摘要：本文主要介紹了變頻系統(tǒng)在短絲車間前后紡工藝領(lǐng)域的作用，以及在日常運(yùn)行過程中存在的問題。針對(duì)此類問題進(jìn)行分析并作出合理的解決方案。
關(guān)鍵字：變頻器 逆變器 直流母線過壓 通訊
一、 裝置簡(jiǎn)介
天津石化公司聚酯部滌綸短纖維裝置是天津石化20萬噸/年聚酯二階段工程聚酯部新區(qū)的主要生產(chǎn)裝置之一。采用直接紡絲工藝，從熔體輸送系統(tǒng)、紡絲、后加工直到打包。全部工藝技術(shù)和設(shè)備由德國NEUMAG公司引進(jìn)。整套裝置主要分為前紡和后紡兩大系統(tǒng)。工藝流程為：來自聚酯裝置的熔體經(jīng)熔體輸送管線、三通閥、增壓泵、冷卻器、熔體分配管線進(jìn)入紡絲箱體。在紡絲箱體中，熔體經(jīng)紡絲泵進(jìn)入紡絲組件，在一定壓力下由噴絲板噴出形成熔體細(xì)流。熔體細(xì)流在卷繞張力作用下經(jīng)測(cè)吹風(fēng)冷卻、上油、卷繞，集結(jié)成一束絲，再經(jīng)牽引機(jī)、喂入輪倒入橫動(dòng)系統(tǒng)中的盛絲桶中，供后紡加工使用。后紡則是由各盛絲桶中引出的未牽伸絲束，通過集束架，在均勻的張力下進(jìn)入導(dǎo)絲架。接著絲束進(jìn)入七輥導(dǎo)絲機(jī)，然后依次進(jìn)入第一牽伸機(jī)、第二牽伸機(jī)、緊張熱定型機(jī)及冷卻機(jī)。絲束冷卻后，經(jīng)立式上油機(jī)上油。上油后的3片絲束經(jīng)過疊絲機(jī)后，重疊成一片薄厚均勻的絲片，通過張力調(diào)節(jié)機(jī)調(diào)節(jié)絲束張力均勻后通過卷曲機(jī)進(jìn)行卷曲，最后送至松弛熱定型，使絲束在松弛狀態(tài)下進(jìn)行干燥和定型。為了滿足工藝精確控制的需要，整套流程中電機(jī)大量使用變頻器控制，因此，對(duì)變頻系統(tǒng)的了解和維護(hù)時(shí)我們?nèi)粘９ぷ鞯闹攸c(diǎn)。
二、 紡絲設(shè)備及后加工設(shè)備變頻系統(tǒng)的組成
1、紡絲設(shè)備變頻系統(tǒng)的組成
整個(gè)紡絲設(shè)備由48個(gè)位紡絲箱體采用“背靠背”方式布置，根據(jù)生產(chǎn)工藝需要，在設(shè)備上使用了變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，每個(gè)箱體是由一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)計(jì)量泵電機(jī)。另外在卷繞上油電機(jī)、牽引電機(jī)和喂入電機(jī)也同樣采用了變頻器矢量控制，這樣可以挺高工藝的精確性。
整套變頻設(shè)備均由德國SIEMENS公司生產(chǎn)。其中紡絲箱體的變頻器為交-直-交型即：三相交流電進(jìn)入變頻器后通過整流和逆變后輸出三相交流電來控制電機(jī)。由于前紡紡絲箱體變頻器數(shù)量較多在每臺(tái)變頻器的三相輸入都安裝了交流電抗器這樣可以減少變頻器對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾和減少電源浪涌對(duì)變頻器的沖擊，提高變頻系統(tǒng)可靠性。同時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)與變頻設(shè)備相距比較遠(yuǎn)故在三相輸出也安裝了交流電抗器，這樣可以延長電機(jī)到變頻器的安全距離，同時(shí)改善電機(jī)的絕緣特性，延長電機(jī)使用壽命。
在卷繞上油、牽引以及喂入的變頻設(shè)備也采用了相應(yīng)功率的交-直-交型變頻器，由于牽引以及喂入的變頻功率比較大，安裝的時(shí)候采用共用直流母線的安裝方式，采用共直流母線的變頻系統(tǒng)可以降低電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)變頻器造成的干擾，及增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一方面就是當(dāng)其中一個(gè)電機(jī)再生制動(dòng)產(chǎn)生的電能可以供給其他電機(jī)使用，避免直流母線電壓過高，另一方面也能節(jié)約能源、降低成本、節(jié)約空間。整套系統(tǒng)組成如下圖：
2、后加工設(shè)備變頻系統(tǒng)的組成
