凹山选矿厂高压辊磨机驱动典型故障分析

2021-03-07张锦鹏桂志海王传龙王合兵

现代矿业 2021年1期

张锦鹏桂志海王传龙王合兵

(安徽马钢矿业资源集团南山矿业有限公司)

当前高压辊磨机在金属矿山运用已经很普遍，南山矿业公司超细碎系统于2005年底建成投产,是国内矿山最先采用高压辊磨机工艺的矿山。南山矿自动控制系统以高压辊磨机为中心，采用西门子S7-300PLC、WinCC监控构成，基于工业以太网技术[1]和PROFIBUS-DP现场总线的分布式控制系统，在中控室可对超细碎全流程设备启停、调速等实现自动化控制。但使用了十多年的中压变频器进入故障高发期，针对现况总结近年来产生的几例典型故障案例的处理过程和方法，以供参考。

1 高压辊磨机驱动系统概况

高压辊磨机动、定辊驱动系统主要由西门子3AH5115型高压断路器、泰开WXH-55T型所用变综合保护测控装置、三绕组ZTS-2200/6型整流变压器、西门子SIMOVERT MV(6SE8020-1AA01-Z)空冷中压变频器、西门子IPQ4.504-4CV00-Z 型中压电动机构成。中压变频器SS52通讯模块连接外部I/O接口ET200S，作为主控S7-300PLC的主站下的一个从站，依靠ET200S接口模块IM151和输入、输出模块进行主从站数据交换；对动、定辊电机进行调速控制和功能保护。

2 典型案例

2.1 故障代码NO.103电机超速

针对故障通过查看手册，说明电机速度实际值已超过超速阈值。其可能的原因：①电机由负载拖着转动并且不能维持其自身很低的蕴藏的发电功率；②运行在空载状态下的传动系统的直流母线电压高于Vdmax 调节器的干涉点。

案例分析处理：该故障报警跳停频率较高，大都发生在高压辊磨机正常作业过程中，高压辊的压力正常，电机端和水端一般都在190 bar左右，辊间隙差值较小(小于10 mm)，两辊功率相近，速度设定值稳定运行，且无频繁调整。从电机角度仔细分析原因，应是由于电机速度设定值和实际值相差较大，激发了变频器超速阈值而进行保护性跳停。结合生产实际总结分析得出：①物料品质变化。采场工作面改变导致上道工序送来的碎矿性质发生变化，高黏土含量多，硬度变软，在辊磨机工作条件不变的情况下导致该故障发生。②矿石潮湿且分布不均。雨季矿石潮湿，容易黏在承斗和重力给料器侧壁上，偶尔会造成两辊料柱空穴，导致超速跳停。③承斗给料皮带下清扫器产生的湿料推入。④操作不精心，承斗料位过低。⑤滑动给料闸板门开度操作不当。当压力上升到设定值时(180 bar)，闸板门如果开度过大容易跳停。

2.2 故障代码NO.234直流母线低电压

经整流后的直流部分是由电容器组、放电晶闸管和预充电装置基本元件组成[2](图1)。预充电装置是在变频器停止且高压断路器分闸后才能进行预充电。当直流部分发生过电压时，在直流母线上的元件触发放电晶闸管(无来自闭环控制系统的触发命令)进行保护。

图1 变频器基本电路方框图

中压变频器电源由41#总降压6 KVⅡ段4120#柜向超细碎49#高配室的4910#Ⅱ段受电柜供电，经4912#、4913#柜给定、动辊中压变频器三绕组变压器供电。近年来，经统计每年约有十多次因电网晃电造成变频器报234故障——直流母线电压低而跳停，直流母线电压低于P553中设定的限值(工厂设定=0.8，相应于直流母线额定电压的80%)。造成该故障的根源在于供电质量。41#总降压6 KVⅡ段上有高村铁矿采场、主厂房、牵引所等用户及家属区生活用电，电网晃电主要原因在于电铲、牙轮钻采掘设备高压电缆易放炮，球磨机同步电机易放炮。41#总降压配电系统为中性点不接地系统，因其他原因其零序保护未投入，所以母线段一个用户发生接地短路就会影响其他用户，而中压变频器的直流母线电压检测很灵敏，一旦低于设定阈值，立即保护跳停。解决方案：一是修改P553设定值。该系统2005年投产使用，西门子早已不提供技术支持，没有相应软件和修改参数途径无法实施；二是从供电方着手，将粗放式用户、易发生高压接地短路用户、家属区用户调换到41#总降压6 KVⅠ段，同时恢复零序保护功能，并设定为立即跳闸，及时切除故障用户。经选厂与动力车间协调后，该类型故障发生率显著降低。

2.3 故障代码NO.144 IGBT或IGBT触发回路故障

高压辊磨机手册指导说明:至少1个IGBT或1个IGBT 触发回路已发出故障状态信号，变频器故障停机且准备好信号无效。故障原因:① IGBT 触发回路损坏[3]；②光纤电缆损坏[4]；③IGBT 损坏。

