回转窑主驱动装置的选型与常见故障解决

回转窑主驱动装置的选型与常见故障解决

直流电动机起动力矩大,调速性能优良,一次投资费用较少,国内水泥厂回转窑普遍采用直流驱动装置。

1 装置构成及控制原理

回转窑主驱动装置由直流电动机和直流调速器构成。直流电动机现多采用Z4系列回转窑专用电动机,现普遍采用调压调速方式,即改变电枢电压来改变电动机转速,改变窑转速。

直流调速器有模拟控制系统及数字控制系统。

2 选型原则

回转窑有以下特点,即:

回转窑起动时,自身及热工原因,所需起动力矩较大,相应起动电流较高,但正常运行时电流并不高。回转窑停窑时,有回窑现象。停窑瞬间,窑筒体惯性反转,窑转速从减速机侧传至电动机,电枢速度很快,电动机瞬间做发电状态运行,激磁电流不变,反电势很高,换向器表面会形成灼痕,会将换向器打出凹坑,对换向器使用寿命有影响。

鉴于以上原因,回转窑直流传动,选择直流调速装置时,直流电动机及直流调速装置元器件以及控制方案均有所要求。

2.1 电动机选型

基于水泥回转窑特点,各直流电动机生产厂家一般都有回转窑专用型号,如:使用较多上海南洋电机厂ZSN4系列,该系列电动机有较好动态性能,并有较大过载倍数,其值可达2.5倍左右。,通常窑主机额定转速不高,电动机自带风叶散热效果不好,通常需要加装强冷风机,加强冷却。

2.2 直流调速装置选型

直流调速装置整流元件基本采用可控硅元件,可控硅自身过流能力较差,选型时应考虑足够裕量。直流调速器主要参考值如下:

1)额定电压:直流调速装置额定输出电压一般与直流电动机额定电压相一致。可控硅元件额定电压一般是正常工作电压峰值2～3倍值。

2)额定电流:厂家生产直流调速装置额定电流一般是指装置输出平均电流,国外品牌元器件过流能力一般为1.5倍,但过流能力与时间有关,选型时应注意。

AB公司直流调速器最大过载能力是1.5倍,时间为1min。而国内厂家直流调速器很少时间前提下提出过载倍数。

选取直流调速器,国外品牌其额定电流应为:Id≥(2.5～3)Ie/k

式中:Ie——直流电动机额定电流;

k——满足合适起动时间直流调速器允许过载倍数。

国内厂家产品额定电流应为:Id>Ie。整流装置所需过流能力已从可控硅元件选择上做了保证。如:北京整流器厂KGSF系列可控硅传动装置设备说明书中起动性能描述如下:任意给定转速下,均可满负荷起动。

可控硅元件额定电流:带较大电感性负载时,整流装置输出电流波形连续,流过可控硅元件平均电流为整流输出平均电流1/3,即:IT=Id/3。

式中:IT——可控硅元件平均电流;

Id——直流调速装置输出平均电流。

决定可控硅元件允许电流大小是温度,具体说是指管芯PN结温度。此指标主要与电流有效值有关。但可控硅额定电流是指常温和正常冷却条件下,带电阻性负载单相工频正弦半波电路中,管子全导通时结温不超标所允许最大平均电流。需要电流有效值相等原则下,将实际允许平均电流与额定电流进行换算。考虑裕量,可控硅额定电流:

ITa=(ITd×Kf/1.57)×Kt

式中:ITa——可控硅实际允许平均电流,实际计算中可选为电动机最大过载倍数电流1/3;

Kf——整流波形系数(电感性负载,三相全控整流桥,其值取为1.73);

Kt——电流裕量系数,一般可取1.5～2倍。

整流装置额定输出电流大小应与可控硅元件相匹配。

直流调速器实际选型中应充分考虑回转窑起动特性,调速器容量与电动机过载能力应相一致,最大有效发挥二者能力。

直流调速装置选型实例:

我厂1、2号窑为年产熟料35万t湿法窑。回转窑主传动采用双传动方式,2台电动机电枢相串联。窑主电动机主要参数如下:

单机功率:220kW

电枢电压:220V;电枢电流:960A

所选直流调速装置如下:

