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[摘 要]某1780mm热连轧线采用大功率、大规模、集中使用交交变频控制主电机方式，对如何准确、高效、稳定运行主控系统提出新课题，全面系统的经验数据、诊断方法极大地提高了交交变频大传动控制的应用水平，现场证明效果良好。
[关键词]大传动、交交变频、可控硅性能
中图分类号：TU507 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0344-01
一、系统概述
某1780mm热连轧轧线主传动分别由粗轧机组E1R1、粗轧机组E2R2、精轧机组F1-F7及飞剪主电机构成，总装容量约90MWh，动力厂单台变压器最大短路容量410MWh，双回路变压器最大短路容量540MWh，全部采用大功率凸极同步电动机，单台电机容量分别由9000KW、8000KW、7500KW、4000KW、2800KW、1500KW等几种容量规格组成。控制系统采用全数字交交变频矢量控制的交流调速装置。交交变频装置是由三台电网自然换流无环流可逆变流器、电机定子回路整流变采用三分裂解式变压器、励磁主回路及调速矢量控制系统所组成。
二、问题及采取的措施
主传动的交交变频控制系统能否稳定、准确运行直接影响板带连轧线的生产效率及产品质量。由于受信号源干扰、控制信号脉冲丢失、可控硅性能下降、系统控制稳定性、功能控制精度及辅助控制系统的影响，造成故障高发，严重制约了生产的稳定顺行。通过对交交变频系统的深入研究与功能优化后，故障率大幅下降，精度达到了控制要求，提高了1780mm热连轧生产节奏，保证了产品质量，为产品的研发奠定了坚实的基础。在实际工作中对控制系统的研究和应用中存在以下问题：
1、信号干扰带来的影响：信号干扰致使速度反馈模拟量信号发生畸变。
电机速度反馈信号受干扰引电机速度波动、电机抖动现象。速度给定值为7.15rpm，实际速度波动最大值为7.42rpm，速度最小值为6.88rpm，速度波动范围为额定速度的（7.42-6.88）÷7.15=7.5%。当轧制速度为240mpm时，速度波动达到7.5%×240mpm=18.12mpm，造成带钢出口厚度波动较大，影响产品质量。
2.脉冲丢失对系统的影响
2.1 脉冲丢失论述
脉冲信号是SIMADYND控制系统中控制部分与功率柜可控硅触发导通的纽带。脉冲信号采用双窄PWM调控方式，根据可控硅空间位置布置，以（A+）→（B-）→（C+）→（A-）→（B+）→（C-）→（A+）的循环顺序对可控硅进行循环可靠触发。脉冲信号由PM6控制模块经过TVC矢量运算后将脉冲信号发至辅助控制机箱，由辅助控制机箱的SE20.2模板将脉冲信号经脉冲同轴电缆线将信号分配至功率柜的脉冲分配板，脉冲分配板将信号分配到各功率柜脉冲功率放大板，功功率放大板经整形、放大后触发可控硅导通。根据粗轧及精轧机组的容量大小，功率柜分别采用两组或三组并联的控制方式。
经在实际应用过程中，脉冲丢失现象会导致功率柜可控硅无法导通。根据功率柜并联的特征，可控硅无法导通分为几种情况：第一种情况是一相一组中的一个或几个可控硅无法导通，从而引起个别可控硅无法导通，其他柜内可控硅电流过大造成可控硅击穿，导致主回路系统故障、控制系统计算紊乱，出现“变频器收集故障”、“EW1综合故障”“A组正向过流故障”等。第二种情况是一相正组或反组可控硅无法导通，导致主电机出现“咚咚”异常声响及振动。第三种情况是一相一组的正向或反向可控硅无法导通，导致主电机带载时出现异常声响。
2.2 丢失脉冲对整个系统造成的影响及措施
正向或反向部分或全部脉冲丢失对控制系统带来的影响：在脉冲丢失后，变频器三相可控硅承担的电流分配不均，使作用到电机上的三相电流初相角发生偏差，三相电流对称关系失去平衡。从而作用到电机端的电流使电机发出“咚咚咚”异常声响，且电机有振动现象。
主回路系统波形原因剖析：作用到电机上的三相电流初始角发生畸变，从而在电机定子绕组中无法形成规律的旋转磁场，而不规则的旋转磁场会导致电机转子不规则的转动，甚至对控制系统的数据采集带来影响。
针对以上问题，经过波形数据和理论分析。判断为脉冲丢失严重，而引起脉冲丢失的原因还有以下几点：
（1）环境温度使脉冲分配板、功放板元件损坏而导致丢失
脉冲在传输的线路路径上至脉冲分配板上，经检测脉冲丢失。在分析脉冲传输路径上的每个点，检查发现为脉冲功放板损坏，从脉冲功放板脉冲信号的采集、整形、放大、隔离四部分来分析和排查：检查结果为脉冲信号隔离变压器阻值偏大或断线。这个因素为丢失脉冲的重要因素。
