烧结主抽风机5600kW同步电机频繁跳闸原因分析

李云峰，徐泽臣，韩祥东，高辉，刘桂苹

(张店钢铁总厂烧结厂)

摘 要：烧结主抽风机采用同步电机，能提高电网功率因数，改善电网质量，缺点是同步电机本身及控制系统复杂，对检修与维护提出了更高的要求，本文分析了烧结主抽同步电机运行中的故障特点，找出主抽风机频繁跳闸的根本原因，针对这些原因提出了改进同步电机控制系统的对策，修改PLC控制程序，完善主控楼人机界面，便于维护和故障处理。

关 键 词：主抽风机；同步电机；励磁柜；跳闸

1 前言

随着现代工业的迅速发展，我国的钢铁生产规模越来越大，能源消耗越来越多，同时环保问题也越来越突出，节能与环保成了钢铁生产的重要指标，作为钢铁生产主要能耗大户的烧结主抽风机的节能也成为钢铁厂重点考虑的问题。大型高压同步电动机，由于其具有一系列优点，特别是能向电网发送无功功率，改善电网质量，大容量同步电机在钢铁冶金行业得到了广范应用。但是同步电动机比异步电动机本身及控制系统复杂，造价及维护费用高，对检修与维护提出了更高的要求，主抽风机同步电机突然跳闸，直接影响到我厂的生产和设备的安全运行。因此，正确分析判断同步电机的故障原因，并提出相应对策，就成了我们的当务之急。

2 烧结主抽风机故障的出现

张钢烧结主抽风机5600kW同步电机在正常运行10个月后，出现频繁跳闸现象，有时每天能自动跳闸三次。维修人员检查操作控制回路，没发现损坏元件，控制线路无接触不良现象，重新送电开车，正常启动运行，主抽风机是烧结生产的“心脏”，一旦出现故障，严重影响烧结生产，为此要想法设法，找出跳闸故障原因，消除事故隐患。

3 跳闸原因的判断分析

烧结机主抽风机同步电机采用高压软启动器和励磁装置启动风机，软启动器采用的是荣信电力电子10KV高压软启，高压软启动器在同步电机启动时使用，可降低风机的启动电流，启动结束后，高压软启被旁路，退出主回路，只监视同步电机的运行状态，当主抽风机出现过载、过流、电压异常等故障时，发出报警或跳闸信号。励磁装置采用的是中国核工业电机运行技术开发公司的BKL—501SC型微机励磁装置，同步电动机的励磁装置主要有三个方面的作用，一是完成同步机的异步启动并牵入同步运行；二是在牵入同步以后励磁电流的调节控制；三是监控系统故障，确保主抽风机安全运行。同步电动机的投励过程控制是一个非常重要的问题，主要表现为对投励时间和投励角度的选择上，理想的投励时间是指当同步电机用软启动器异步启动到亚同步速时，即转速达到同步速的95％—98%之间；准角度投励是指在转子感应电流的过零点，即从负半周到正半周的零点准确投励。满足两者条件时，励磁绕组产生同步力矩，使电机尽早进入同步，在异步启动的过程中，励磁装置保证启动回路具有良好的异步驱动特性，避免异步启动过程中所存在的脉振现象，满足带载起动及再整步要求。达到亚同步速时，准角度投励，励磁绕组产生同步力矩，使电机尽早进入同步。同步电机在正常运行过程中，不可避免地会受到各种各样的扰动，就会引起电机失步，造成生产中断和设备损坏的严重事故。励磁装置能检测同步机的失步，识别后判断是报警还是再整步运行，既保障设备的安全性，又保持运行连续性。同样，励磁装置在正常运行过程中，自身也会受到各种干扰，造成可控整流器缺相或失控、灭磁晶闸管误导通、熔断器故障、励磁电流超限等故障。当出现上述故障，励磁装置识别后报警或跳闸，以保证励磁装置的安全运行。