型号:KSF22-1000/440

额定输入电压:380V额定输出电压:440V

额定输入电流:816A额定输出电流:1000A

生产厂商:西安电力整流器厂

从该设备选型可见,基本满足前面所述选型要求,运行情况良好。

四川双马水泥集团7号窑,为年产水泥50万t湿磨干烧窑,窑中主传动电动机采用单传动方式,窑主电动机参数如下:

型号:ZSN4220kW

额定电枢电压:440V;额定电枢电流:550A

电动机过载倍数:2.5～3

双马厂选用直流调速器为西门子公司全数字直流调速装置6RA70系列1200AR产品。

由公式Id≥3Ie/k=3×550/1.5=1100A可见,该选型是比较合理。实际运行情况错。

3 回窑控制方案

直流调速装置一般是做双闭环运行,即流调、速调,回转窑直流驱动系统正常时,运行非常平稳。但停窑时,回窑产生较高反电势,会对系统造成一定危害。故控制系统应有较为完善解决方案。现提出一些观点,以供商榷:

1)本桥逆变:停窑时,电动机高速反转,产生反电势较高,此时可使导通角α>90°,整流电路进入有源逆变状态工作,实现直流逆变交流,将电能回送电网。

2)减弱激磁:停窑时,分断主接触器,并同时将激磁电流大幅减小以限制反电势。

3)能耗制动:停窑时,整流装置封锁脉冲,主接触器分断,同时电枢主回路中串入能耗制动电阻以消耗回窑反电势能量。并可与第二种方案作互补控制,进一步减小回窑对直流驱动装置影响。

实例:西门子6RA70系列产品本身就具有方案1和方案2功能,其中方案1为此套系统标准功能,无需外加器件,即可完成;方案2也无需外加器件,对直流调速装

置内部参数设定来完成,达到主回路一掉电,励磁电流成倍减少,成倍减少反电势。2种方案可以同时运用,以达最佳效果。四川双马水泥厂6号和7号线上均运用了此2种回窑控制方案,效果比较理想。

4 直流驱动装置故障分析

1)电流波动,窑速不稳。由直流调速理论可知,直流电动机转速(窑速)电流与整流电压、激磁磁通都有关系,二者发生故障对窑速和电流均有影响。

①电动机内部激磁电源线有破损,电动机运行中电动机振动有瞬时碰壳现象,电动机转矩下降,转速降低,电动机转动发生困难,现场表现为窑速波动。

实例:我厂4号窑窑速波动,时不时发生转动困难。当时一度怀疑触发装置故障,但现场检测中,触发脉冲完全正常,后拆开电动机发现是激磁线破损,处理完后开机正常。

②调速装置整流柜上冷却风机引起振动,造成电路印制板上相关元件焊点松了,或是相关电子元件发生故障,脉冲时无,可控硅元件触发不可靠,用示波器观察会发现电压波形1个以上波头不稳定、闪动情况。

此故障我厂3、4号窑多次发生,尤其是每年夏季,天气炎热、潮湿,我厂收尘效果又太好,粉尘相对较大,对电气元件影响较大。

③外部给定信号,电气元件接触不可靠,造成触发脉冲不可靠,引起电流和窑速波动。

2)窑速突然下降,但之后窑主机能稳定运行

造成这种情况主以下2种原因:1)触发脉冲丢失,比如触发回路相关器件脱焊,相应可控硅回路无法导通,造成输出整流电压下降;2)可控整流桥桥臂上可控硅元件故障,或是熔断器熔断,造成输出电压下降,常见故障有一臂、两臂及一相断开。我厂3、4号窑曾多次发生此类故障。主熔断器熔断引发故障。

3)窑主电动机无法起动

此种情况有以下原因:①外部联锁控制设备故障,主电动机控制回路无法接通;②多个整流元件或是触发回路故障,输出电压低,整流装置提供起动电流太小,起动力矩不够,不能起动。③检修后触发脉冲出线接线不慎,造成可控桥整流元件触发顺序混乱,电压波形异常。

实例1:我厂4号窑主电动机直流传动装置柜控制脉冲分配板上触发脉冲出线整