水泥企业回转窑直流调速系统设计与调试

卫 东，刘庆元

（河南建筑材料研究设计院有限责任公司，河南 郑州 450002）

水泥回转窑属于水泥厂烧成系统最重要的设备，回转窑运转的正常与否关系到整个烧成系统的正常运转。河南建筑材料研究设计院有限责任公司研发的全数字直流调速装置，可驱动直流电机，实现无级调速。该型号装置自1995年首次在水泥行业应用以来，就以运行可靠、性能稳定、功能齐全、操作简单、维护方便等特点，在同等水平的全数字产品中最有应用前景，在全国水泥行业得到了广泛的推广，受到用户的一致好评。

1 系统设计与选型

现以某水泥有限公司的回转窑直流调速系统为例，阐述系统的设计与选型过程，该公司的回转窑直流电机参数为：上海南洋电机厂产品，ZSN4-400-22，630kW，1 000r/min，660V，1016A，励磁：180V，24A，他励。

现在，水泥回转窑使用的都是ZSN4系列直流电机，设计要求起动时扭矩要达到并超过2.5倍过载，我们知道回转窑在极少的条件下会达到2.5倍扭矩，比如回转窑堵料，热窑并有故障停窑的情况下，导致窑况变化，如窑弯曲导致扭矩变大；再比如窑内生成“雪球”导致扭矩变大。正常情况下，回转窑运转功率低于80%电机的额定功率，正常情况下，窑空载从零速起动时，大约是10%～20%电机的额定功率。

直流控制器有着良好的过载性能，出力大，易维护，性能优良，在水泥回转窑上有着广泛的应用，所以我们选用直流限控制器。回转窑是单象限运转，不存在正反转，我们选择单象限直流控制器即可满足要求。

电机电流1016ADC，单向运转，1016A×2.5=2540ADC，控制器我们选用ABB公司的DCS800-S01-2000-06，或者CT公司的MP1850-01-06系列产品，ABB公司的DCS800-S01-2000-06控制器可以过载1.5倍60S，即2000×1.5=3000A；CT公司的MP1850-04控制器可以过载1.5倍30S，即1 850×1.5=2 775A；欧陆591P选择591P-2200控制器可以过载1.5倍30S，即2 200×1.5=3300A，均大于2540A，满足要求。

励磁控制器选择大于24A，选用ABB控制器选择配套的励磁控制器——DCF803-0035，励磁电流35A，满足使用要求。或者选用安萨尔多的50A励磁控制器也可以。

变压器的选择：直流控制器额定电压660V±10%，励磁控制器最大进线电压为600V，所以，我们选择整流变压器电压570V±5%即可，注意要选择整流变压器。

断路器的选择：电机电流1016ADC，折合到交流侧交流电流就是：大约1016×0.85=864A，我们选择施耐德电气的MT16-1600 3P 5.0 660V 1600A，满足要求。

其他电气元件，按照规范选用即可，浪涌保护器按照1 500A选用，控制回路的快速熔断器按照63A选用。按要求可以配以保护电路，控制器本身就有强大的PLC控制功能，也可用配合PLC来控制，使用更方便。柜体的选择可根据控制器体积和需要散热的风量等，按照说明书和设计图纸上电缆沟的基础来确定合理的尺寸。

至于控制器的输入、输出信号、开关量、模拟量信号等参照相关的说明书，要认真阅读说明书，这对于整个工程的设计及后期调试及维护很关键。

2 系统装配及设备特点

本装置是以知名品牌的全数字直流驱动器为主体，配以完备的外围控制设备构成。所选用全数字直流驱动器，都是三相全控桥式IGBT管整流，微机控制、全数字化的、最新型直流驱动器。