(1)该类故障第1次发生在2018年4月，因中压变频器控制回路电源变压器过流跳闸导致高压辊磨机跳停。送电后启动高压辊磨机即跳停，动辊变频器报144故障。报该故障根据手册分析，是由IGBT器件、触发板、光纤电缆3部分引起。通过OP7面板查看直流母线电流为零，测量直流监测点无电压后打开功率柜门，钻到功率柜内初步查看IGBT触发板绿色LED指示灯亮为正常。检查IGBT触发控制板-A300UEL光电隔离模块的X11～X34端口三相共12个触发信号和返回信号光纤通断状况良好。由于现场没有检测设备，为了验证是否是UEL模块损坏，将未报故障的定辊UEL模块与动辊互换再启动，高压辊磨机依然跳停，动辊报144故障，证明UEL模块完好。通过检查发现-A170光纤继电器输入端口断裂，而且是新断裂痕迹，分析原因是由于操作人员站在椅子上更换上方UEL模块时撞击造成断裂。操作人员用胶布包裹固定好后再启动，成功启动，未发现导致144故障的根本原因。

(2)该类故障第2次发生在2018年7月中旬，停产检修12 h后启动高压辊磨机即跳停。按第1次故障排除方式进行检查未发现故障点，动、定辊UEL模块互换，自检通过再启动正常。

(3)该类故障第3次发生在2018年9月下旬，日例行停检2 h后启动跳停，动辊变频器报144故障。通过OP7面板打开“半导体诊断”子菜单，显示-A63块-A22模块故障。根据诊断指示，更换该串联组IGBT-A22触发板后，再到诊断子菜单更改参数P052=240，进行HV-IGBT和HV-IGBT触发装置测试操作，测试结果正常，P052=0，返回。再启动高压辊磨机，跳停报144故障。辊磨操作人员反映，监控画面显示启动瞬间动辊电流100.3%，接着跳停。再次启动测试，发现跳停后Udc=0 V，Imax=223.10%，显然是错误电流测量值。该型变频器在功率柜装有3个用于检测实际值的分流器。如图2电源及光纤信号联络图所示，两个AVT2 电子分流器和1个电压分流器AVT3用来检测输出电流和输出电压，将测量值转换成系列光信号后通过光纤电缆送至MIL和ITSP2模块进行转换计算。因此判断实际测量值采集、变送、光纤电缆、MIL1光接口模块中某一环节出现问题。首先区分是哪相电子分流器出现故障，拔掉MIL1上的光纤端子X35/36发现电流值消失，确定为W相分流器，更换AVT2电子分流器，再次启动，运行正常。电源及光纤信号联络图见图2。

该类故障原因总结：①供电电源方面：检查A200-D02-A2-X2 ITSP2 MV信号处理器模块和-A300之间的连接。公共电源GSV(-G90)装在逆变器柜的右侧板上。如图2所示，GSV电源供电给IGBT 触发板、放电回路、输出电压和电流检测模块、直流母线电压检测模块。如果该电源发生故障则发出信号使变频器断电。SITOP电源-G130(电压符合控制系统电源电压)为预充电接触器线圈、柜面OP7、ET200S、风扇接触器线圈、A300UEL模块提供电源。②电气元件原因：发生过的故障有A63-22触发板损坏、A170光纤继电器光纤接口断裂漏光、A300UEL触发隔离板故障、A300UEL5V电源损坏、G130电源硬件损坏导致变频器报144故障跳机。③光纤电缆和接口：MVP1 IGBT控制模块的68芯插头松动、MIL1光接口模块插头X33、34、35、36、37、38接触不良，现场检测到的信号在接触不良时ITSP2 MV信号处理模块报144故障代码跳机。④现场采集信号器件，如图3实际值分流器检测回路所示的AVT2U相-U41：(X34X33)，AVT2 W相-U61(X35X36)，AVT3-U200(X38X37)，这3个分流器自身出现故障或现场采集的数据失真，则变频器将发出误报警或跳机信号。

图2 电源及光纤信号联络图

图3 实际值分流器检测回路

2.4 故障代码NO.143 TVR A控制偏置，实际值检测未校准

高压辊磨机手册指导说明：电压和电流实际值(对于1个并联线路配置:系统 A)偏移量必须被校准。如果在-A200-D01-X50插入1块新的程序卡，Simadyn D 机箱电源断电同时备用电池被取出或电能耗尽，A200-D01和-D02(和为并联连接的-D03)被取出，则该信息被显示。

案例分析处理：2013年因强电干扰，雷击跳电造成电源模块损坏，更换Simadyn D机箱电源后上电即报143故障。根据西门子技术指导，通过OP7操作面板HOME键→子菜单18SERVICE→ENTER→将P052=0改为P052=200→ENTER→OFF SET ADJUSTMENT ON=K3→按OP7面板K3键→ENTER→按OP7面板▲键→将参数P052=0→ENTER即可。