水泥企業(yè)回轉(zhuǎn)窯直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試

衛(wèi) 東，劉慶元

（河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450002）

水泥回轉(zhuǎn)窯屬于水泥廠燒成系統(tǒng)最重要的設(shè)備，回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)的正常與否關(guān)系到整個(gè)燒成系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司研發(fā)的全數(shù)字直流調(diào)速裝置，可驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。該型號(hào)裝置自1995年首次在水泥行業(yè)應(yīng)用以來(lái)，就以運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定、功能齊全、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等特點(diǎn)，在同等水平的全數(shù)字產(chǎn)品中最有應(yīng)用前景，在全國(guó)水泥行業(yè)得到了廣泛的推廣，受到用戶的一致好評(píng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型

現(xiàn)以某水泥有限公司的回轉(zhuǎn)窯直流調(diào)速系統(tǒng)為例，闡述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型過(guò)程，該公司的回轉(zhuǎn)窯直流電機(jī)參數(shù)為：上海南洋電機(jī)廠產(chǎn)品，ZSN4-400-22，630kW，1 000r/min，660V，1016A，勵(lì)磁：180V，24A，他勵(lì)。

現(xiàn)在，水泥回轉(zhuǎn)窯使用的都是ZSN4系列直流電機(jī)，設(shè)計(jì)要求起動(dòng)時(shí)扭矩要達(dá)到并超過(guò)2.5倍過(guò)載，我們知道回轉(zhuǎn)窯在極少的條件下會(huì)達(dá)到2.5倍扭矩，比如回轉(zhuǎn)窯堵料，熱窯并有故障停窯的情況下，導(dǎo)致窯況變化，如窯彎曲導(dǎo)致扭矩變大；再比如窯內(nèi)生成“雪球”導(dǎo)致扭矩變大。正常情況下，回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)功率低于80%電機(jī)的額定功率，正常情況下，窯空載從零速起動(dòng)時(shí)，大約是10%～20%電機(jī)的額定功率。

直流控制器有著良好的過(guò)載性能，出力大，易維護(hù)，性能優(yōu)良，在水泥回轉(zhuǎn)窯上有著廣泛的應(yīng)用，所以我們選用直流限控制器。回轉(zhuǎn)窯是單象限運(yùn)轉(zhuǎn)，不存在正反轉(zhuǎn)，我們選擇單象限直流控制器即可滿足要求。

電機(jī)電流1016ADC，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，1016A×2.5=2540ADC，控制器我們選用ABB公司的DCS800-S01-2000-06，或者CT公司的MP1850-01-06系列產(chǎn)品，ABB公司的DCS800-S01-2000-06控制器可以過(guò)載1.5倍60S，即2000×1.5=3000A；CT公司的MP1850-04控制器可以過(guò)載1.5倍30S，即1 850×1.5=2 775A；歐陸591P選擇591P-2200控制器可以過(guò)載1.5倍30S，即2 200×1.5=3300A，均大于2540A，滿足要求。

勵(lì)磁控制器選擇大于24A，選用ABB控制器選擇配套的勵(lì)磁控制器——DCF803-0035，勵(lì)磁電流35A，滿足使用要求?；蛘哌x用安薩爾多的50A勵(lì)磁控制器也可以。

變壓器的選擇：直流控制器額定電壓660V±10%，勵(lì)磁控制器最大進(jìn)線電壓為600V，所以，我們選擇整流變壓器電壓570V±5%即可，注意要選擇整流變壓器。

斷路器的選擇：電機(jī)電流1016ADC，折合到交流側(cè)交流電流就是：大約1016×0.85=864A，我們選擇施耐德電氣的MT16-1600 3P 5.0 660V 1600A，滿足要求。

其他電氣元件，按照規(guī)范選用即可，浪涌保護(hù)器按照1 500A選用，控制回路的快速熔斷器按照63A選用。按要求可以配以保護(hù)電路，控制器本身就有強(qiáng)大的PLC控制功能，也可用配合PLC來(lái)控制，使用更方便。柜體的選擇可根據(jù)控制器體積和需要散熱的風(fēng)量等，按照說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙上電纜溝的基礎(chǔ)來(lái)確定合理的尺寸。

