SINAMICS SL150磁通调节器输出超限分析与处理.pdf

57问题研究第42 卷2 0 2 4年第1 期（总第2 2 9 期）SINAMICSSL150磁通调节器输出超限分析与处理朱传磊，班彦路，张艳？，王兴（1.日照钢铁控股集团有限公司；2.日照金桥节能科技有限公司山东日照2 7 6 8 0 6）【摘要】本文结合日照钢铁控股集团有限公司1 58 0 mm热连轧精轧主传动系统升级改造之后出现的磁通调节器输出超限进行分析，提出解决方案，为今后出现类似的故障处理提供参考。【关键词】交-交变频；磁通调节器；磁通超限；The Analysis and Treament of SINAMIC SL150 in Flux Regulator OutputOverrun FaultZhuChuanlei,BanYanLu,ZhangYan,WangXing(Rizhaolron&SteelCo.,Ltd.,Rizhao276806,China)Abstract This paper analyzes the magnetic flux regulator output overrun after the upgrading of the 1580 mm hotcontinuous rolling main drive system of Rizhao Iron and Steel Holding Group Co.,Ltd.,and proposes a solution to providereference for similar fault treatment in the future.Keywords I cycloconverter;magnetic flux regulator;excitation overrun1引言交-交变频传动系统在热连轧传动系统中有着广泛的应用，SIMADYND控制系统随着时代的发展已经被新一代产品SINAMICSSL150交-交变频控制系统所取代。1 58 0 mm热连轧生产线始建于2 0 0 5年，主传动采用西门子SIMADYND控制系统，经过十几年的运行，故障逐渐增多，该系列产品已退出市场，备件采购困难且价格成倍增长，不利于设备经济稳定运行。为保证设备经济稳定运行，2 0 2 2 年对F4、F5进行升级改造，采用西门子SINAMICSSL150交-交变频控制系统，该系统具有较低的开关能耗和低损耗的晶闸管技术，且能将制动时产生的能量进行回收，反馈至电网，实现节能降耗、绿色经济可持续生产。然而主传动系统升级改造之后，可能会出现各种故障，其中“磁通超限”是一种罕见的故障。现将针对这一故障进行深人分析和研究，旨在探讨其产生的原因和解决方案，为主传动系统升级改造的稳定运行提供理论支持。2控制系统介绍1580mm热连轧精轧F4、F5主传动改造项目采用西门子原装交-交变频传动系统，由3 个交-交变频功率柜、1 个SL150控制柜、1 个励磁柜、1 个辅助柜及电机ET200S站组成。控制系统主要包括SIMOTIOND455、S I NA M I CS CU 3 2 0 和PSA（电源堆栈适配器）、AVT（实际值变送器）、VSM10（电压检测模块）及SMC30（编码器模块）等模块。D455的主要任务是与L1级自动化系统TDC装置的通讯，并接收L1级自动化系统的启停、速度给定等指令，根据反馈信号对速度进行调节、故障判断、逻辑控制以及与其它单元的通讯。CU320接收D455的速度指令进行模型计算完成矢量控制及磁通控制，并将计算出来的数据送给PSA。PSA将数据转换成抗干扰能力强的光信号送至功率柜晶闸管的触发板，实现对功率组件的控制。AVT的主要功能是将电压和电流互感器检测的模拟信号转化为数字信号，并将信号发送给PSA。