回轉(zhuǎn)窯直流調(diào)速電動機轉(zhuǎn)速波動原因及解決措施

我廠1000t/d熟料干法預(yù)分解窯由1臺160kW的直流電動機拖動，控制系統(tǒng)采用的是西門子電氣傳動有限公司生產(chǎn)的6RA24直流調(diào)速裝置，它是典型的速度、電流雙閉環(huán)模擬控制系統(tǒng)，電動機參數(shù):ZSN4-Z80-0918，功率:160kW，電壓:440V，電流:397A，轉(zhuǎn)速:1500r/min，勵磁方式:他勵。配用的測速發(fā)電機為永磁式測速發(fā)電機，測速發(fā)電機型號為:ZYS-3A，測速電壓:110V，轉(zhuǎn)速:2000r/min，發(fā)電機功率:22W。  
　　

2002年10月回轉(zhuǎn)窯在正常運轉(zhuǎn)時，窯速突然出現(xiàn)大幅波動，當(dāng)時回轉(zhuǎn)窯正常轉(zhuǎn)速是3.2r/min，波動時回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速在2.6～3.8r/min，電動機電樞電流從正常運轉(zhuǎn)時的150A左右波動到400A左右。  

1　故障情況 

　　

回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速波動時，根據(jù)經(jīng)驗初步懷疑是負載的變化引起了回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的變化。減料、降低回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速后，檢查各部位潤滑、溫升情況，托輪的受力情況，輪帶與托輪的接觸情況等機械傳動部分，沒有發(fā)現(xiàn)不正?，F(xiàn)象。接著我們又仔細檢查了直流調(diào)速電動機的電刷與換相器的接觸情況，測速發(fā)電機與直流電機轉(zhuǎn)子的對中情況，均沒有發(fā)現(xiàn)異常情況。又重新開啟回轉(zhuǎn)窯主電動機，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速仍有波動，測量測速發(fā)電機的反饋電壓，反饋電壓只有26V，比平時同轉(zhuǎn)速下的反饋電壓低6V左右。更換測速發(fā)電機后，再開機，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速升至3r/min，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速仍有波動，但波動情況有所好轉(zhuǎn)，電動機電樞電流在150～250A之間波動。由于一時不能確定是哪方面原因引起了回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速的變化，只有繼續(xù)維持回轉(zhuǎn)窯運轉(zhuǎn)，沒有進一步對調(diào)速裝置進行檢查。幾天后，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速又出現(xiàn)了1次大幅波動，波動時，電樞電流竟達500A左右，轉(zhuǎn)速表指針指示到最大處，旋動給定電位器轉(zhuǎn)速卻不能很快降下來，于是只有切斷電源，采用輔助傳動裝置慢轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)窯。為進一步確定是不是測速發(fā)電機本身的問題，我們又換了1臺新的測速發(fā)電機，安裝時格外小心，以防止對裝時軸偏心引起不必要的交流干擾。換好測速發(fā)電機后，開啟回轉(zhuǎn)窯主電動機，慢慢拖動回轉(zhuǎn)窯至平時的3.2r/min，電樞電流在150A左右，一切正常。但這種情況并沒有持續(xù)幾個小時，回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速又出現(xiàn)了大幅波動，我們只好停窯，繼續(xù)查找原因。根據(jù)故障現(xiàn)象，我們重點把故障原因歸結(jié)到外界干擾上，用示波器觀察給定電壓信號和反饋電壓信號，均發(fā)現(xiàn)有較強的交流分量。把給定電纜和測速反饋電纜換成屏蔽電纜，屏蔽層和柜體緊密相連，重新開啟電動機后，一切正常，以后也再沒有出現(xiàn)過類似故障現(xiàn)象。 

2　故障原因分析 

　　

6RA24直流調(diào)速系統(tǒng)是帶有獨立勵磁的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，在平時的操作中，主要是通過給定電位器改變電樞電流進行調(diào)速，其基本控制原理如圖1所示。 