至于控制器的輸入、輸出信號(hào)、開(kāi)關(guān)量、模擬量信號(hào)等參照相關(guān)的說(shuō)明書(shū)，要認(rèn)真閱讀說(shuō)明書(shū)，這對(duì)于整個(gè)工程的設(shè)計(jì)及后期調(diào)試及維護(hù)很關(guān)鍵。

2 系統(tǒng)裝配及設(shè)備特點(diǎn)

本裝置是以知名品牌的全數(shù)字直流驅(qū)動(dòng)器為主體，配以完備的外圍控制設(shè)備構(gòu)成。所選用全數(shù)字直流驅(qū)動(dòng)器，都是三相全控橋式IGBT管整流，微機(jī)控制、全數(shù)字化的、最新型直流驅(qū)動(dòng)器。

主回路根據(jù)需要裝配有整流變壓器（或者是進(jìn)線電抗器）、整流變壓器、框架斷路器、快速熔斷器、防浪涌保護(hù)器，控制回路主要有勵(lì)磁回路、輸入輸出模塊、控制電器等。

主要功能：

（1）全數(shù)字參數(shù)設(shè)定、顯示和故障診斷。

（2）相序無(wú)要求。

（3）任選測(cè)速電機(jī)、編碼器或電樞電壓反饋。

（4）參數(shù)自整定、自適應(yīng)，具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

（5）具有超載、過(guò)流、欠磁、反饋丟失、電樞開(kāi)路、缺相等保護(hù)功能。

（6）對(duì)裝置的控制，可選“本柜”或“集中”方式，“本柜”用于調(diào)試，“集中”用于正常的集中控制生產(chǎn)流程。

（7）本裝置I／O（輸入／輸出）見(jiàn)表1。

表1 本裝置I／O（輸入／輸出）

3 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及案例說(shuō)明

（1）內(nèi)蒙古某水泥廠 1 000t/d水泥生產(chǎn)線，回轉(zhuǎn)窯直流電機(jī)電樞采用采用全數(shù)字直流調(diào)速裝置——英國(guó)CT公司MENTORII/M700直流控制器，電機(jī)勵(lì)磁采用英國(guó)CT公司勵(lì)磁模塊型號(hào)：FXM5，輸出電流20A，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)電機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)電機(jī)勵(lì)磁無(wú)輸出，換用另1臺(tái)勵(lì)磁模塊，發(fā)現(xiàn)電機(jī)仍然無(wú)勵(lì)磁電流輸出。我公司另外一位工程師到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，由于勵(lì)磁模塊的電流輸出與經(jīng)過(guò)電壓互感器的繞線匝數(shù)成反比例關(guān)系——I1/N1=I2/N2，我公司售后服務(wù)人員在調(diào)整勵(lì)磁模塊的電流輸出改變線圈匝數(shù)時(shí)，把進(jìn)電壓互感器的線接反了方向，導(dǎo)致勵(lì)磁電流無(wú)輸出，改變了穿過(guò)電壓互感器的線圈的繞向，經(jīng)過(guò)開(kāi)機(jī)調(diào)試，解決問(wèn)題。

要仔細(xì)核對(duì)設(shè)備元器件的說(shuō)明書(shū)，和設(shè)計(jì)圖紙等資料，要養(yǎng)成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度。

（2）河南鄭州某水泥廠，回轉(zhuǎn)窯采用全數(shù)字直流調(diào)速裝置，調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)旁啟動(dòng)正常，中控啟動(dòng)無(wú)轉(zhuǎn)速反饋，檢查直流控制柜，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)設(shè)置參數(shù)正常，中控給定4～20mA信號(hào)，控制器上數(shù)值無(wú)變化，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)中控至控制柜的給定模擬信號(hào)通道損壞，經(jīng)更換模擬信號(hào)通道后，運(yùn)行正常。

