1、引言

輥道傳動(dòng)最初采用單臺(tái)電機(jī)通過(guò)機(jī)械齒輪箱成組驅(qū)動(dòng)多個(gè)輥?zhàn)?；后?lái)發(fā)展為單臺(tái)電機(jī)不經(jīng)過(guò)齒輪箱直接驅(qū)動(dòng)單輥的傳動(dòng)方式,輥道傳動(dòng)由一套調(diào)速裝置集中給多臺(tái)電機(jī)供電，每臺(tái)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)單輥。如某熱軋廠(chǎng)精軋輥道采用西門(mén)子MASTERDRIVE 6SE70變頻器供電，采用VF控制或無(wú)速度編碼器的矢量控制。

2、輥道傳動(dòng)的特點(diǎn)

（1）由于同一組輥道的速度一致，電機(jī)的速度也一致，可以進(jìn)行集中控制，但集中控制精度不高。

（2）由于每臺(tái)電機(jī)的性能不可能完全一致，每個(gè)工作棍磨損程度不同，以及傳送軋件不規(guī)則，都會(huì)導(dǎo)致部分電機(jī)的負(fù)荷比較大，部分電機(jī)的負(fù)荷比較小。由于調(diào)速裝置不能很精確地對(duì)每臺(tái)電機(jī)進(jìn)行控制，當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，只能籠統(tǒng)地使總輸出電壓與電流提高，導(dǎo)致負(fù)荷輕的電機(jī)端電壓可能超過(guò)額定值，造成電機(jī)的絕緣劣化，特別會(huì)造成交流電機(jī)磁路飽和，電機(jī)電流增加，發(fā)熱增加。所以對(duì)每臺(tái)電機(jī)必須配置過(guò)載保護(hù)。

（3）當(dāng)開(kāi)關(guān)箱至每臺(tái)電機(jī)的電纜長(zhǎng)度不一致或電纜細(xì)時(shí)，由于線(xiàn)路壓降也會(huì)造成電機(jī)的端電壓不一致，從而造成部分電機(jī)的端電壓減少，輸出力矩下降，甚至堵轉(zhuǎn)，電機(jī)電流特別大。所以，對(duì)成組傳動(dòng)裝置，要求電機(jī)的參數(shù)盡量一致，而且配置的電纜也要盡可能短。

（4）在傳送軋件時(shí)，軋件可能受堵，導(dǎo)致電機(jī)堵轉(zhuǎn)，為了避免輥?zhàn)佣罗D(zhuǎn)，要求電機(jī)與軋件之間打滑，即必須使電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩大于打滑轉(zhuǎn)矩。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，傳動(dòng)裝置及電機(jī)都要有一定的過(guò)載能力。

（5）輥道電機(jī)一般離調(diào)速裝置的距離比較遠(yuǎn)，電纜很長(zhǎng)，而現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣，高溫、潮濕、腐蝕性氣體，導(dǎo)致電纜及電機(jī)的絕緣下降。另外，變頻器輸出電壓是PWM波形，當(dāng)電纜兩端阻抗不匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生行波反射，在電機(jī)端電壓峰值可達(dá)到變頻器主回路直流電壓的兩倍，也會(huì)造成電機(jī)及電纜絕緣劣化。

（6）當(dāng)一套調(diào)速裝置帶數(shù)臺(tái)輥道電機(jī)時(shí)，為了保證調(diào)速裝置與電機(jī)的安全，在設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行容量匹配計(jì)算與各級(jí)保護(hù)之間的匹配，避免誤動(dòng)與拒動(dòng)。

3、故障現(xiàn)象

某熱軋廠(chǎng)精軋GF17輥道共有19臺(tái)11kW的電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)額定電流為18.5A，總額定電流為351.5A，變頻裝置的額定電流為560A，采用無(wú)速度編碼器的矢量控制，過(guò)載能力為136% 1min。在變頻裝置輸出到每個(gè)電機(jī)之間各配置一只額定電流為100A開(kāi)關(guān)，過(guò)載整定在28A，過(guò)流瞬動(dòng)電流為1000A，短路分?jǐn)嗄芰?0kA。所有開(kāi)關(guān)集中安裝在一個(gè)開(kāi)關(guān)箱內(nèi)，開(kāi)關(guān)箱安裝在地下電纜溝內(nèi)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主回路單線(xiàn)圖
2006年8月24日，GF17輥道中的G124電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)跳電，現(xiàn)場(chǎng)人員至電纜溝開(kāi)關(guān)箱送上G124開(kāi)關(guān)，返回操作室后發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)又報(bào)G124電動(dòng)機(jī)開(kāi)關(guān)跳電，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)人員再次來(lái)到電纜溝時(shí)發(fā)現(xiàn)該開(kāi)關(guān)已燒損，觸頭粘連，箱內(nèi)臨近的開(kāi)關(guān)也有不同程度的燒損，G124電機(jī)電纜也燒壞，對(duì)G124電機(jī)進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)該電機(jī)接線(xiàn)柱由于銹蝕與松動(dòng)，導(dǎo)致三相短路。故障處理與恢復(fù)時(shí)間大約為8h。輥道開(kāi)關(guān)箱損壞如圖2所示。

圖2 GF17輥道開(kāi)關(guān)箱損壞情況
4、原因分析

4.1 無(wú)速度編碼器的矢量控制變頻器應(yīng)用在輥道傳動(dòng)時(shí)必須注意的事項(xiàng)

變頻器采用無(wú)速度編碼器的矢量控制，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以省去測(cè)速裝置，控制精度比VF控制高，但這種方式應(yīng)用在輥道傳動(dòng)時(shí)必須注意以下三點(diǎn)。

