4000td窑主传直流传动装置快熔及晶闸管烧毁原因及解决措施

4000t/d窑主传直流传动装置快熔及晶闸管烧毁原因及解决措施

王帆

万洲电气集团有限公司湖北襄阳441001

摘要：本文针对某水泥厂4000t/d回转窑主传动ABB公司DCS800直流调速装置快熔及晶闸管烧毁原因进行了详细的分析，并提出了相应的解决措施，对相关参数进行了重新设置优化，结果表明，该装置是能够带载启动回转窑负载的。

某水泥厂窑主传直流电机为420KW，电枢440V/1020A，励磁180V/21.3A，额定转速额定1000rpm。配套我公司直流调速柜，我方选用ABB公司DCS800-S01-1500-04直流传动装置。该回转窑φ4.3×64M，2011年1月投产。一般情况下先由辅传电机传动，再由窑主传直流电机启动回转窑，再投入物料进行煅烧。

1、启动回转窑时出现的问题

该窑带载时正常情况下窑内有250T料，由于意外情况，需停机检修。重新启动回转窑时，主传动直流调速柜显示启动电流约1700A，直流电机堵转瞬时，启动最终失败。据用户检查，DCS800直流装置内一桥臂熔断器和晶闸管已经烧坏。

2、原因分析

按公司要求，笔者前往该厂出差。主要有两个目的，一是对窑主传动直流柜内直流装置烧毁进行分析；二是负责用户回转窑带满载时我方直流柜能够正常启动，来借此证明该窑直流传动装置的选型是没有问题的。到该厂后，笔者了解到调试人员最初调试时，该直流柜带载启动造成一只快速熔断器和一只平板式晶闸管烧毁，后我方联系ABB公司更换了快熔和晶闸管。用户强烈认为我方该直流装置容量选型过小，要求我方更换直流装置。

2.1现场检查

在用户电工的带领下，笔者到窑尾查看了主传直流电机及铭牌参数，检查了电机绝缘情况。随后笔者又去配电室仔细检查了关键参数的设置。错误设置如下：

99.03(电机额定电流)=1700A

22.01(斜坡加速时间)=20S

电流限隔、转矩限幅、转矩给定通道、堵转转矩、堵转时间都为装置内部默认，全部没有设置。

据电工讲调试人员最初按电机铭牌设置1020A，不能带载启动回转窑，为使装置能输出大电流又改成为1700A。实际上，把电枢电流设置成1700A优化后装置自保存的内部相关电枢参数模型全部是错误的。最终导致桥臂快熔和晶闸管烧坏。正确的设置应该是99.03(电机额定电)=1020A ，再适当放大电流限幅和转矩限幅值来达到装置输出大电流的目的。，起动时间过长。有关电流限隔、转矩限幅、转矩给定通道、堵转转矩及时堵转时间全部没有设置。

2.2原因分析

直流装置保护有两道防线，第一道防线是装置内部电流调节器（或称限幅调节器），第二道是桥臂快速熔断器。分析装置烧坏时的原因：

DCS800固件手册中有关电流限幅中的参数讲解如下图：

如上图逻辑限幅值中3.24之上部分为两象限直流装置逻辑图。根据该图2.19(最大转矩值)、2.13（实际转矩给定值即装置理论允许电机最大输出转矩）由2.22(电机实际最大转矩值)、20.12(电机1 正桥电流限幅)、3.24都由上述三个参数设定后计得出。

2.2.1 调试人员将设定直流装置电枢电流为1020A ，斜坡加速时间（即起动时间）为20S ，各限幅值都没有设置，按装置内部工厂出厂时默认为100%。即电流调节器允许装置输出的最大电流为1020A 。该窑带满载时，窑内容物料为250T 料，启动电枢电流值约1700A 。这个电流值是负载强行把装置输出电流拉高的结果，实际上电机速度是远高于装置内部电流调节器的调节速度。当负载强行把装置输出电流拉高时，此时的电流调节器就不能再限制装置输电电流的大小。引起电机堵转，起保护作用的第一道防线电流限调节器被突破，这时第二道防线桥臂快熔要起动保护作用。经笔者查看，桥臂快熔保护电流是1250A ，结合该装置内部实际情况，根据快速熔断器的接入方法，I R ≤1.57I T, I T 是晶闸管通态平均电流,实际是800A ，ABB 选择的是玻斯曼即（Bussmann ）品牌，其保护值刚好接近1.57倍,可见其保护选型稍稍偏大。

