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回转窑转速波动的原因及解决措施

  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。

 

  
 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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