F4、F5主电机均为6 0 0 0 kW同步电动机，额定转速150r/min，最高转速48 0 r/min，额定电流2 1 50 A。3故障分析2022年3 月2 0 日0:1 1 及4:0 5，F4、F5主传动先后出现“速度偏差大”报警和“F07915”古故障（磁通调节器的输出超限幅值即磁通超限）。故障时轧制钢种规格为SPHC12802.92，该钢种特性58下转第6 2 页1问题研究第42 卷2 0 2 4年第1 期（总第2 2 9 期）较软，相应的轧制力、负荷相对较低，根据故障代码从几个方面进行分析如下：3.1工艺情况分析由于此钢种为改造后首次轧制，所以只能对比改造之前轧制相同规格钢种的轧制数据，2 0 2 1 年10月份F4、F5主传动系统改造前，轧制此规格钢种穿带速度给定为1 1.3 3 m/s，最高速度达到1 2.50 m/s。改造后轧制此规格钢种最高速度不超过1 2.0 0 m/s，两次故障报警时轧制的最高速度分别为1 2.1 7 m/s和1 2.50 m/s，速度均在工艺在范围内。高温计检测温度正常，对比之前同规格钢种轧制数据，两次事故的精轧人口温度相对较低，精轧人口温度值与轧制力体现的趋势一致，轧制工艺符合标准要求。3.2设备运行情况分析3.2.1磁通调节器工作原理磁通调节器用于电机调速过程中的磁通输出调节，磁通、速度和负载变化密切相关。磁通调节器功能涉及电压、电流、转速等输人变量。=K(VF)(1)En=（2）CedT=C x la(3)式中：为磁通；K为系数；VF为常数；n为电机速度，r/min；E 为电机电动势，V；T 为电机转矩，Nm；l a 为电流，A；Ce、C为常数。电机在基速以下运行时，电机恒转矩运行，变频器处于VF控制模式，即VIF=常数。根据式（1）可以得出，当VIF为定值时磁通就保持恒定。电机在基速以上运行时，电机电压达到额定值，电机进入弱磁控制区，电机恒功率运行。根据式（2）可知，电机在基速以上升速时需要减小磁通进行弱磁升速；由公式（3）可知，磁通减小，转矩T减小，从而导致过载能力变弱。磁通调节器根据这一原理对磁通进行调节，实现电机额定电压以上的速度调节3.2.2轧制曲线分析稳定轧制时，磁通调节器输出r1593约为零，动态调整时r1593不大于7%，P3210工厂默认设置为1 0%。调取故障发生一个月内的轧制过程中传动装置的磁通、速度等曲线分析，其中，2 0 2 2 年3 月29日轧制SPHC钢种F4磁通曲线（如图1 所示），在轧制同等规格SPHC钢种时(温度大于1 0 0 0)，咬钢时速度波动为1.57 0%，磁通变化幅度达到-18.850%。电机空载运行时磁通在0.7 0 2%左右，轧钢平稳阶段磁通在-6.8 0 0%左右。可以得出咬钢时处于弱磁调速阶段，速度波动是造成磁通变化的主因。磁通曲线1.570%速度曲线-18.850%0.702%-6.800%图1 轧制SPHC钢种磁通曲线示意图轧制普通钢种时（如图2 所示），速度波动0.976%,导致磁通变化幅度达到-7.0 2 0%。电机空载运行时磁通在0.40 8%附近运行，轧钢平稳阶段磁通在-1.46 0%附近运行。0.976%速度曲线燃通曲线-1.460%0.408%-7.020%时间图2 轧制普通钢种磁通曲线示意图从图1 和图2 可知，抛开钢坏温度和钢种分析，速度波动0.9 7 6%导致磁通变化幅度达到-7.020%，速度波动1.57 0%导致磁通变化幅度达到-1 8.8 50%，以此推断，故障时速度波动超过1 0%，将导致磁通变化超过幅值，因此装置报故障3.3PDA报警故障分析F4、F5两次故障时的报警信息完全相同，出现F07915之前均有电流达到限幅1 和速度偏差大报警。