在实际应用中，满负荷生产期间比如：轧制不锈钢、特种钢等大负荷钢种时，特别是在夏季室外环境温度较高的情况下，快节奏、速度变化快的条件下，脉冲功率和频率变换较快也是引起元件发热的重要原因。另可控硅经过大电流发热量剧增，造成室内温度温升很快的另一因素。
2.3 环境湿度使脉冲分配板、功放板元件损坏而导致丢失
主传动功率柜是高电压大电流设备，故放置在单独的功率室内，空间相对密闭。湿度增大会造成功率室结露，经过分析功率室结露主要分为两个方面：
当设备正常运行时，由于功率柜是大功率发热元件，造成室内温度急剧上升，此时中央制冷系统温度较低，冷热交换不均，由于局部温度差异造成结露。另一方面当系统停车时，由于功率柜与户外变压器采用封闭母线连接方式，户外热空气通过封闭母线的烟囱效应将户外热空气带人室内，此时冷热交换不均同样造成室内产生结露现象。
湿度造成功率柜可控硅及封闭母线等主回路器件绝缘降低、功率放大板及功率分配板等控制器件受损，鉴于此，为防止结露现象的产生，主要采取如下措施：
1）、功率室增加轴流风机，使冷热空气分配均匀。
2）、封闭母线上增加小功率对流风机，切断烟囱效应。
3）、增加中央空调与主传动的控制联锁，防止室内温度过低。
4）、停车后延时停功率柜风机，避免温度骤升骤降。
5）、实时监控湿度，对中央制冷水进行调控。
通过以上措施，室内湿度控制在70%RH以下，主回路器件绝缘、脉冲放大板及脉冲分配板等控制器件得到保护。
3、可控硅性能下降对控制系统的影响及措施：可控硅性能下降导致电机电流、转矩出现尖峰，并对可控硅造成恶性循环损伤。通过全面系统检测，依靠可控硅参数经验值，对个别性能不符合标准的可控硅进行更换后，得出以上数据波形，研究跟踪总结出预防措施，利用检修期间定期检测可控硅参数。1）、定期对可控硅绝缘性能进行检测，绝缘阻值控制在5兆欧以上。2）、检测可控硅正方向断态重复峰值电压，耐压值控制在3.2KV以上。3）、检测可控硅正反向断态重复峰值电流（可控硅漏电流），在热态下空载在20mA以下。
三、控制系统研习结论
经过现场長期观察、技术改造、全面系统的数据监测与报表分析，得出适合且能保证大传动稳定运行的经验数据，并制定执行更苛刻的运行数据，经过5年的运行结果分析，效果良好。
参考文献
[1] 马小亮，大功率交--交变频调速及矢量控制技术：机械工业出版社，2004.7.
[关键词]大传动、交交变频、可控硅性能
中图分类号：TU507 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0344-01
一、系统概述
某1780mm热连轧轧线主传动分别由粗轧机组E1R1、粗轧机组E2R2、精轧机组F1-F7及飞剪主电机构成，总装容量约90MWh，动力厂单台变压器最大短路容量410MWh，双回路变压器最大短路容量540MWh，全部采用大功率凸极同步电动机，单台电机容量分别由9000KW、8000KW、7500KW、4000KW、2800KW、1500KW等几种容量规格组成。控制系统采用全数字交交变频矢量控制的交流调速装置。交交变频装置是由三台电网自然换流无环流可逆变流器、电机定子回路整流变采用三分裂解式变压器、励磁主回路及调速矢量控制系统所组成。
二、问题及采取的措施
主传动的交交变频控制系统能否稳定、准确运行直接影响板带连轧线的生产效率及产品质量。由于受信号源干扰、控制信号脉冲丢失、可控硅性能下降、系统控制稳定性、功能控制精度及辅助控制系统的影响，造成故障高发，严重制约了生产的稳定顺行。通过对交交变频系统的深入研究与功能优化后，故障率大幅下降，精度达到了控制要求，提高了1780mm热连轧生产节奏，保证了产品质量，为产品的研发奠定了坚实的基础。在实际工作中对控制系统的研究和应用中存在以下问题：
1、信号干扰带来的影响：信号干扰致使速度反馈模拟量信号发生畸变。
电机速度反馈信号受干扰引电机速度波动、电机抖动现象。速度给定值为7.15rpm，实际速度波动最大值为7.42rpm，速度最小值为6.88rpm，速度波动范围为额定速度的（7.42-6.88）÷7.15=7.5%。当轧制速度为240mpm时，速度波动达到7.5%×240mpm=18.12mpm，造成带钢出口厚度波动较大，影响产品质量。
2.脉冲丢失对系统的影响
2.1 脉冲丢失论述
