1、- 1 -转子变频系统应用的整体解决方案的探讨生产技术部 张玉超 王文岩摘 要 通过对晓南矿主井转子变频系统运行过程中产生问题分析，确定其属于转子变频器系统应用中的不足方面，结合现场实际，提出了合理的整体解决方案，并在现场实施，收到了预期的效果，为将来更好的应用转子变频提供了宝贵的第一手资料。关键词 转子变频 应用 解决方案 探讨1 引 言煤矿整套的提升系统受到现场条件所限，只能更新电控部分，如采用 PLC 控制、转子变频拖动、微电脑网络化智能控制等设备，不能对其主要机械设备和主执行原件进行更换。从而导致系统稳定性不能得到保证。晓南矿主井转子变频调速系统改造完成后，总体的运行效果很好，但同时也
2、存在着一些问题。2 问题分析及其解决方案2.1 转子变频改造后存在的问题2014 年 3 月至 2016 年 8 月期间，晓南矿主井转子变频故障率较高，20 多天就得更换电机，导致变频系统无法运行。主要体现在变频用的整流柜和逆变柜内部的可控硅和控制板等电器元件损坏，主电机频繁的烧断转子引出线。变频系统的整流及逆变内部的电器元件损坏后，现场可以倒闸到编码系统提升，中断生产时间非常短；但是主电机出现问题后，电机能进行维修将会中断生产 23h 左右，很多时候主电机损坏后，根本不能进行现场维修，只能立即更换主电机，现场组织更换主电机将会中断生产 56h，另外由于是突发性故障抢修，涉及到检修维护人员较多
3、，实际作业中涉及到高低压停送电、大型设备起吊等危险性较高的作业，给安全生产带来了诸多的不利因素。2.2 原因分析及解决方案以上问题的产生，究其原因是转子变频设备输出是通过 PWM 调制的交流电，电压、电流含有大量谐波，使其峰值电压有 62.5%提高。其电机为绕线式电机，制造时转子的耐压和过载能力没有考虑那么多余量，导致了后续问题。2.2.1 原因分析电机自身问题，晓南矿主井电控系统改造时，主井保留原有可控硅编码控制系统基础上，又新安装了转子变频系统，通过设置高低压切换柜，实现了双系统的转换。改造后，该变频系统仍然采用原有的 2 台三相异步电动机作为原动力。主井型号为 YR8008/1430 的
4、主电机，其参数如下， 定子额定电压为 6000V，额定电流 102A；转子电压 850V，转子电流 580A，额定功率 800kW，转速741r/min，频率 50Hz，绝缘等级 B 级，电机轴承为滑动式轴承， 是在上海东方电机厂订制的非标准电- 2 -机（实际为 800kW 功率的电机按照在 630KW 的电机尺寸制作） ，受到现场条件所限，就没有更换 2 台电机。电控系统安装时，设备现场布置及主回路电缆使用中的问题。当时采用的主回路电缆是矿里原有截面积满足要求的电缆，当时对电缆选择也没有过多的技术要求，并未使用专用的变频电缆。从电气设备布置上将其均匀分布在各个楼层中，如图 1 所示，这样的
5、布置变频器距离主电机较远，导致变频器传输距离过长。由于变频器的输出电压是高压脉冲系列，其频率等于载波频率，变频器和电动机之间导线的分布电感和线间分布电容和电动机的漏磁电感之间，谐振导致电动机的输入电压偏高，在电机绕组的两端产生浪涌电压，叠加的浪涌电压会使电机绕组电流增大，电机的温度升高，绕组绝缘损坏，从而使电动机运行时发生振动或容易损坏。图 1 主井变频系统电器设备原布置图另外，还有变频系统接地不良，也是导致变频系统谐波危害的原因之一。包括控制系统中 PLC 与变频器连接控制方式，根据现场实际设定的变频器工作方式，都可能造成变频系统工作的不稳定。2.2.2 解决方案综上所述，晓南矿主井转子变频
6、系统存在着多个急待解决的问题。主电机由于使用时间过长，其原有的 B 级绝缘适合 PLC 编码控制系统。在现有条件下不能更新主电机，那么维修转子增加其绝缘等级，就具有着十分重要的意义。最终确定在维修主电机转子时，将其绝缘等级增加到耐压 4000V,将原来的转子铜板选用最优质的铜材，维修技术标准按照国家最新标准执行。保证电机能够满足转子变频- 3 -系统的工作要求。而最为重要的缩短变频器与主电机的传输距离，增加谐波抑制装置这项技术改造就由晓南矿自己解决了。经过相关技术人员共同讨论，决定将主井三楼变压器和四楼变频控制柜挪到主井六楼，将其原来的三楼变压器放置在原来四楼变频控制柜的后面，其之间走线直接利
7、用起高基础，在其基础底部进行走线，其原来的切换柜内切换是双投开关分别做架，安装在 1#和 2#逆变变压器之上，适合电气操作的高度，主井六楼平面布置图（图 2） ，变频相关设备全部移动到主井六楼缩短变频器与主电机的传输距离，传输的缆线全部采用符合标准的变频专用电缆。另外由厂家负责在变频系统中增加了滤波器，实际应用中在逆变器输出端与原来的升压变压器之间，将滤波器串入用以进一步抑制谐波危害。图 2 晓南矿主井六楼变频控制柜及变压器平面布置图2016 年 10 月大修期间，晓南矿完成了变频系统的移位和谐波抑制装置的安装，安装前后晓南矿主井变频系统主回路走线图（图 3） ，可以明显的看到改造后大大缩短了
8、变频器与主电机的传输距离。这样对主电机的运行，起到了积极保护作用，另外通过合理的设计改造，减少了缆线新品投入，在现有条件下，圆满的完成了晓南矿主井转子变频的移位改造工作。为了进一步验证改造成果，经过厂家使用专用仪器测量，如图 4 所示，在实际带负荷运行时，加在主电机转子电压，最高峰值可达到 1950V,从波形中可以看出其波形畸变有 10 余个不正常，在改造后其最高峰值降低到 1650V，畸变波形也降到了 7 个，其所测数据如图四所示，大大的改善了主电机的运行条件，提高了主电机工作的可靠性，降低了故障率。- 4 -图 3 晓南矿主井变频系统改造前、后主回路走线对比图图 4 晓南矿改造后主井变频系
9、统转子输入端波形图3 结 语晓南矿主井转子变频系统，在最初改造时是当时现有技术中比较先进的。但是其应用中由于对变频控制系统缺乏足够的了解和掌握，使其在长时间工作后出现了系统运行不稳定，故障多发的情况。为减低浪涌电压，把变频器的直流电压在允许条件下进行了适当的降低；为减低加速电流，在不影响提升速度的状态下把斜坡函数上升沿时间适当加长，让加速电流更加均匀，所以在现有条件下，采用了简单、科学合理的改造方案设计。从运行情况看，达到了预期改造效果。第一作者简介：张玉超（1967-），男，高级工程师。1990 年毕业于阜新矿业学院电气自动化专业，现在生产技术部机电处从事电气管理工作。联系电话：13591099605。