（1）最低運(yùn)行頻率不能低于1.8Hz，這種控制方式在低速時(shí)控制不穩(wěn)定。
（2）由于電機(jī)參數(shù)對(duì)采用無(wú)速度編碼器的矢量控制影響比較大，所以所帶電機(jī)的參數(shù)要盡量保持一致，特別要關(guān)注電纜阻抗，電機(jī)電阻等參數(shù)的自適應(yīng)。
（3）一般不可以在變頻器運(yùn)行過(guò)程中帶電合開(kāi)關(guān)；必須等變頻器停下來(lái)或變頻器輸出頻率低于10%以下，才可以帶電合開(kāi)關(guān)。

4.2 計(jì)算電機(jī)側(cè)短路時(shí)的電流大小

從電氣室到現(xiàn)場(chǎng)端子箱的長(zhǎng)度大約為15m，這是一根150mm2的電纜，這根電纜的阻抗可以忽略不計(jì)。現(xiàn)場(chǎng)端子箱到損壞電機(jī)的電纜（6mm2）長(zhǎng)度大約為150m。首先計(jì)算現(xiàn)場(chǎng)端子箱到損壞電機(jī)的電纜電阻。

根據(jù)公式：R=ρ×ls

式中：銅的電阻率ρ在20℃時(shí)為0.0175Ωmm2m;
l—導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度m;
s—導(dǎo)線(xiàn)截面積mm2。

每根導(dǎo)線(xiàn)電阻R=0.0175×1506=0.4375Ω，三相短路時(shí),對(duì)變頻器來(lái)說(shuō)，輸出線(xiàn)路總電阻=0.4375Ω+0.4375Ω=0.875Ω。由于西門(mén)子MASTERDRIVE 6SE70為交—直—交電壓型變頻器，電機(jī)額定電壓為500V，變頻器中間直流回路電壓為DC 650V，忽略IGBT的導(dǎo)通壓降，當(dāng)電機(jī)側(cè)發(fā)生短路時(shí)，短路電流=650V0.875Ω=742A。

4.3 故障原因分析

（1）從現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來(lái)看，該設(shè)備已運(yùn)行十多年，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，開(kāi)關(guān)箱安裝在電纜溝內(nèi)，環(huán)境溫度高，造成開(kāi)關(guān)性能下降。

（2）變頻器輸出是PWM脈沖波形，當(dāng)電纜兩端阻抗不匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生行波反射，在電機(jī)端子側(cè)電壓峰值可能達(dá)到變頻器主回路直流電壓的兩倍，也會(huì)造成電機(jī)及電纜絕緣劣化。

（3）由于該開(kāi)關(guān)的過(guò)載整定在28A，電機(jī)的額定電流為18.5A，大約為電機(jī)額定電流的150%，遠(yuǎn)超過(guò)電機(jī)的額定電流。當(dāng)電機(jī)電纜由于銹蝕與松動(dòng)，絕緣劣化，回路電流逐步增大，由于過(guò)載保護(hù)整定值偏大，延緩了開(kāi)關(guān)保護(hù)跳閘時(shí)間，不能及時(shí)保護(hù)電纜與電機(jī)，導(dǎo)致電纜繼續(xù)發(fā)熱，直至絕緣擊穿。

（4）變頻器額定容量為500kVA，則變頻器額定電流為：=5001.7320.5=566A，變頻器過(guò)載能力為136% 1min,過(guò)電流整定在1100A左右。當(dāng)G124電機(jī)發(fā)生短路時(shí),最大短路電流為742A,沒(méi)有達(dá)到變頻器的過(guò)電流動(dòng)作值,變頻器不會(huì)有任何報(bào)警,變頻器繼續(xù)正常工作。

（5）G124電機(jī)的開(kāi)關(guān)瞬動(dòng)整定在1000A，則當(dāng)電機(jī)短路時(shí)，短路電流也沒(méi)有達(dá)到它的瞬動(dòng)動(dòng)作值，所以，該開(kāi)關(guān)也不會(huì)立即跳閘。

（6）在第一次發(fā)生開(kāi)關(guān)跳閘后，運(yùn)行人員沒(méi)有對(duì)電纜與電機(jī)進(jìn)行檢查,而是復(fù)位后立即合開(kāi)關(guān)。此時(shí)電機(jī)側(cè)已發(fā)生短路,開(kāi)關(guān)內(nèi)因流過(guò)大電流而發(fā)熱；而地下電纜溝內(nèi)環(huán)境溫度高，開(kāi)關(guān)箱內(nèi)溫度也很高，造成開(kāi)關(guān)耐受能力和分?jǐn)嗄芰Σ粩嘞陆?當(dāng)開(kāi)關(guān)無(wú)法耐受逐漸增大的故障電流時(shí)，開(kāi)關(guān)內(nèi)部拉弧短路,波及臨近開(kāi)關(guān),引起開(kāi)關(guān)箱燒損,這是本次故障發(fā)生的間接原因。

4.4 對(duì)策

（1）由于變頻器過(guò)電流整定值是固定的，無(wú)法進(jìn)行調(diào)整；但可以利用MASTERDRIVE 6SE70變頻器提供的自由功能塊,編制另一個(gè)過(guò)電流保護(hù)程序,該過(guò)電流整定在變頻器額定電流150%。一旦負(fù)載電流超過(guò)變頻器額定電流的150%時(shí),并且持續(xù)超過(guò)30s后,向上位機(jī)傳送過(guò)流報(bào)警信息,提醒操作人員注意;如負(fù)載電流繼續(xù)超過(guò)變頻器額定電流的150%,再延時(shí)30s變頻器停機(jī)。