主抽风机控制系统中能引起跳闸的仪表信号有：风机轴承温度高于80℃、风机传动侧轴承温度高于80℃、电机传动侧轴承温度高于95℃、电机轴承温度高于95℃、电机定子温度高于150℃、风机1号、2号轴承振动≥7．1mm／s、主抽风机轴承油压低于0．05MPa、油站供油温度高于45℃，上述仪器仪表的信号都已接入独立的仪表柜。现场分析发现，原设计中所有仪表跳闸信号及励磁柜、软启动柜、综合保护等相关故障跳闸信号直接通过硬线接入到主抽风机的跳闸控制回路，导致风机由于外部故障及仪表报警信号引起的停机信息，主控室没有区分及记录，相关仪表的数据趋势曲线记录不全，增大了维修和操作以及技术人员查找跳闸原因的难度。主抽风机的主回路及跳闸控制回路如图1所示。

从上图可知，电动机能够跳闸停车的回路较多，需要逐一判断排除。

(1)除人为停车可能。

(2)把软启停车输出信号拆除，仍然出现自动跳闸故障。

(3)检查综合保护记录，无过流现象，没有输出跳闸停车信号。

(4)与励磁厂家联系检查励磁柜，励磁柜自身无故障报警，也无元件损坏。

(5)经分析2DL(2号短接高压真空断路器)的投全压信号的辅助点抖动也会引起跳闸，也就是说2DL(2号短接高压真空断路器)的常开辅助点接触不良，会引起主抽风机跳闸，并且励磁柜只报<电机停机>记录。我们更换了一台新的备用高压真空断路器，该故障点排除。

(6)恢复软启检测保护，重新校准综合保护，投入运行，拆除仪表跳闸回路，一周内无跳闸现象发生。

4 系统改进措施

从以上分析锁定跳闸故障存在于仪表检测系统，原设计中所有仪表报警信号及励磁柜、软启动柜等相关故障报警信号直接接入到主抽风机的跳闸控制回路，导致风机由于外部故障及仪表报警信号引起的停机信息，主控室没有区分及记录，维护及操作人员很难查询故障，针对现在系统运行中暴露出现的问题，对主抽风机仪表柜进行改造，把现有信号接入到原有PLC控制系统，通过集控系统记录现有运行数据信息，为以后故障查询做出依据，主抽风机仪表柜改造图如图2所示。

具体解决的办法和措施为：

(1)将仪表跳闸信号与励磁跳闸回路分开。

(2)仪表信号跳闸输出先进入中间继电器，通过中间继电器转换进PLC可编程控制器，修改PLC控制程序，对仪表信号进行记忆后，由PLC输出跳闸信号，使主抽风机停车。PLC内部做技术处理，对仪表输出的跳闸信号做一定时间延时后，PLC再输出跳闸信号，防止由于系统电压或电流出现瞬间“晃电”，或仪表检测出现干扰信号而出现误动作，引起停车现象。

(3)优化烧结主控室主抽风机HMI人机界面，完善报警系统，当出现跳闸信号时，相应的报警画面变红，只有按主抽风机故障复位画面，才能解除报警，使操作界面简洁易懂，便于帮助查找故障。改造后烧结主抽风机操作画面如图3所示。

(4)调整了励磁柜最小控制导通角，有原来的70°调整到40°，调整了恒功率控制的功率因数，有原来的﹣0．95调整到﹣0．98，这样在同样的负载下，减少了运行电流，提高了系统的可靠性。

(5)仪表回路改造回路后，检查主控室主抽风机报警记录，在一周内有三次出现主抽风机轴承油压过低跳闸记忆，报警时间为0．5秒，由于在PLC系统中设置了延时防“晃电”功能，设置时间为1秒，所以没有出现停车故障。最后分析停车原因为轴承液压系统，仪表信号瞬间飘移产生。通过更换液压系统控制仪表，并把PLC防止仪表误动作的延时时间改为2秒，故障排除。

5 结语

(1)同步电机虽然功率因数较高，具有良好的节电效果，但此电机过载能力差，在设计选型时应当选择功率大一些，为烧结系统优化改造留有余地。

(2)由于同步大容量电机控制系统比异步电机复杂，起动系统分闸信号要独立。

(3)仪表信号(停车)与起动控制分开。

(4)对主抽风机这样的重要设备，操作岗位所需的自动监控需进一步完善，便于操作人员和维修人员及时发现和分析出故障原因，做出相应处理。

6 参考文献

[1]   XGT—INFOU使用说明书LS产电．

[2]   XG5000编程手册，LS产电．

[3]    BKL—501 SC型微机励磁装置。使用手册．