通过PDA查看故障时的电流和速度曲线，故障时F4、F5最高电流均不超3 0 0 0 A，未达到限幅值（3 2 2 5A），但是超过了额定电流的1.1 5倍（2 47 2 A），因此频繁报出电流达到限幅1，目前已将1.1 5倍调整为1.3 0 倍。PDA曲线中F4、F5速度给定分别为48.2 5%6 7.50%，电机转速为40 0 r/min，由此可得，故障时F4转速为1 9 3 r/min，F5转速为2 7 0 r/min，均在基速1 50 r/min以上，属于恒功率调速区间，转矩与速度成反比，负载波动对速度影响更大，因此故障前发出速度设定值和实际62(2023-03-10收稿上接第58 页(2023-10-27收稿问题研究第42 卷2 0 2 4年第1 期（总第2 2 9 期）4.6吊挂机构安装炉体找正后，先在上吊挂座内安装杠杆座及关节轴承，在机旁将新的吊挂拉杆、下吊挂座及关节轴承等装配好，吊运至转炉吊挂机构位置，将吊挂机构拉杆销轴孔与杠杆座销轴孔对准，按原下吊挂座位置将新下吊挂座与炉壳进行焊接，最后安装杠杆销轴及端盖吊挂机构装配时必须要注人适量润滑剂，吊挂机构十字头的销轴、关节轴承球面需涂抹适量CRC03084干性二硫化钼抗磨润滑剂，关节轴承润滑油口需填装适量CRC耐挤压抗磨二硫化钼油脂SL3141。5制定标准转炉吊挂机构的安装精度及运行状态直接决定转炉能否正常运行，炼钢厂吸取本次事故教训，重新梳理转炉设备的点检及检修标准，明确检查岗位职责，制定每1 年对吊挂机构注润滑脂一次，值偏差超1 0%报警。4故障处理根据报警信息分析，发生故障时轧制钢种规格SPHC12802.92，F4钢温9 6 4，速度1 2.1 7 m/s，F5钢温9 8 8，速度1 2.50 m/s，虽然单项指标均未超限，但是电机处于弱磁调速区间，且轧制温度处于温度下限，负荷偏大，现场负荷波动会造成速度实际值与给定值偏差n增大，为消除速度偏差，需要磁通调节器进行输出调节，导致转矩下降，n 进一步增大，从而导致磁通调节器输出超限。故障发生后，对功率柜和励磁柜的电流、电压检测回路均进行了检查及测试，未发现异常现象，未进行任何器件更换。结合对硬件检查测试情况及以上分析，对参数P3210磁通调节器输出限幅值进行调整，由1 0%调整至2 0%，调整后再次轧制同规格钢种均未出现报警现象，传动装置至今运行正常。每3 年对关节轴承间隙测量一次，每1 5年对吊挂机构进行整体更换6结语通过对转炉吊挂机构故障原因分析、临时加固处理以及对吊挂机构的整体更换，从备品整备、方案制定、人员组织、措施落实、过程实施、精度评价等环节，炼钢厂对转炉吊挂机构有了更深刻的认识，也积累了宝贵的实践经验。目前转炉设备运行稳定，功能精度满足工艺需求。参考文献：1曹晶.吊挂转炉连接装置关节轴承的更换.设备管理与维修J.2015（4)：2 5-2 6.2郑军波.天津铁厂1 8 0 t转炉设备安装施工技术.天津冶金J.2009（5)：6 3-6 6.3龚于龙.下吊挂转炉正装法.中国科技博览J.2011（3 6):2 8 1.5结语本文通过对传动设备改造之后出现的磁通超限故障以及不同规格钢种的工况分析，得到各个数据的发展趋势，依据电机弱磁调速原理分析出设备故障原因，在设备硬件条件允许的情况下，适当放大磁通限幅值，保证设备正常运行，避免设备停机带来的经济损失。参考文献：1马小亮高性能变频调速及其典型控制系统M.北京：机械工业出版社，2 0 1 0.0 7.2马小亮大功率交-交变频调速系统及矢量控制技术M.3版北京：机械工业出版社，2 0 0 4.0 1.3李崇坚交流同步电机调速系统M.2版.北京：科学出版社，2 0 1 3.0 2.4】天津电气传动设计研究所，电气传动自动化技术手册M.3版.北京：机械工业出版社，2 0 1 1.0 5.