后加工設(shè)備主要包括導(dǎo)絲機(jī)、第一牽伸機(jī)、第二牽伸機(jī)、緊張熱定型機(jī)、冷卻機(jī)、疊絲機(jī)和卷曲機(jī)，根據(jù)工藝要求，在生產(chǎn)過程中，各設(shè)備之間的牽伸系數(shù)可在允許范圍內(nèi)任意調(diào)整，并且設(shè)備在起停及調(diào)速過程中應(yīng)保持同步運(yùn)行，防止?fàn)可煜禂?shù)改變影響產(chǎn)品質(zhì)量或正常生產(chǎn)，這些要求通過調(diào)節(jié)變頻系統(tǒng)的運(yùn)行頻率可以實(shí)現(xiàn)。
后加工牽伸設(shè)備是一套多電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其采用的是由西門子SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制逆變器和整流單元組成的多電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。由于驅(qū)動(dòng)設(shè)備容量大，設(shè)備總裝機(jī)容量達(dá)5900KW，其中200KW以上電機(jī)8臺(tái)，最大電機(jī)容量880KW，考慮現(xiàn)場(chǎng)施工難度，選用了660V等級(jí)供電電壓，但由于部分設(shè)備容量較小，無660V系列適用電機(jī)及逆變器，因此部分設(shè)備采用380V等級(jí)供電電壓，因此整個(gè)系統(tǒng)由兩部分組成。整套系統(tǒng)如下圖：
后加工設(shè)備中200KW以上電機(jī)均采用660V變頻系統(tǒng)，變壓器將6KV轉(zhuǎn)換成660V交流電，由兩臺(tái)整流單元組成12脈動(dòng)整流橋，向大容量逆變器提供900V左右的直流母線電壓，接于直流母線的逆變器驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)；380V變頻系統(tǒng)則是由一臺(tái)6脈動(dòng)整流單元提供直流母線電壓，接于直流母線的逆變器驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)，同時(shí)在直流母線上均接有制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻?，F(xiàn)場(chǎng)電機(jī)裝配增量型脈沖編碼器和電磁制動(dòng)器，與變頻系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)控制，來滿足工藝生產(chǎn)的實(shí)際需要。
三、變頻系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中存在的問題及解決辦法
問題1：前紡紡絲箱體的計(jì)量泵電機(jī)由于所出環(huán)境溫度較高，軸承的使用壽命大大縮短，因此需要周期性的進(jìn)行更換。2002年對(duì)A線計(jì)量泵變頻器44#進(jìn)行停電準(zhǔn)備更換電機(jī)的時(shí)候，出現(xiàn)其它位號(hào)的變頻器突然斷電停車的現(xiàn)象，報(bào)警顯示為通訊故障。其它位計(jì)量泵停泵，并會(huì)使總管壓力升高造成前紡?fù)＼?，影響正常生產(chǎn)。 2004年4月和7月份前紡增壓泵曾先后出現(xiàn)停車，故障報(bào)警號(hào)為F082（通訊報(bào)文故障），也是由于通訊故障造成的停車，導(dǎo)致前紡整個(gè)一條生產(chǎn)線停車，造成原料損耗，生產(chǎn)出廢絲，組件損壞等現(xiàn)象，損失達(dá)到上百萬。
針對(duì)此種情況我們就此進(jìn)行分析，查閱資料，最后我們決定給計(jì)量泵變頻器的24V進(jìn)行二次配置。以前計(jì)量泵變頻器的24V是由變頻器本身內(nèi)部進(jìn)行變壓整流提供的，一旦變頻器的輸入電壓斷開，24V也沒有了，這樣變頻器就整個(gè)處于停機(jī)狀態(tài)，有可能影響到PLC的通訊。在大修中我們決定采用STIOP變壓器由外部單獨(dú)向變頻器提供24V直流電源，保證變頻器24V處于長期供給狀態(tài)。目前我們?cè)诟鼡Q電機(jī)的時(shí)候?qū)⒆冾l器的輸入電壓斷開，前紡PLC無通訊報(bào)警故障發(fā)生，說明我們的改造是成功的，已經(jīng)杜絕了該故障的發(fā)生。
