王賡，李理，欒生武，周雷

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧 鞍山 114021）

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠三分廠330/80 t鑄造起重機（以下稱330 t起重機）主要擔(dān)負為連鑄機及真空處理系統(tǒng)倒運鋼水罐的任務(wù)，是連鑄生產(chǎn)系統(tǒng)的“瓶頸”。全車各運行機構(gòu)電氣控制均采用變頻調(diào)速裝置，變頻器是其電控系統(tǒng)中最關(guān)鍵的電氣部件。常規(guī)電氣設(shè)計方案中,當(dāng)起重機某一機構(gòu)的變頻器發(fā)生故障損壞時，必須立即停車更換，需時長4 h，導(dǎo)致連鑄機降速或斷澆，給生產(chǎn)造成重大經(jīng)濟損失。為適應(yīng)三分廠1#、2#連鑄機改造升級及鋼水罐增容的客觀需求，分別于2016年12月和2017年2月對2臺330 t起重機進行了設(shè)備升級改造，全車電控系統(tǒng)采用多傳系統(tǒng)變頻器控制裝置（ABB 公司 ACS880 系列）［1］。為確保起重機電氣控制系統(tǒng)長周期穩(wěn)定運行，對其進行了優(yōu)化設(shè)計，以便發(fā)生故障及時處理，確保起重機的安全運行，避免生產(chǎn)過程中非計劃停機、停產(chǎn)。

1 330 t起重機電控系統(tǒng)簡介

330 t起重機的電控系統(tǒng)主要由大車運行、主起升、副起升、主小車運行、副小車運行等機構(gòu)組成，電氣傳動單線圖見圖1。其中，起重機各運行機構(gòu)供電由2套整流模塊（ISU）提供［2］。大車運行機構(gòu)由兩套逆變模塊分別驅(qū)動4臺75 kW變頻電機，主起升機構(gòu)分別由兩套逆變模塊驅(qū)動2臺450 kW變頻電機，副起升機構(gòu)由一套逆變模塊驅(qū)動1臺200 kW變頻電機，主小車運行機構(gòu)由一套逆變模塊分別驅(qū)動2臺30 kW變頻電機［3］，副小車運行機構(gòu)由一套逆變模塊分別驅(qū)動2臺11 kW變頻電機。

圖1 330 t起重機電氣傳動單線圖

2 優(yōu)化方案

為避免因起重機變頻器故障給生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響，優(yōu)化原電氣控制系統(tǒng)，采用“冗余設(shè)計”，達到快速處理變頻器故障的目的。

“冗余設(shè)計”是根據(jù)起重機各機構(gòu)的負載特點，確定變頻器型號及數(shù)量，選取滿足需要的動力切換及控制轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)起重機某一運行機構(gòu)的變頻器發(fā)生故障時，立即啟動應(yīng)急處理方案，利用動力切換開關(guān)和控制轉(zhuǎn)換旋鈕進行倒閘操作，將其它機構(gòu)“冗余”變頻器切換至故障機構(gòu)，臨時代替損壞的變頻器工作，暫時保證起重機正常生產(chǎn)運行。同時，組織在線更換損壞的變頻器，實現(xiàn)迅速處理故障，在最短的時間內(nèi)恢復(fù)起重機運行機構(gòu)的功能。

2.1 變頻器選型

330 t起重機變頻器選型見表1。

表1 330 t起重機變頻器選型

容量上要求2套整流模塊（ISU）都能夠滿足整臺起重機重載工作的要求；兩臺主起升變頻器能同時驅(qū)動兩臺主起升電機重載工作；兩臺大車運行變頻器都能滿足起重機重載工作的需要。

2.2 動力切換要求

要求330 t起重機變頻器的兩套整流模塊（ISU）能夠通過倒閘開關(guān)相互切換，且每套整流模塊（ISU）都能夠單獨為整車直流母線提供電源。主起升變頻器的功率單元可以切換到副起升運行機構(gòu)上，從而代替副起升變頻器的功率單元工作。兩臺大車運行變頻器中的一臺功率單元可切換到主小車機構(gòu)上，代替主小車變頻器的功率單元工作。主小車變頻器的功率單元能夠切換到副小車機構(gòu)上，代替副小車變頻器的功率單元工作?！叭哂嘣O(shè)計”動力原理圖見圖2。

