电动风机励磁掉电引起停机原因分析

刘世英

1 概述

华菱湘潭钢铁集团有限公司某高炉配套电动鼓风机同步电动机励磁控制系统输入电压：380 V，频率：50 Hz；额定输出电流：120 A。为了保证励磁电源的可靠性，励磁控制柜输入电源来自UPS，UPS采用双电源自动切换供电。

该励磁控制柜与主电机于2006年同步投入运行，由于励磁系统故障2016年6月发生同步电机停机事故，引起高炉风量波动被迫休风。故障发生后，经现场检查35 kV及10 kV供电系统、主变压器、主电机均未见明显异常，查看主变压器保护装置无任何报警。检查励磁控制柜发现励磁监控屏有报警，Exciter-Underexcitation（欠励），同时有报文：4∶28 NO.131 MMCP-Min circuit-breaker tripped（励磁控制断路器跳闸）。

通过报文可以确定此次停机事故是由于失磁引起的。但是构成励磁控制回路元器件较多，如何才能准确找到故障点并进行处理，需要对图纸资料和现场设备设施都比较熟悉。

2 事故处理过程

从故障现象和报警报文进行分析，判断为失磁停机，分析失磁的原因有：（1）励磁进线电源波动或失电；（2）励磁 UPS 故障；（3）励磁控制器故障；（4）励磁控制回路故障等，具体判断处理步骤如下：

2.1 励磁进线电源波动或失电

通过现场检查低压动力箱三相电源正常为AC380 V；励磁UPS进线电源正常对地为AC220 V，相间为AC380 V；双电源切换装置正常无故障报警可以断定进线电源无异常也未出现断电时间超过200 ms的波动。

2.2 励磁UPS回路检查

（1）检查励磁UPS控制面板无异常报警；

（2）检查确定励磁UPS进线电源为AC380 V无异常；

（3）检查励磁UPS出线为AC380 V无异常。确定励磁UPS无异常。

2.3 励磁控制器检查

（1）查看励磁控制器无任何报警；

（2）检查励磁控制器输入电源正常为AC220 V。

但是对于励磁控制器的好坏还不能确定，需进一步确认。

2.4 励磁控制回路检查分析

（1）检查励磁控制柜内无任何开关跳闸，可以排除因控制回路短路造成故障；

（2）检查励磁控制柜内各元器件未见明显异味和烧损痕迹。

图1 原理接线图

通过初步的排查未见明显故障点，但是对于隐藏在元器件内部的故障，不能通过视觉来发现，通过盲目的检测也不一定能在短时间内发现故障。因此为了缩短事故时间，讨论决定通过试开机方式查看原件动作情况，再判断故障点。通过试开机后发现励磁主接触器未动作。

2.5 事故处理

（1）通过查看图纸资料，发现励磁主接触器（型号为：3RT1064-6NP36）控制通过AC220 V和DC24 V共同控制，但由于图纸资料对于具体控制方式描述不清，对于具体控制逻辑无法判断。

同时测量AC220 V主线圈电阻值63.4Ω为合格；对励磁主接触器控制回路进行检查发现，主接触器线圈电源AC220直接送入，DC24 V控制电源通过PLC A2模块D6通道输出。因此推断励磁主接触器是由DC24 V继电器触点控制AC220 V线圈的通断。通过对PLC A2模块D6通道进行强制后发现A2模块D6通道输出DC24 V后主接触器还是没有吸合，最终确定此故障是由励磁主接触器运行中控制回路断线，造成励磁主接触器释放，同步电机失磁引起的。初步判断控制逻辑如图2。

（2）由于新备件为普通接触器（型号为：3RT1064-6AP36），无DC24 V控制接线，因此依据上图进行改造，通过新增DC24 V中继后恢复了接线。再次通过强制PLC A2模块D6通道励磁主接触器吸合，确认无其他异常后再次组织开机，励磁输出正常，故障得到了解决。

图2 推断主接触器控制逻辑

但由于备件与原设备不相符及故障判断和处理时间较长导致高炉事故停炉时间较长，给公司生产经营造成较大损失。

3 事故原因分析

通过事故处理过程来看，主要有三方面原因：（1）技术人员技术储备，消化不足；（2）对产品结构不了解；（3）对现场设备掌控不足，具体分析如下：

3.1 技术人员技术储备，消化不足

该接触器为西门子产品，型号是3RT1064-6NP36，故障率低、可靠性高，现场使用较少，因此技术人员对次产品技术消化不足，在处理过程中没有及时抓住要害，导致故障处理时间较长，同时对图纸资料消化不彻底，对图纸中不详细的地方没有研究透彻，对于此类接触器的控制逻辑不清楚，造成故障查找处理时间较长。

3.2 对产品结构不了解

平时对具有PLC控制功能的接触器使用较少，且该控制板固封在接触器线圈内部，具有较大隐蔽性。通过事后对此接触器进行解体对接触器的全封闭控制模块进行破坏性拆除，由PLC 24 V控制板接口附件原理图可知，该控制板相当于一个无触点开关回路。

图3 内置PLC 24 V控制板接口附件及原理图

正常运行时，24 V直流电源经过电容三点式电路形成振荡回路，产生标准的正弦波电路。当C3充电电压超过T2的启动电压后，T2导通，C3经过R2放电，放电电流在R2产生一个尖脉冲电压波。该脉冲波触发了可控硅SCR导通，从而使主接触器线圈K吸合。当电容C3损坏，T2在射极与基极之间不能形成导通所需电压，可控硅SCR没有触发电压，主接触器在220 V交流电流波形过零点后SCR截至关断。外观检查未发现缺陷，对其进行解体，当把接触器主线圈及静磁铁拔出时，发现控制模块有一个电容掉出，由于主接触器K10的主线圈的电压取自励磁回路，同步电机的主励磁回路存在3次、7次等谐波干扰，容易使该24 V控制板电容加速老化。最终使主接触器的线圈回路开路而失压，接触器欠压脱扣动作，电动风机励磁电源掉电后保护跳闸停

3.3 现场设备掌控不足

该接触器运行将近十年，已超出电子电气设备的更换周期，因对产品结构不了解，没有及时进行更换，同时对于备品备件准备不足，现场没有准备同类型备件导致事故处理时间延长。

4 结论

通过对此次事故原因的查找、分析、处理，对接触器不同的控制方式有了更多了解和掌握，同时对于同步电机励磁控制系统有了更深的了解，对于事故处理的方式方法有了更多的认识，今后将加强学习，提高故障处理能力，缩短故障判断处理时间，同时还需对现场设备做更多了解，掌握设备运行状况及时提出更换意见，杜绝设备带病运行，降低设备故障率，减少事故损失。

[1]刘瑞玲，张明.西门子GL150变频软启动技术在电动鼓风机中的应用[J]. 电工技术，2010（10）.

[2]刘志国，罗文旭.西门子GL150变频系统在高炉鼓风上的应用[J]. 变频器世界，2014（9）.