問題2：后加工變頻設(shè)備在第一年運(yùn)行中多次出現(xiàn)380V導(dǎo)絲機(jī)變頻系統(tǒng)制動(dòng)電阻過熱現(xiàn)象，在某些牽伸系數(shù)下系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，并燒毀一臺(tái)制動(dòng)單元。經(jīng)多次觀察故障時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，變頻系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定方面不存在問題。經(jīng)過查閱相關(guān)資料我們發(fā)現(xiàn)在正常情況下，變頻器直流電為三相全波整流后的平均值。以 380V 變頻系統(tǒng)進(jìn)線電壓計(jì)算，則平均直流電壓 Ud= 1.35 U 線＝ 513V 。再過電壓發(fā)生時(shí)，直流母線的儲(chǔ)能電容將被充電，直流電壓會(huì)隨之上升，當(dāng)上升至制動(dòng)單元的工作閥值（ 760V 左右）后，制動(dòng)單元開始工作。此時(shí)系統(tǒng)制動(dòng)電阻長期處于高負(fù)荷工作狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)電阻過熱，有時(shí)甚至?xí)龤е苿?dòng)單元。故障原因是由于第一牽伸機(jī)的牽引作用使導(dǎo)絲電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速比其同步轉(zhuǎn)速還高，使電機(jī)經(jīng)常運(yùn)行在發(fā)電狀態(tài)，并且，導(dǎo)絲機(jī)變頻器的相對(duì)功率較小，制動(dòng)單元功率較小故其頻繁動(dòng)作，其制動(dòng)電阻無法承受導(dǎo)致引發(fā)上述故障。
針對(duì)上述故障我們決定對(duì)導(dǎo)絲機(jī)變頻器進(jìn)行改造，首先我們對(duì)導(dǎo)絲機(jī)變頻器重新選型，采用SIEMENS生產(chǎn)的6SE7028-2HE87-1FD0型變頻器，輸入電壓為890~930V，。由于設(shè)備安裝時(shí)導(dǎo)絲機(jī)功率較小，故在選型時(shí)將其接入380V變頻系統(tǒng)，后經(jīng)開車實(shí)際運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)由于一牽和導(dǎo)絲機(jī)之間的張力系數(shù)比較大，故造成直流母線電壓過高?？紤]到導(dǎo)絲機(jī)變頻器其與后紡大功率變頻設(shè)備屬于一套運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，并且在后紡大功率變頻設(shè)備中制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻功率相對(duì)380V系統(tǒng)較大，其在處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的能量完全可以在660V系統(tǒng)直流母線上進(jìn)行交換，這樣一來可以并接入660V 的變頻系統(tǒng)中，從而和其他大功率變頻器共用一個(gè)直流母線。改造后通過實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)，證實(shí)此問題已徹底解決。
五、結(jié)束語
變頻器已經(jīng)在各大中型企業(yè)中占據(jù)了重要地位，隨之而來的便是在日常運(yùn)行期間所出現(xiàn)的各種各樣的故障現(xiàn)象，本文主要針對(duì)在生產(chǎn)中所遇到的變頻故障加以分析并做出合理解決辦法。從而使生產(chǎn)得到了保障，對(duì)企業(yè)的長期有效運(yùn)行起到了重要作用。
參考資料
1．SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制使用大全．西門子
2．西門子S7-400使用手冊(cè)．西門子
3．聚酯部短纖維裝置工藝手冊(cè)．天津石化公司聚酯部
作者簡(jiǎn)介：姓名：張欣然；性別：男；1982年1月生；電氣工程師；畢業(yè)于撫順石油學(xué)院工業(yè)電氣自動(dòng)化專業(yè)；現(xiàn)任天津石化聚酯部短絲車間電氣技術(shù)工程師。
聯(lián)系地址：天津市大港區(qū)天津石化聚酯部電儀車間 郵政編碼：300270
聯(lián)系電話：13752468482 單位電話：02263805905
（轉(zhuǎn)載）