2.3 控制切換要求

由于變頻器所在運行機構(gòu)對負載要求不同，使用時相應(yīng)的控制參數(shù)也就不同，對 “冗余設(shè)計”中使用的變頻器本身功能提出了一定的要求。

330 t起重機所選用的ACS880系列變頻器內(nèi)置參數(shù)集功能，最多可以使用4組參數(shù)集。每1個參數(shù)集可以存儲1套參數(shù)，用于控制不同機構(gòu)的電機運行，變頻器控制單元控制圖見圖3。通過參數(shù)96.12和參數(shù)96.13的設(shè)置可以任意切換4組參數(shù)集；將參數(shù)96.12設(shè)置為DI4，就可以通過控制變頻器控制單元的XDI：4端口的通斷來調(diào)用不同的參數(shù)集，使變頻器設(shè)置的參數(shù)滿足不同運行機構(gòu)的工作要求。這一功能可以在變頻器功率單元切換后，控制單元參數(shù)也隨之切換，從而完成整個變頻器的切換功能。

圖2 “冗余設(shè)計”動力原理圖

圖3 變頻器控制單元控制圖

2.4 變頻器故障應(yīng)急處理方案

在“冗余設(shè)計”方案的條件下，如果起重機任意機構(gòu)的變頻器發(fā)生故障，都可以將正常機構(gòu)的“冗余”變頻器切換到故障變頻器，臨時代替故障變頻器工作，保障起重機正常運行，確保鑄機持續(xù)正常生產(chǎn)。變頻器應(yīng)急處理具體方案如下。

（1）ISU整流模塊故障時，將故障ISU模塊輸出隔離開關(guān)分?jǐn)啵仙?#ISU與2#ISU之間的母聯(lián)開關(guān)，使用非故障的ISU模塊為整車提供直流電源。

（2）主起升機構(gòu)故障時，斷開故障變頻器與該變頻器驅(qū)動的電機之間的隔離開關(guān)，將非故障變頻器與故障變頻器驅(qū)動的電機通過閉合切換開關(guān)連接。同時，將非故障變頻器的參數(shù)集通過司機室聯(lián)動臺上的選擇開關(guān)切換至適合1臺變頻器驅(qū)動2臺電機運行的參數(shù)集。

（3）副起升機構(gòu)故障時，有兩種方案，一是將副起升變頻器與副起升電機之間的隔離開關(guān)斷開，將2#主起升變頻器與主起升2#電機通過隔離開關(guān)斷開后與副起升電機通過切換開關(guān)連接。同時，將2#主起升變頻器的參數(shù)集通過司機室聯(lián)動臺上的選擇開關(guān)切換至適合副起升電機運行的參數(shù)集。第二種方案是將1#主起升變頻器與主起升2#電機之間的隔離開關(guān)閉合。同時，通過司機室聯(lián)動臺上的選擇開關(guān)切換至適合1臺變頻器驅(qū)動2臺電機運行的參數(shù)集。

（4）主小車運行機構(gòu)故障時，將主小車變頻器與主小車電機之間的隔離開關(guān)斷開，將2#大車變頻器與大車3#、4#電機通過隔離開關(guān)斷開后與主小車電機通過切換開關(guān)連接。同時，將2#大車變頻器的參數(shù)集通過司機室聯(lián)動臺上的選擇開關(guān)切換至適合主小車電機運行的參數(shù)集。再通過司機室聯(lián)動臺上的選擇開關(guān)選到大車使用的1#、2#電機驅(qū)動。

