电渣炉变频电控系统的调试与故障排除

摘 要：本文（主要）介绍了变频器在电渣冶炼炉的应用、调试与故障排除，并简述了笔者对电渣冶炼炉电气控制系统的调试与对故障排除的心得。

关键词：电控系统；变频器；调试及故障排除

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.03.034

0 前言

电渣冶炼炉是冶金行业铸钢的一种大电流，低电压的设备（见图二及附录一），设备要求冶炼电极的上下移动能有大范围平滑调速，并具有良好的起动、制动的控制性能，以满足冶炼电流的稳定来提高生产钢锭的质量。

旧电渣炉电路中选用具有较大范围可调压的单相桥式可控整流电路及调速性能较好的直流电动机来控制冶炼电极的上下移动，基本上能满足控制要求。但由于旧电渣炉控制电路较为简单，长期处在高温、多尘的环境、长时间工作、频繁操作、操作过程复杂、耗能大、加之直流电动机的换向缺点使电渣炉控制电路故障多，以及该不能自动控制冶炼电极上升等缺点导致生产钢锭的质量差。所以，对于保证电渣t的正常生产、提高钢锭质量、减少电能的消耗、增加效益、减少废次品及保证科研工作正常进行，电渣炉变频电控系统的应用有着很重要意义。

1 电渣炉的电气设备和线路简介

电渣炉的电气线路有：主回路，保护回路和信号指示回路，计量电路，变频式电极升降自动调节控制电路等。

1.1 电渣炉的主回路

其主要部件有进线隔离开关1DK（型号HD13―1500/20），负荷开关1ZK（型号DW10―1500/3），电炉变压器（HD―630/0.38）和短网等。

（1）电炉变压器：是电渣炉炼钢的主要部件。其工作特点是二次电流很大（HD―630/0.38 I2N=12000A）并通过一次侧通电线圈的匝数来改变二次侧电压等级 ，这种方式摒弃了传统的在二次侧进行抽头变压的供电方式，简化了控制电路（如果在二次侧进行变压控制，则需要大容量的开关控制）。

（2）短网：如图1所示：主要由矩形铜母线排、水冷电缆、水冷铜管、电极夹头等部件组成。在冶炼时短网的正常电流大（8KA左右），安装时必须牢固可靠。

1.2 电渣炉主回路的保护装置

为了减轻或避免因设备故障和非正常工作状态对人身和设备造成的危害，本电路中装有以下几种保护装置：

（1）瞬时动作的故障短路保护装置和反时限过负荷保护装置。

（2）电渣炉变压器的气体保护装置。

如图2所示：图中：主回路的过负荷及短路保护分别由1ZK的瞬时过流脱扣器LJ1和长延时过流脱扣器LJ2完成，具体控制原理如下，当电渣炉变压器电流过大时，瞬时过流脱扣器LJ1或长延时过流脱扣器LJ2线圈吸合，其瞬时过流脱扣器LJ1的触头或长延时过流脱扣器LJ2的触头闭合，使KA2线圈吸合，其触头闭合，接通1ZK的分励线圈，负荷开关1ZK断开，切断电渣炉变压器电源，起到过负荷及短路保护功能。当变压器油箱内部发生故障时，其产生足够气体时，气体继电保护（瓦斯继电器）触头SP闭合，使KA2线圈吸合，其触头闭合，接通1ZK的分励线圈，负荷开关1ZK断开，切断电渣炉变压器电源，起到变压器故障保护功能。

1.3 变频式电极升降自动调节控制电路：

该电路是电渣炉电气设备的重要部件之一，它对提高炼钢的质量减少电能的消耗，使电渣炉获得较高的生产率起着极其重要的作用，也是衡量该电渣炉自动化水平高低的重要标志。

该电路主要由电压取样环节，电流取样环节，比较放大和控制环节，稳压电源，变频器，控制电机，报警和转换装置等组成。

（1）电压取样环节（见附图所示）。

电压取样环节的电压输入取自于电渣炉变压器的二次侧，经300Ω电阻及4*2CW134稳压管进行分压与限幅后输入10伏电压，经YY-1后输出4伏直流电压。四个稳压管采用反串联联接，是限制了变压器二次侧电压不管是45伏还是55伏其YY―1输入电压都是10伏。

（2）电流取样环节（见附图所示）。

电流取样环节的电压输入取自于电渣炉变压器二次侧电流，经电流互感器TA（LYM―0.5 15000/5A）取出约0.1～0.2伏的输入信号，输出直流电压约0.3～0.4伏（113―GND）。111端与内电阻是整定标准电流和冶炼电流的最大值，在整定冶炼电流的最大值时需考虑变压器的额定电流。

