的准确性，导致变频器有时不能正常切换。5、电流输出变比设置不当，当实际电流超出电机额定电流时，最大电流显示只能是电机额定电流，不能正常显示实际电流，造成运行人员不能正确判断电机实际运行情况，影响操作准确性。
二、改造方案的制定
根据现场的实际需要，制定了改造方案。改造方案从两个方面着手：一是硬件方面：
1、欧陆690+系列的变频器已经不能满足现场实际，需要更换成其它型号的变频器。变频器的正确选用对于机械设备电控系统的正常运行是至关重要的。在选择变频器时，首先根据现场实际情况出发，合理选择变频器电压等级，同时按照机械设备的类型、负载转矩特性、调速范围、起动转矩和使用环境的要求，决定选用何种控制方式和防护等级的变频器。根据现场设备实际情况，空预器电机所拖动的负载是恒转矩负载并且是重载，查变频器特性，ABB变频器满足特殊重载设备，而其它型号的变频器没有这一项特别说明，所以就选用了ABB变频器。选用变频器应根据被驱动电动机的额定电流来选用。计算公式：变频器驱动一台电机，IM≥kIN式中，IM——变频器额定输出电流（A）；IN——电动机额定输入电流（A）；k——系数，一般取1.05～1.1。空预器转子电机功率为7.5KW，电压等级为400V，电流为15.1A，4极，转速为1471r/min。根据表1，选用ACS800-01-0020-3系列的变频器。在重载应用中，此系列的变频器可以提供的功率为11KW，大于7.5KW，电流为23A，大于1.1倍额定电流即16.61A，能够满足现场实际需要。由于工作人员在现场发现设备故障不能就地停止设备运行，通过这次改造，在控制箱柜门上增加停止按钮，可以在就地控制设备的停止。
2、在控制回路中增加了两个继电器，一个是启停继电器；另一个是在有一个运行继电器的基础上，又增加了一个，可以增加继电器的触点数量和容量。把DCS启动指令、主备变频抑制启动联锁放在电气控制回路而不是变频启动回路，提高了设备的安全运行，并且在设备出现故障时，容易查找故障点。图1是改造后控制回路和变频器启动回路的不同部分。
第二是软件方面：1、在DCS逻辑中，由一个“启停指令”改为运行指令和停止指令两个，运行指令由长脉冲改为短脉冲，停止指令保持长脉冲。参与DCS逻辑运算的状态，除“运行状态”、“故障状态”外，增加由运行继电器直接提供的“停止状态”，通过采取以上措施，可以大大提高启动指令的准确性。2、针对电机实际工作电流超过额定电流时，不能在监控画面上正常显示的问题，和热工部相关班组结合，分别在变频器菜单设置15.05和工程师站更改电流显示比例。通过更改，在监控画面上可以显示2倍的额定电流值。
三、控制系统调试时应注意的问题
在本次改造实施过程中，针对可能影响改造效果的问题采取了以下方法：为了减少模拟量受来自变频器和其它设备的干扰，将控制变频器的信号线与强电回路（即主回路及顺控回路）分开走线。由于使用模拟量信号进行远程控制变频器，模拟量控制信号线使用了双股绞合屏蔽线并一端接地。在变频器调试时，根据空预器转子的性质，可以直接带电机调试。给变频器通电，设置各参数时，电机铭牌数据像电机额定电压、电流、频率、功率、转速等必须要准确输入。如果电机的铭牌数据输入有误，电机建模就不会精确，控制起来不会有好的运行效果。在选择控制地、启停控制、输入、输出以及外部给定时，要结合实际的电路原理图进行设置。为了实现电机辨识运行、速度极限、欠载功能、电机缺相保护、电机堵转保护等精确的电机控制精度，在本次改造中，电机控制模式选用了DTC（直接转矩控制）模式，DTC模式适用于大多数情况。为了避免在启动、停止过程中过流引起变频器跳闸，在本次改造中，加减速时间根据电动机的容量、负载惯量、生产机械的要求来设置。根据加速时间设定要求：将加速电流限制在变频器过电流容量以下，不使过流而引起变频器跳闸；减速时间设定要点是：防止平滑电路电压过大，不使再生过压失速而使变频器跳闸。加减速时间可根据负载计算出来，在空预器变频器控制系统调试中采取了按负载和经验先设定较长加减速时间，通过启/停电动机观察有无过电流、过电压报警；然后将加减速设定时间逐渐缩短，以运转中不发生报警为原则，重复操作了几次，确定出了最佳加减速时间。在本次设备改造过程中，经过计算和试验，加减速时间都设置为20秒。
四、现场改造后运行效果
空预器控制系统的改造于2011年5月20号结束，6月份大修结束后开始投入使用，经过一段时间的运行，和以前的相比，有下列几个方面的提高：第一，在进行主辅设备定期切换时，成功率为100%；第二，当负载实际电流大于电机额定电流时，在集控室能够正常显示，便于运行人员能准确判断设备的运行状态；第三，当负载（包括电机、转子变速箱、转子）出现故障导致负载实际电流大于菜单20.3中设置的电机电流的最大允许值时，变频器能自动切换，保证空预器的正常运行，确保了机组的安全运行。
参考文献
[1] ABB变频器说明书.
作者简介
李青利，女，1988年参加工作，现从事电气工作。