脉冲信号是SIMADYND控制系统中控制部分与功率柜可控硅触发导通的纽带。脉冲信号采用双窄PWM调控方式，根据可控硅空间位置布置，以（A+）→（B-）→（C+）→（A-）→（B+）→（C-）→（A+）的循环顺序对可控硅进行循环可靠触发。脉冲信号由PM6控制模块经过TVC矢量运算后将脉冲信号发至辅助控制机箱，由辅助控制机箱的SE20.2模板将脉冲信号经脉冲同轴电缆线将信号分配至功率柜的脉冲分配板，脉冲分配板将信号分配到各功率柜脉冲功率放大板，功功率放大板经整形、放大后触发可控硅导通。根据粗轧及精轧机组的容量大小，功率柜分别采用两组或三组并联的控制方式。
经在实际应用过程中，脉冲丢失现象会导致功率柜可控硅无法导通。根据功率柜并联的特征，可控硅无法导通分为几种情况：第一种情况是一相一组中的一个或几个可控硅无法导通，从而引起个别可控硅无法导通，其他柜内可控硅电流过大造成可控硅击穿，导致主回路系统故障、控制系统计算紊乱，出现“变频器收集故障”、“EW1综合故障”“A组正向过流故障”等。第二种情况是一相正组或反组可控硅无法导通，导致主电机出现“咚咚”异常声响及振动。第三种情况是一相一组的正向或反向可控硅无法导通，导致主电机带载时出现异常声响。
2.2 丢失脉冲对整个系统造成的影响及措施
正向或反向部分或全部脉冲丢失对控制系统带来的影响：在脉冲丢失后，变频器三相可控硅承担的电流分配不均，使作用到电机上的三相电流初相角发生偏差，三相电流对称关系失去平衡。从而作用到电机端的电流使电机发出“咚咚咚”异常声响，且电机有振动现象。
主回路系统波形原因剖析：作用到电机上的三相电流初始角发生畸变，从而在电机定子绕组中无法形成规律的旋转磁场，而不规则的旋转磁场会导致电机转子不规则的转动，甚至对控制系统的数据采集带来影响。
针对以上问题，经过波形数据和理论分析。判断为脉冲丢失严重，而引起脉冲丢失的原因还有以下几点：
（1）环境温度使脉冲分配板、功放板元件损坏而导致丢失
脉冲在传输的线路路径上至脉冲分配板上，经检测脉冲丢失。在分析脉冲传输路径上的每个点，检查发现为脉冲功放板损坏，从脉冲功放板脉冲信号的采集、整形、放大、隔离四部分来分析和排查：检查结果为脉冲信号隔离变压器阻值偏大或断线。这个因素为丢失脉冲的重要因素。
在实际应用中，满负荷生产期间比如：轧制不锈钢、特种钢等大负荷钢种时，特别是在夏季室外环境温度较高的情况下，快节奏、速度变化快的条件下，脉冲功率和频率变换较快也是引起元件发热的重要原因。另可控硅经过大电流发热量剧增，造成室内温度温升很快的另一因素。
2.3 环境湿度使脉冲分配板、功放板元件损坏而导致丢失
主传动功率柜是高电压大电流设备，故放置在单独的功率室内，空间相对密闭。湿度增大会造成功率室结露，经过分析功率室结露主要分为两个方面：
当设备正常运行时，由于功率柜是大功率发热元件，造成室内温度急剧上升，此时中央制冷系统温度较低，冷热交换不均，由于局部温度差异造成结露。另一方面当系统停车时，由于功率柜与户外变压器采用封闭母线连接方式，户外热空气通过封闭母线的烟囱效应将户外热空气带人室内，此时冷热交换不均同样造成室内产生结露现象。
湿度造成功率柜可控硅及封闭母线等主回路器件绝缘降低、功率放大板及功率分配板等控制器件受损，鉴于此，为防止结露现象的产生，主要采取如下措施：
1）、功率室增加轴流风机，使冷热空气分配均匀。
2）、封闭母线上增加小功率对流风机，切断烟囱效应。
3）、增加中央空调与主传动的控制联锁，防止室内温度过低。
4）、停车后延时停功率柜风机，避免温度骤升骤降。
5）、实时监控湿度，对中央制冷水进行调控。
通过以上措施，室内湿度控制在70%RH以下，主回路器件绝缘、脉冲放大板及脉冲分配板等控制器件得到保护。
3、可控硅性能下降对控制系统的影响及措施：可控硅性能下降导致电机电流、转矩出现尖峰，并对可控硅造成恶性循环损伤。通过全面系统检测，依靠可控硅参数经验值，对个别性能不符合标准的可控硅进行更换后，得出以上数据波形，研究跟踪总结出预防措施，利用检修期间定期检测可控硅参数。1）、定期对可控硅绝缘性能进行检测，绝缘阻值控制在5兆欧以上。2）、检测可控硅正方向断态重复峰值电压，耐压值控制在3.2KV以上。3）、检测可控硅正反向断态重复峰值电流（可控硅漏电流），在热态下空载在20mA以下。
三、控制系统研习结论
经过现场長期观察、技术改造、全面系统的数据监测与报表分析，得出适合且能保证大传动稳定运行的经验数据，并制定执行更苛刻的运行数据，经过5年的运行结果分析，效果良好。
参考文献
[1] 马小亮，大功率交--交变频调速及矢量控制技术：机械工业出版社，2004.7.