（3）比较放大和控制环节（见附图所示）。

将电流取样电路中的输出电压进行比较后放大实现输出信号高低和控制触头的通断，实现对变频器的控制。即：当UV-UIU整时，则说明冶炼电流较小，需控制电极下降以增加冶炼电流达到设定值，达到保证冶炼电流的稳定。

（4）变频器：是电路的核心控制器件。本电路中采用了富士E9S的变频器，该变频器采用单相输入、三相220V输出。具体接线如附图所示。

附图中控制变频电机的下降（上升）（3J复位）速度及上升或下降方向的信号由比较放大和控制环节的输出信号提供，当电流环节和电压环节比较的信号小于（大于），上升（下降）速度控制设定值时，比较放大和控制环节输出下降（上升）信号使变频器输出电机反转（正转），下降（上升），下降（上升）的速度由比较后的信号经放大后决定。该信号约在0 ～ 5V，当F40，F41设置参数均为“0”时，FMA端与CM端的表“A”为监控输出变频频率。

（5）报警电路：如图3所示。

该电路中，如果变频器发生故障时，侧板或底板水温过高时或冷却水水压不够时，其输出触头都闭合，各自故障指示灯亮并使3DG饱和导通，报警器发出报警声。当上升、下降；左摆或右摆电极时，当压到限位开关后，其各自限位指示灯亮并发出报警声同时切断控制电路。

2 电路的调试

2.1 调试与安装电路时应注意事项

（1）调试与安装该电路时，其安装元器件规格号与数量等按武汉华美节能技术开发公司提供的购买。

（2）安装控制台应选择在操作人员易于观察生产现场的位置（在操作室），但又不能安装得太近（在正常冶炼钢铁时温度很高）。

（3）信号引入线：从电流互感器二次侧引出的信号线应不小于2.5mm2。电压信号引出线应不小于1.5mm2。

（4）控制台至控制电极及电炉变压器等的引线原则上应采用钢管布线。

2.2 调试前的准备

调试前应做好如下检查与准备。①了解和掌握变频调节器的工作原理和各环节及开关的作用。② 检查变频电机和快速电机的接线是否正确，变频器接线是否正确。③操作台上各开关和转换开关应相应地置于初始位置上。④检查冷却水是否畅通，水压应不小于0.1MPa。⑤ 检查主回路的接线与保护装置，接线是否正确及是否紧固，检查短网是否紧固及冷却水是否有泄漏。⑥准备好电工常用工具和万用表。

2.3 主电路的调试（I相变频器、Ⅱ相变频器、备用变频器）

①将电极升降自动调节控制电路中所有的开关都处于初始位置上。②合上1DK、1ZK及SA1控制指示灯亮，检查电压、电流表指示是否正常。③将转换开关1K转向45V位置上，然后按下高压送电按钮SB1，控制接触器KM1合，高压送电指示灯亮，电炉变压器得电，查看二次侧电压表应为45V。检查变压器一次侧电流表1A是否指示正常（电流互感器变比为2000/5，1AM值为5A，指示值不应超过1.2A左右）。④将转换开关1K转向55V位置上，查看二次侧电压表应为55V。⑤因无冶炼，所以与电流互感器变比为15000/5配套使用的电流表A无电流显示（电渣炉变压器二次侧无电流）。⑥按下SB3（控制负荷开关1ZK的分励线圈）：负荷开关1ZK分断，同时分断指示灯亮。

2.4 变频式电极升降调节电路的调试

①检查控制电源，合上5K（低压断路器，C45N，三相，40A），面板电压表5V应指示380～400伏，按下控制启动按钮1LA。

②检查快速升降电机是否正常：合上6K（C45N，三相10A）。将万能转换开关2ZK（LW5-16，D型/6）旋转到停止位置上。I相调试：将钮子开关7K（KN1-223，自复式）向上推，1J上线圈合，1D电动机正转，带动电极上升（如发现电极下降，则只需任意调反两相电源相序即可），7K向下拉，1J下线圈合，1D电动机反转带动电极下降。上升或下降时如果电极机械部件碰压到行程开关时，则行程开关分断控制电路电源并报警，提示操作者。II相调试时：将8K向上推，动作与上一样。需注意电机的响声及温升是否有异常现象。