（5）副小車運行機構(gòu)故障時，有兩種方案，一是將副小車變頻器與副小車電機之間的隔離開關(guān)斷開，將主小車變頻器與主小車電機通過隔離開關(guān)斷開后，與副小車電機通過切換開關(guān)連接。同時，將主小車變頻器的參數(shù)集通過司機室聯(lián)動臺上的選擇開關(guān)切換至適合副小車電機運行的參數(shù)集。再通過司機室聯(lián)動臺上的選擇開關(guān)選到大車使用的1#、2#電機驅(qū)動。第二種方案是將2#大車變頻器與大車3#、4#電機通過隔離開關(guān)斷開后與主小車電機通過切換開關(guān)連接。同時，將2#大車變頻器的參數(shù)集通過司機室聯(lián)動臺上的選擇開關(guān)切換至適合主小車電機運行的參數(shù)集。再通過司機室聯(lián)動臺上的選擇開關(guān)選到大車使用1#、2#電機驅(qū)動。

3 方案的使用方法

根據(jù)現(xiàn)場實際經(jīng)驗總結(jié)出應(yīng)用“冗余設(shè)計”方案應(yīng)急處理變頻器故障時的“三步法”，即“看代碼，倒動力，切參數(shù)”。

3.1 看代碼

“看代碼”是決定是否使用“冗余設(shè)計”的先決條件。起重機電控系統(tǒng)變頻器發(fā)生故障時，能夠以“故障代碼”的方式將引起故障的原因顯示在變頻器控制盤上。常見變頻器內(nèi)部的故障代碼見表2。查看故障代碼可以快速判斷是“外部”故障，還是變頻器本身的故障。如果是變頻器本身出現(xiàn)故障，就可以利用“冗余設(shè)計”功能進行應(yīng)急切換處理，確保起重機正常運行。

表2 常見變頻器內(nèi)部故障代碼

3.2 倒動力

確認是變頻器本身發(fā)生故障則需要更換損壞的變頻器。這時迅速啟動應(yīng)急處理方案。首先通過隔離開關(guān)切換將故障變頻器與直流母線及變頻器驅(qū)動的電機分離，將其它由兩臺變頻器驅(qū)動4臺電機的運行機構(gòu)中的其中一臺變頻器，通過隔離開關(guān)切換與故障變頻器所驅(qū)動的電機接通，另一臺變頻器仍驅(qū)動剩余的2臺電機。例如：主小車變頻器損壞，將大車運行機構(gòu)的一臺變頻器功率單元通往大車電動機隔離開關(guān)“拉開”，將這個變頻器通往主小車電動機的隔離開關(guān)“閉合”。同時，將故障變頻器與直流母線及該變頻器通往主小車電動機的隔離開關(guān)“斷開”。

3.3 切參數(shù)

當(dāng)使用 “冗余”變頻器代替故障變頻器作業(yè)時，其內(nèi)部參數(shù)也必須進行相應(yīng)切換，確保所替代機構(gòu)的電機數(shù)據(jù)和運行特點與故障變頻器參數(shù)一致。在“倒動力”之后，可通過設(shè)置在司機室聯(lián)動臺上的切換旋鈕，將“冗余”變頻器的參數(shù)進行切換，確保故障變頻器所在機構(gòu)的參數(shù)要求。

4 使用效果

統(tǒng)計了優(yōu)化后的2臺330 t起重機變頻器故障及應(yīng)急處理案例，見表3。利用變頻器故障應(yīng)急處理“三步法”，將“冗余”變頻器切換至出現(xiàn)故障的運行機構(gòu)臨時替代損壞的變頻器工作，多次及時處理起重機故障，將故障對生產(chǎn)的影響降到最小。

表3 變頻器故障及應(yīng)急處理案例

5 結(jié)語

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠通過采用 “冗余設(shè)計”方案實現(xiàn)了330 t起重機變頻器故障應(yīng)急理，不僅極大縮短了起重機故障對生產(chǎn)的影響時間，提高起重機工作效率及運行功能，避免生產(chǎn)系統(tǒng)的臨時性非計劃停機、停產(chǎn)，而且通過在線更換變頻器的檢修模式嘗試，總結(jié)并積累了實際處理故障的經(jīng)驗，為同類起重機全面推廣這一技術(shù)起到了重要的借鑒作用，具有極大的推廣應(yīng)用價值。