回转窑直流调速电动机转速波动原因及解决措施
水泥 2007-03-06
我厂1000t/d熟料干法预分解窑由1台160kW的直流电动机拖动，控制系统采用的是西门子电气传动有限公司生产的6RA24直流调速装置，它是典型的速度、电流双闭环模拟控制系统，电动机参数:ZSN4-Z80-0918，功率:160kW，电压:440V，电流:397A，转速:1500r/min，励磁方式:他励。配用的测速发电机为永磁式测速发电机，测速发电机型号为:ZYS-3A，测速电压:110V，转速:2000r/min，发电机功率:22W。
2002年10月回转窑在正常运转时，窑速突然出现大幅波动，当时回转窑正常转速是3.2r/min，波动时回转窑转速在2.6～3.8r/min，电动机电枢电流从正常运转时的150A左右波动到400A左右。
1 故障情况
回转窑转速波动时，根据经验初步怀疑是负载的变化引起了回转窑转速的变化。减料、降低回转窑转速后，检查各部位润滑、温升情况，托轮的受力情况，轮带与托轮的接触情况等机械传动部分，没有发现不正常现象。接着我们又仔细检查了直流调速电动机的电刷与换相器的接触情况，测速发电机与直流电机转子的对中情况，均没有发现异常情况。又重新开启回转窑主电动机，回转窑转速仍有波动，测量测速发电机的反馈电压，反馈电压只有26V，比平时同转速下的反馈电压低6V左右。更换测速发电机后，再开机，回转窑转速升至3r/min，回转窑转速仍有波动，但波动情况有所好转，电动机电枢电流在150～250A之间波动。由于一时不能确定是哪方面原因引起了回转窑转速的变化，只有继续维持回转窑运转，没有进一步对调速装置进行检查。几天后，回转窑转速又出现了1次大幅波动，波动时，电枢电流竟达500A左右，转速表指针指示到最大处，旋动给定电位器转速却不能很快降下来，于是只有切断电源，采用辅助传动装置慢转回转窑。为进一步确定是不是测速发电机本身的问题，我们又换了1台新的测速发电机，安装时格外小心，以防止对装时轴偏心引起不必要的交流干扰。换好测速发电机后，开启回转窑主电动机，慢慢拖动回转窑至平时的3.2r/min，电枢电流在150A左右，一切正常。但这种情况并没有持续几个小时，回转窑转速又出现了大幅波动，我们只好停窑，继续查找原因。根据故障现象，我们重点把故障原因归结到外界干扰上，用示波器观察给定电压信号和反馈电压信号，均发现有较强的交流分量。把给定电缆和测速反馈电缆换成屏蔽电缆，屏蔽层和柜体紧密相连，重新开启电动机后，一切正常，以后也再没有出现过类似故障现象。
2 故障原因分析
6RA24直流调速系统是带有独立励磁的转速、电流双闭环直流调速系统，在平时的操作中，主要是通过给定电位器改变电枢电流进行调速，其基本控制原理如图1所示。
图1 转速、电流双闭环调速系统示意
ST—转速调节器；LT—电流调节器；SF—测速发电机；Ugn—转速给定电压；Ugf—测速反馈电压；Ufi—反馈电压
当给定电压和测速反馈电压发生变化时，能够引起直流电动机转速的变化。如果测速发电机本身出现误差，那么当真正的转速没有变化时，由于测速发电机本身的问题，测速反馈电压Ugf会发生变化，通过系统的调节作用，同样会使电动机转速离开原来所保持的数值。我们使用的测速发电机是永磁式测速发电机，精确度比较高，但由于其工作环境温度较高(安装在回转窑下面)，日久会使永久磁铁的磁性减弱，从而引起测速发电机的磁通发生变化，测速反馈电压也跟着发生变化，通过系统的调节作用，使电动机转速发生变化，这也是我们第一次换过测速发电机后，波动情况有所好转的原因。
6RA24直流调速装置安装在回转窑旁边的中空降压变电站内，处在严重的电磁干扰环境中。虽然采取了一定的抗干扰措施(如直流调速装置的自动控制部分安装在金属屏蔽体内，并良好接地)，但室内设备和室外设备产生的电压干扰有可能通过各控制电缆、通讯电缆、接地网等传递到直流调速装置。控制电缆经过长时间的使用，其绝缘性能会有所下降，又由于9、10月份是我国北方传统的多雨季节，潮湿的环境对控制电缆的绝缘性能有一定影响，相邻电缆之间，有可能会通过电磁辐射作用相互干扰，而变电站断路器动作，隔离开关操作等都会产生前沿极陡的电磁波，又由于变电站的电磁耦合途径很多，所有这些因素都有可能会对给定输入信号和测速反馈信号形成干扰，从而引起给定电压信号Ugn和测速反馈电压信号Ugf发生变化，进而引起主电动机转速发生变化，而这些干扰信号的不确定性，是引起回转窑主电动机转速波动的主要原因。
3 解决措施
6RA24直流调速装置既然已装在变电所内，再移动位置不现实，为避免以后出现类似问题，在检修时，我们又重点做了如下几项防范措施:
1)在直流主电动机上面安装隔热板，避免回转窑的直接热辐射作用，在主电动机下面安装引风机，降低主电动机工作环境温度，尽可能延长测速发电机使用寿命。
2)控制电缆和负载电缆分开走线，减小电磁干扰的可能性。
3)6RA24直流调速装置控制柜和变电站主接地网绝缘，直流调速装置不和其它无关设备共地，控制柜地线另行接地。
4)6RA24直流调速装置的所有控制电缆均换成屏蔽电缆，屏蔽层良好接地。
自从采取以上措施后，回转窑主传动电动机至今运行比较稳定，提高了设备运转率，再没有出现过上述类似故障现象。
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