主回路根据需要装配有整流变压器（或者是进线电抗器）、整流变压器、框架断路器、快速熔断器、防浪涌保护器，控制回路主要有励磁回路、输入输出模块、控制电器等。

主要功能：

（1）全数字参数设定、显示和故障诊断。

（2）相序无要求。

（3）任选测速电机、编码器或电枢电压反馈。

（4）参数自整定、自适应，具有良好的动态响应。

（5）具有超载、过流、欠磁、反馈丢失、电枢开路、缺相等保护功能。

（6）对装置的控制，可选“本柜”或“集中”方式，“本柜”用于调试，“集中”用于正常的集中控制生产流程。

（7）本装置I／O（输入／输出）见表1。

表1 本装置I／O（输入／输出）

3 系统现场调试及案例说明

（1）内蒙古某水泥厂 1 000t/d水泥生产线，回转窑直流电机电枢采用采用全数字直流调速装置——英国CT公司MENTORII/M700直流控制器，电机励磁采用英国CT公司励磁模块型号：FXM5，输出电流20A，在现场调试的技术人员发现电机无法启动，经过检查发现电机励磁无输出，换用另1台励磁模块，发现电机仍然无励磁电流输出。我公司另外一位工程师到达现场调试，发现问题，由于励磁模块的电流输出与经过电压互感器的绕线匝数成反比例关系——I1/N1=I2/N2，我公司售后服务人员在调整励磁模块的电流输出改变线圈匝数时，把进电压互感器的线接反了方向，导致励磁电流无输出，改变了穿过电压互感器的线圈的绕向，经过开机调试，解决问题。

要仔细核对设备元器件的说明书，和设计图纸等资料，要养成科学严谨的工作态度。

（2）河南郑州某水泥厂，回转窑采用全数字直流调速装置，调试时，发现机旁启动正常，中控启动无转速反馈，检查直流控制柜，发现各项设置参数正常，中控给定4～20mA信号，控制器上数值无变化，经检查发现中控至控制柜的给定模拟信号通道损坏，经更换模拟信号通道后，运行正常。

（3）新疆哈密某2 500t/d水泥厂回转窑采用全数字直流调速装置，进线的常熟框架断路器，主回路合闸的同时也在分闸，由于不停地分合闸，发生烧毁框架断路器现象，后经检查，是控制回路线路设计原因，经过检查发现，框架断路器合闸线圈烧毁，后来更改控制回路线路和更换框架断路器合闸线圈，排除故障，运行正常。

要根据框架断路器说明书和控制器说明书辅以控制电路实现设计意图，不能马虎大意，甚至从别的设计图纸上照搬别的框架断路器的电路而不修改，这都是不严谨的，也是不负责任的态度。

（4）河南南阳某水泥厂 2 500t/d水泥生产线，回转窑直流电机电枢采用采用全数字直流调速装置——英国CT公司MENTORII/M1850直流控制器，电机励磁采用英国CT公司励磁模块FXM5/40A，窑况异常停窑，在再次启动设备的时候，控制设备报故障，不能正常启动。技术人员到现场发现控制器故障码为“ PHS ”，测量发现控制器进出线电压异常，现场技术人员发现回转窑内堵料严重，于是联系中控室用辅传电机带动回转窑运转，开始时电流大，运转一段时间电流正常了。拆开控制器，更换可控硅后，开机试验及运转正常。

本次事故原因是在非正常停机再次开机的时候未检查生产工艺状况，比如本次停机时窑内堵料，操作人员不知道现场情况，还有中控给定4～20mA信号在20mA处，即电机未在零速起动，直接以最大速度带料重载起动，仍然正常开机，引起电机堵转，导致烧毁控制器可控硅的情况发生。这种情况下，开机，可以先用辅传电机先慢转，然后待电枢电流降下来，再用主传动带回转窑，要从零速起动。

（5）河南某水泥厂回转窑全数字直流调速系统采用ABBDCS800-S01-2000-04型控制器，在一次停机检修后，无法正常启动，技术人员到现场发现一切正常，仍然无法启动，检查控制器菜单未发现异常，控制器也无故障显示，于是把控制器恢复出厂设置，重新设置菜单后，对电机进行自整定，保存菜单后，启动电机发现可以正常启动。

直流控制器有密码保护，应该有专门的技术人员负责维护工作，对不同的人员可以开放不同的权限，不能让无关人员随意改动菜单设置，出现不能开机的故障，影响正常的生产。

（6）郑州某水泥厂 2 500t/d水泥生产线，使用的欧陆控制器，调试时输入电机电流电压等数据后，报电机不匹配的故障，仔细看说明书，说明书要求电机的额定电流按照控制器电流写入，否则报故障。把控制器电流输入电机电流后调试正常。