③检查变频器自动调节电路是否正常。

A.检查变频器的参数设置及调速频率与输入电压间的比较。变频器几个主要参数的如下表：

B.合上开关1K、2K、3K（断路器、PX200C1极16A），变频器面板指示灯亮。将I相2ZK（LW5-16D）选择“主用”位置上，I相3ZK选择升降或旋转位置上。此时，稳压电路指示灯，“放大插件”及变频器的指示灯亮，此时3D或5D电机不应有蠕动现象

C.将“放大插件”上的开关4ZK手柄向下拨（处于调试位置上），变频器运行指示灯RUN亮，当调试电位器R4处于中间位置时，RUN灯灭，变频器没输出，电动机不应转动。当R4向下调时，变频器显示上升运行状态，并输出使电机1D或3D转动，带动电极向上或向左移动，移动速度与R4调整有关，当R4向上调整时，其动作与上相反。其端子输入电压与变频器的输出运行频率的关系如下表：

如果变频器输出频率达不到50HZ，则检查变频器预设的最高频率参数或测量变频器输入端12与11端的电压是否达到5V。

D.4K复位拨到运行位置上，手动调频上升与下降。按下提升按钮11LA或下降按钮12LA，变频器显示正转或反转，并输出带动3D或5D，上升（下降）或左[（右摆），变频器输出频率可由转速调节器14R完成，最低输出电压为0～5伏，对应变频器的输出频率为0～50Hz（最高频率设为50Hz）。

E.Ⅱ相变频器与备用相变频器调试方法与上面相似。

2.5 模拟试验音响报警电路

①分别人工短接线号为60～64和60～63（模拟变频故障），BJ蜂鸣器发生报警信号，同时操作台1BP、2BP故障报警指示灯亮，按3LA复位按钮，消除报警。②分别人工短接60～62和60～66（模拟侧板或底版高温），报警状态与上同。③人工短接YB（电接点水压表）（模拟冷却水无水压），此时欠水压指示灯亮并报警声响

2.6 调试中的几点故障与排除

当系统发生故障时，在熟悉系统电气工作原理和机械传动的基础上，要搞清故障现象，分析故障产生的可能原因，用正确方法查寻和排除故障。而电渣炉在冶炼工作时，尽量不能停电的特点，一般检查故障时只能在带电情况下完成。

①故障一：冶炼系统工作后，过约半小时，变频器突然停机报警，闪烁显示OC1（输出端短路）。

查找原因：变频器无其它过热现象，切换到备用相时，变频器上也马上发生停机报警，证明不是变频器的原因。检查变频升降电机、转子转动灵活，测量电机三相绕组时，有两相电阻为零，拆除导线后绕组电阻正常，说明在三相电源线上已经短路，经查实，发现三相电源线的是采用Φ6的钢管布线，钢管与地短网距离接近，短网电流正常时为8KA左右，周围存在有很强的磁场钢管处于其中产生涡流，使钢管发热致使导线绝缘破坏而造成短路。

处理方法：更换电源导线并改为硬塑管布线。变频器按复位按钮后恢复正常。

②故障二：冶炼电流不断增加，但变频器控制的电极无上升现象

查找原因：将转换开关转到备用相变频器后，冶炼电极马上有上升现象，则故障原因极可能出在电流取样环节或主用变频器上 （见图4附图）。

用导线碰接CM与FWD端，主用变频器有运行指示，说明变频器没有问题。问题就可能出在电流取样环节上。电流取样环节是决定电极上升与下降的一个主要环节，当取样输出电压较大时，则变频器控制电极应该上升，如取样输出电压较小或为零时，变频控制电极应该下降的。备用相变频器正常工作说明互感器回路正常，经查是电流取样环节的调节电流电位器4R接触不良，导致无电流信号反馈。使变频器无上升指示信号。

处理方法：更换4R（5W 10K），I相主用变频器恢复正常。

③故障三：冶炼电流达不到正常值（8KA），变频器控制的冶炼电极有下降频率输出，但下降速度缓慢。

查找原因（见图4附图）：将万能转换开关1ZK旋转到手动位置上，按下手动下降按钮12LA，调节4R，变频器下降速度变快，说明原因不在这。此时冶炼变压器二次侧冶炼电压表4V指示为20伏，正常时应为55伏，检查时发现熔断器2BX烧断，其电压表通过其它的地网线构成回路，所以电压表指示不为零，2BX熔断导致电压取样信号不正常。导致冶炼电极下降速度缓慢。

处理方法：更换2BX，变频器恢复正常。

3 结束语

变频电控系统运行时，故障少（变频器无大故障出现），自动控制系统稳定。所以，社会在进步，科技在发展，我们还需努力学习新知识，更好地将现代技术教会学生。

参考文献：

[1]富士变频器使用手册[S].