2.2.2因为斜坡加速时间设置为20S ，即起动时间为20S ，笔者认为时间过长。大容量整流装置中，桥臂的并联支路数根据系统短路电流的大小来确定，每一支路由硅元件与保护半导体器件熔断器组成。为保证发生内部故障时的整流装置仍能继续供电，与故障元件串联的熔断器必须熔断，而完好的晶闸管和串联的熔断器不能损坏。因此，必须使与故障元件串联的快速熔断器的熔断值I 2T 值小于串联在桥臂上的全部熔断器熔化I 2T 值。如果为保护其他桥臂硅元件使之不致损坏，应满足以下公式要求：

AK

A K m RD 1

m 为并联支路数，实际为3，K 为动态均流系数（一般取0.5-0.6）,A RD 为熔断器最大熔断I 2T 值，AK 为硅元件的浪涌值。根据该公式，快熔及晶闸管I 2T 保护值是由I 和T 来决定的。在这里可以看作是启动时晶闸管承受的大于其通态平均电流值的时间，T 值过大，很容易引起I 2T 值迅速过大超过快熔熔断所需要的热量而使快熔熔断，快熔熔断后，第二道防线即被突破，短时间内熔断器在减弧过程中，在线路中产生过电压，过高的电压使晶闸管产生反向击穿。实际上，如果将该值设置小后，如果不能带载启动回转窑，装置便会自动触发过流故障，自动停止工作，这是装置内部保护。

2.2.3直流调速柜内采用ABB公司“DCS800-S01-1500-04”型1500A直流调速装置，笔者认为选型应该是合理的，能够满足该回转窑起动要求，原因如下：对窑体要求2.5 倍的起动力矩即要求瞬间的电枢电流达到其额定电流的2.5 倍。

Iq=2.5I N =2.5 × 1020=2550A Iq 为直流电机瞬间的起动电流，即为直流装置瞬间的输出给电机电流。了直流调速装置的选型计算：因直流电机在2.5 倍的起动力矩时的电枢电流为Iq=2550A ，而ABB全数字直流调速装置按其30S 过载倍数通常为2.5 倍，按保守2倍考虑，则要求直流装置额定输出电流为：

I1 ＝Iq/2=2550 ÷2 =1275A 因此我们公司选用ABB 公司DCS800-S01-1500-04 1500A ≥1275A全数字

直流调速装置，是合理的，理论上，是完全可以启动该回转窑的。而实际上，该窑满载250T物料时启动电流也只有约1700A，在其过载范围内，正常情况下是不会烧坏装置的。

3、解决措施

将电枢电流设置为1020A，斜坡加速时间设置为12S，根据上图应设置的参数如下：

20.18(转矩最大值选择器)=2(AI2，模拟量输入2由中控给出)

20.05(最大转矩)=250%(装置允许最大值为325%)

20.12(电机1正桥电流限幅)=250%（百分数表示的整流桥1电流限幅值，即为所设定的电枢电流值的倍数）同时设置堵转转矩、堵转时间等参数后，再次优化电机电枢和励磁后以及速度环。经试验，回转窑带载顺利启动，没有再出现电机堵转和烧坏快速熔断器及晶闸管的现象。

参考文献：

1、DCS800直流模块固件手册, 2007年7月

2、电气工程手册，2008版

地址：湖北省襄樊市长征路58号万洲电气集团有限公司王帆收邮编：441001

电话：0710-*******-8306 159********

电子邮件：xiangfanwang@https://www.wendangku.net/doc/ca9473945.html,