 
　　 




　　圖1　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)示意 

　　

ST—轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器；LT—電流調(diào)節(jié)器；SF—測速發(fā)電機；Ugn—轉(zhuǎn)速給定電壓；Ugf—測速反饋電壓；Ufi—反饋電壓 
　　

當(dāng)給定電壓和測速反饋電壓發(fā)生變化時，能夠引起直流電動機轉(zhuǎn)速的變化。如果測速發(fā)電機本身出現(xiàn)誤差，那么當(dāng)真正的轉(zhuǎn)速沒有變化時，由于測速發(fā)電機本身的問題，測速反饋電壓Ugf會發(fā)生變化，通過系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，同樣會使電動機轉(zhuǎn)速離開原來所保持的數(shù)值。我們使用的測速發(fā)電機是永磁式測速發(fā)電機，精確度比較高，但由于其工作環(huán)境溫度較高(安裝在回轉(zhuǎn)窯下面)，日久會使永久磁鐵的磁性減弱，從而引起測速發(fā)電機的磁通發(fā)生變化，測速反饋電壓也跟著發(fā)生變化，通過系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，使電動機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，這也是我們第一次換過測速發(fā)電機后，波動情況有所好轉(zhuǎn)的原因。 
　　

6RA24直流調(diào)速裝置安裝在回轉(zhuǎn)窯旁邊的中空降壓變電站內(nèi)，處在嚴重的電磁干擾環(huán)境中。雖然采取了一定的抗干擾措施(如直流調(diào)速裝置的自動控制部分安裝在金屬屏蔽體內(nèi)，并良好接地)，但室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備產(chǎn)生的電壓干擾有可能通過各控制電纜、通訊電纜、接地網(wǎng)等傳遞到直流調(diào)速裝置。控制電纜經(jīng)過長時間的使用，其絕緣性能會有所下降，又由于9、10月份是我國北方傳統(tǒng)的多雨季節(jié)，潮濕的環(huán)境對控制電纜的絕緣性能有一定影響，相鄰電纜之間，有可能會通過電磁輻射作用相互干擾，而變電站斷路器動作，隔離開關(guān)操作等都會產(chǎn)生前沿極陡的電磁波，又由于變電站的電磁耦合途徑很多，所有這些因素都有可能會對給定輸入信號和測速反饋信號形成干擾，從而引起給定電壓信號Ugn和測速反饋電壓信號Ugf發(fā)生變化，進而引起主電動機轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，而這些干擾信號的不確定性，是引起回轉(zhuǎn)窯主電動機轉(zhuǎn)速波動的主要原因。 

3　解決措施 

　　

6RA24直流調(diào)速裝置既然已裝在變電所內(nèi)，再移動位置不現(xiàn)實，為避免以后出現(xiàn)類似問題，在檢修時，我們又重點做了如下幾項防范措施: 
　　

1)在直流主電動機上面安裝隔熱板，避免回轉(zhuǎn)窯的直接熱輻射作用，在主電動機下面安裝引風(fēng)機，降低主電動機工作環(huán)境溫度，盡可能延長測速發(fā)電機使用壽命。 
　　

2)控制電纜和負載電纜分開走線，減小電磁干擾的可能性。 
　　

3)6RA24直流調(diào)速裝置控制柜和變電站主接地網(wǎng)絕緣，直流調(diào)速裝置不和其它無關(guān)設(shè)備共地，控制柜地線另行接地。 
　　

4)6RA24直流調(diào)速裝置的所有控制電纜均換成屏蔽電纜，屏蔽層良好接地。 
　　

自從采取以上措施后，回轉(zhuǎn)窯主傳動電動機至今運行比較穩(wěn)定，提高了設(shè)備運轉(zhuǎn)率，再沒有出現(xiàn)過上述類似故障現(xiàn)象。