電動風機勵磁掉電引起停機原因分析

劉世英

1 概述

華菱湘潭鋼鐵集團有限公司某高爐配套電動鼓風機同步電動機勵磁控制系統輸入電壓：380 V，頻率：50 Hz；額定輸出電流：120 A。為了保證勵磁電源的可靠性，勵磁控制柜輸入電源來自UPS，UPS采用雙電源自動切換供電。

該勵磁控制柜與主電機于2006年同步投入運行，由于勵磁系統故障2016年6月發生同步電機停機事故，引起高爐風量波動被迫休風。故障發生后，經現場檢查35 kV及10 kV供電系統、主變壓器、主電機均未見明顯異常，查看主變壓器保護裝置無任何報警。檢查勵磁控制柜發現勵磁監控屏有報警，Exciter-Underexcitation（欠勵），同時有報文：4∶28 NO.131 MMCP-Min circuit-breaker tripped（勵磁控制斷路器跳閘）。

通過報文可以確定此次停機事故是由于失磁引起的。但是構成勵磁控制回路元器件較多，如何才能準確找到故障點并進行處理，需要對圖紙資料和現場設備設施都比較熟悉。

2 事故處理過程

從故障現象和報警報文進行分析，判斷為失磁停機，分析失磁的原因有：（1）勵磁進線電源波動或失電；（2）勵磁 UPS 故障；（3）勵磁控制器故障；（4）勵磁控制回路故障等，具體判斷處理步驟如下：

2.1 勵磁進線電源波動或失電

通過現場檢查低壓動力箱三相電源正常為AC380 V；勵磁UPS進線電源正常對地為AC220 V，相間為AC380 V；雙電源切換裝置正常無故障報警可以斷定進線電源無異常也未出現斷電時間超過200 ms的波動。

2.2 勵磁UPS回路檢查

（1）檢查勵磁UPS控制面板無異常報警；

（2）檢查確定勵磁UPS進線電源為AC380 V無異常；

（3）檢查勵磁UPS出線為AC380 V無異常。確定勵磁UPS無異常。

2.3 勵磁控制器檢查

（1）查看勵磁控制器無任何報警；

（2）檢查勵磁控制器輸入電源正常為AC220 V。

但是對于勵磁控制器的好壞還不能確定，需進一步確認。

2.4 勵磁控制回路檢查分析

（1）檢查勵磁控制柜內無任何開關跳閘，可以排除因控制回路短路造成故障；

（2）檢查勵磁控制柜內各元器件未見明顯異味和燒損痕跡。

圖1 原理接線圖

通過初步的排查未見明顯故障點，但是對于隱藏在元器件內部的故障，不能通過視覺來發現，通過盲目的檢測也不一定能在短時間內發現故障。因此為了縮短事故時間，討論決定通過試開機方式查看原件動作情況，再判斷故障點。通過試開機后發現勵磁主接觸器未動作。

2.5 事故處理

（1）通過查看圖紙資料，發現勵磁主接觸器（型號為：3RT1064-6NP36）控制通過AC220 V和DC24 V共同控制，但由于圖紙資料對于具體控制方式描述不清，對于具體控制邏輯無法判斷。

同時測量AC220 V主線圈電阻值63.4Ω為合格；對勵磁主接觸器控制回路進行檢查發現，主接觸器線圈電源AC220直接送入，DC24 V控制電源通過PLC A2模塊D6通道輸出。因此推斷勵磁主接觸器是由DC24 V繼電器觸點控制AC220 V線圈的通斷。通過對PLC A2模塊D6通道進行強制后發現A2模塊D6通道輸出DC24 V后主接觸器還是沒有吸合，最終確定此故障是由勵磁主接觸器運行中控制回路斷線，造成勵磁主接觸器釋放，同步電機失磁引起的。初步判斷控制邏輯如圖2。

（2）由于新備件為普通接觸器（型號為：3RT1064-6AP36），無DC24 V控制接線，因此依據上圖進行改造，通過新增DC24 V中繼后恢復了接線。再次通過強制PLC A2模塊D6通道勵磁主接觸器吸合，確認無其他異常后再次組織開機，勵磁輸出正常，故障得到了解決。

圖2 推斷主接觸器控制邏輯

但由于備件與原設備不相符及故障判斷和處理時間較長導致高爐事故停爐時間較長，給公司生產經營造成較大損失。

3 事故原因分析

通過事故處理過程來看，主要有三方面原因：（1）技術人員技術儲備，消化不足；（2）對產品結構不了解；（3）對現場設備掌控不足，具體分析如下：

3.1 技術人員技術儲備，消化不足

該接觸器為西門子產品，型號是3RT1064-6NP36，故障率低、可靠性高，現場使用較少，因此技術人員對次產品技術消化不足，在處理過程中沒有及時抓住要害，導致故障處理時間較長，同時對圖紙資料消化不徹底，對圖紙中不詳細的地方沒有研究透徹，對于此類接觸器的控制邏輯不清楚，造成故障查找處理時間較長。

3.2 對產品結構不了解

平時對具有PLC控制功能的接觸器使用較少，且該控制板固封在接觸器線圈內部，具有較大隱蔽性。通過事后對此接觸器進行解體對接觸器的全封閉控制模塊進行破壞性拆除，由PLC 24 V控制板接口附件原理圖可知，該控制板相當于一個無觸點開關回路。

圖3 內置PLC 24 V控制板接口附件及原理圖

正常運行時，24 V直流電源經過電容三點式電路形成振蕩回路，產生標準的正弦波電路。當C3充電電壓超過T2的啟動電壓后，T2導通，C3經過R2放電，放電電流在R2產生一個尖脈沖電壓波。該脈沖波觸發了可控硅SCR導通，從而使主接觸器線圈K吸合。當電容C3損壞，T2在射極與基極之間不能形成導通所需電壓，可控硅SCR沒有觸發電壓，主接觸器在220 V交流電流波形過零點后SCR截至關斷。外觀檢查未發現缺陷，對其進行解體，當把接觸器主線圈及靜磁鐵拔出時，發現控制模塊有一個電容掉出，由于主接觸器K10的主線圈的電壓取自勵磁回路，同步電機的主勵磁回路存在3次、7次等諧波干擾，容易使該24 V控制板電容加速老化。最終使主接觸器的線圈回路開路而失壓，接觸器欠壓脫扣動作，電動風機勵磁電源掉電后保護跳閘停

3.3 現場設備掌控不足

該接觸器運行將近十年，已超出電子電氣設備的更換周期，因對產品結構不了解，沒有及時進行更換，同時對于備品備件準備不足，現場沒有準備同類型備件導致事故處理時間延長。

4 結論

通過對此次事故原因的查找、分析、處理，對接觸器不同的控制方式有了更多了解和掌握，同時對于同步電機勵磁控制系統有了更深的了解，對于事故處理的方式方法有了更多的認識，今后將加強學習，提高故障處理能力，縮短故障判斷處理時間，同時還需對現場設備做更多了解，掌握設備運行狀況及時提出更換意見，杜絕設備帶病運行，降低設備故障率，減少事故損失。

[1]劉瑞玲，張明.西門子GL150變頻軟啟動技術在電動鼓風機中的應用[J]. 電工技術，2010（10）.

[2]劉志國，羅文旭.西門子GL150變頻系統在高爐鼓風上的應用[J]. 變頻器世界，2014（9）.