（3）新疆哈密某2 500t/d水泥廠回轉(zhuǎn)窯采用全數(shù)字直流調(diào)速裝置，進(jìn)線的常熟框架斷路器，主回路合閘的同時(shí)也在分閘，由于不停地分合閘，發(fā)生燒毀框架斷路器現(xiàn)象，后經(jīng)檢查，是控制回路線路設(shè)計(jì)原因，經(jīng)過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，框架斷路器合閘線圈燒毀，后來(lái)更改控制回路線路和更換框架斷路器合閘線圈，排除故障，運(yùn)行正常。

要根據(jù)框架斷路器說(shuō)明書(shū)和控制器說(shuō)明書(shū)輔以控制電路實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，不能馬虎大意，甚至從別的設(shè)計(jì)圖紙上照搬別的框架斷路器的電路而不修改，這都是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，也是不?fù)責(zé)任的態(tài)度。

（4）河南南陽(yáng)某水泥廠 2 500t/d水泥生產(chǎn)線，回轉(zhuǎn)窯直流電機(jī)電樞采用采用全數(shù)字直流調(diào)速裝置——英國(guó)CT公司MENTORII/M1850直流控制器，電機(jī)勵(lì)磁采用英國(guó)CT公司勵(lì)磁模塊FXM5/40A，窯況異常停窯，在再次啟動(dòng)設(shè)備的時(shí)候，控制設(shè)備報(bào)故障，不能正常啟動(dòng)。技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)控制器故障碼為“ PHS ”，測(cè)量發(fā)現(xiàn)控制器進(jìn)出線電壓異常，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)窯內(nèi)堵料嚴(yán)重，于是聯(lián)系中控室用輔傳電機(jī)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)，開(kāi)始時(shí)電流大，運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間電流正常了。拆開(kāi)控制器，更換可控硅后，開(kāi)機(jī)試驗(yàn)及運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

本次事故原因是在非正常停機(jī)再次開(kāi)機(jī)的時(shí)候未檢查生產(chǎn)工藝狀況，比如本次停機(jī)時(shí)窯內(nèi)堵料，操作人員不知道現(xiàn)場(chǎng)情況，還有中控給定4～20mA信號(hào)在20mA處，即電機(jī)未在零速起動(dòng)，直接以最大速度帶料重載起動(dòng)，仍然正常開(kāi)機(jī)，引起電機(jī)堵轉(zhuǎn)，導(dǎo)致燒毀控制器可控硅的情況發(fā)生。這種情況下，開(kāi)機(jī)，可以先用輔傳電機(jī)先慢轉(zhuǎn)，然后待電樞電流降下來(lái)，再用主傳動(dòng)帶回轉(zhuǎn)窯，要從零速起動(dòng)。

（5）河南某水泥廠回轉(zhuǎn)窯全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)采用ABBDCS800-S01-2000-04型控制器，在一次停機(jī)檢修后，無(wú)法正常啟動(dòng)，技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)一切正常，仍然無(wú)法啟動(dòng)，檢查控制器菜單未發(fā)現(xiàn)異常，控制器也無(wú)故障顯示，于是把控制器恢復(fù)出廠設(shè)置，重新設(shè)置菜單后，對(duì)電機(jī)進(jìn)行自整定，保存菜單后，啟動(dòng)電機(jī)發(fā)現(xiàn)可以正常啟動(dòng)。

直流控制器有密碼保護(hù)，應(yīng)該有專門的技術(shù)人員負(fù)責(zé)維護(hù)工作，對(duì)不同的人員可以開(kāi)放不同的權(quán)限，不能讓無(wú)關(guān)人員隨意改動(dòng)菜單設(shè)置，出現(xiàn)不能開(kāi)機(jī)的故障，影響正常的生產(chǎn)。

（6）鄭州某水泥廠 2 500t/d水泥生產(chǎn)線，使用的歐陸控制器，調(diào)試時(shí)輸入電機(jī)電流電壓等數(shù)據(jù)后，報(bào)電機(jī)不匹配的故障，仔細(xì)看說(shuō)明書(shū)，說(shuō)明書(shū)要求電機(jī)的額定電流按照控制器電流寫(xiě)入，否則報(bào)故障。把控制器電流輸入電機(jī)電流后調(diào)試正常。