1、引言

辊道传动最初采用单台电机通过机械齿轮箱成组驱动多个辊子；后来发展为单台电机不经过齿轮箱直接驱动单辊的传动方式,辊道传动由一套调速装置集中给多台电机供电，每台电机直接驱动单辊。如某热轧厂精轧辊道采用西门子MASTERDRIVE 6SE70变频器供电，采用VF控制或无速度编码器的矢量控制。

2、辊道传动的特点

（1）由于同一组辊道的速度一致，电机的速度也一致，可以进行集中控制，但集中控制精度不高。

（2）由于每台电机的性能不可能完全一致，每个工作棍磨损程度不同，以及传送轧件不规则，都会导致部分电机的负荷比较大，部分电机的负荷比较小。由于调速装置不能很精确地对每台电机进行控制，当负荷增大时，只能笼统地使总输出电压与电流提高，导致负荷轻的电机端电压可能超过额定值，造成电机的绝缘劣化，特别会造成交流电机磁路饱和，电机电流增加，发热增加。所以对每台电机必须配置过载保护。

（3）当开关箱至每台电机的电缆长度不一致或电缆细时，由于线路压降也会造成电机的端电压不一致，从而造成部分电机的端电压减少，输出力矩下降，甚至堵转，电机电流特别大。所以，对成组传动装置，要求电机的参数尽量一致，而且配置的电缆也要尽可能短。

（4）在传送轧件时，轧件可能受堵，导致电机堵转，为了避免辊子堵转，要求电机与轧件之间打滑，即必须使电机的最大转矩大于打滑转矩。所以在系统设计时，传动装置及电机都要有一定的过载能力。

（5）辊道电机一般离调速装置的距离比较远，电缆很长，而现场环境比较恶劣，高温、潮湿、腐蚀性气体，导致电缆及电机的绝缘下降。另外，变频器输出电压是PWM波形，当电缆两端阻抗不匹配时，会产生行波反射，在电机端电压峰值可达到变频器主回路直流电压的两倍，也会造成电机及电缆绝缘劣化。

（6）当一套调速装置带数台辊道电机时，为了保证调速装置与电机的安全，在设计时必须进行容量匹配计算与各级保护之间的匹配，避免误动与拒动。

3、故障现象

某热轧厂精轧GF17辊道共有19台11kW的电机，每台电机额定电流为18.5A，总额定电流为351.5A，变频装置的额定电流为560A，采用无速度编码器的矢量控制，过载能力为136% 1min。在变频装置输出到每个电机之间各配置一只额定电流为100A开关，过载整定在28A，过流瞬动电流为1000A，短路分断能力为40kA。所有开关集中安装在一个开关箱内，开关箱安装在地下电缆沟内。系统框图如图1所示。

图1 系统主回路单线图

2006年8月24日，GF17辊道中的G124电动机开关跳电，现场人员至电缆沟开关箱送上G124开关，返回操作室后发现监控系统又报G124电动机开关跳电，当现场人员再次来到电缆沟时发现该开关已烧损，触头粘连，箱内临近的开关也有不同程度的烧损，G124电机电缆也烧坏，对G124电机进行检查时，发现该电机接线柱由于锈蚀与松动，导致三相短路。故障处理与恢复时间大约为8h。辊道开关箱损坏如图2所示。

图2 GF17辊道开关箱损坏情况

4、原因分析

4.1 无速度编码器的矢量控制变频器应用在辊道传动时必须注意的事项

变频器采用无速度编码器的矢量控制，这种方式的优点是可以省去测速装置，控制精度比VF控制高，但这种方式应用在辊道传动时必须注意以下三点。

（1）最低运行频率不能低于1.8Hz，这种控制方式在低速时控制不稳定。
（2）由于电机参数对采用无速度编码器的矢量控制影响比较大，所以所带电机的参数要尽量保持一致，特别要关注电缆阻抗，电机电阻等参数的自适应。
（3）一般不可以在变频器运行过程中带电合开关；必须等变频器停下来或变频器输出频率低于10%以下，才可以带电合开关。

4.2 计算电机侧短路时的电流大小

从电气室到现场端子箱的长度大约为15m，这是一根150mm2的电缆，这根电缆的阻抗可以忽略不计。现场端子箱到损坏电机的电缆（6mm2）长度大约为150m。首先计算现场端子箱到损坏电机的电缆电阻。

根据公式：R=ρ×ls

式中：铜的电阻率ρ在20℃时为0.0175Ωmm2m;
l—导线长度m;
s—导线截面积mm2。

每根导线电阻R=0.0175×1506=0.4375Ω，三相短路时,对变频器来说，输出线路总电阻=0.4375Ω+0.4375Ω=0.875Ω。由于西门子MASTERDRIVE 6SE70为交—直—交电压型变频器，电机额定电压为500V，变频器中间直流回路电压为DC 650V，忽略IGBT的导通压降，当电机侧发生短路时，短路电流=650V0.875Ω=742A。

4.3 故障原因分析

（1）从现场调查来看，该设备已运行十多年，现场环境恶劣，开关箱安装在电缆沟内，环境温度高，造成开关性能下降。

（2）变频器输出是PWM脉冲波形，当电缆两端阻抗不匹配时，会产生行波反射，在电机端子侧电压峰值可能达到变频器主回路直流电压的两倍，也会造成电机及电缆绝缘劣化。

（3）由于该开关的过载整定在28A，电机的额定电流为18.5A，大约为电机额定电流的150%，远超过电机的额定电流。当电机电缆由于锈蚀与松动，绝缘劣化，回路电流逐步增大，由于过载保护整定值偏大，延缓了开关保护跳闸时间，不能及时保护电缆与电机，导致电缆继续发热，直至绝缘击穿。

（4）变频器额定容量为500kVA，则变频器额定电流为：=5001.7320.5=566A，变频器过载能力为136% 1min,过电流整定在1100A左右。当G124电机发生短路时,最大短路电流为742A,没有达到变频器的过电流动作值,变频器不会有任何报警,变频器继续正常工作。

（5）G124电机的开关瞬动整定在1000A，则当电机短路时，短路电流也没有达到它的瞬动动作值，所以，该开关也不会立即跳闸。

（6）在第一次发生开关跳闸后，运行人员没有对电缆与电机进行检查,而是复位后立即合开关。此时电机侧已发生短路,开关内因流过大电流而发热；而地下电缆沟内环境温度高，开关箱内温度也很高，造成开关耐受能力和分断能力不断下降,当开关无法耐受逐渐增大的故障电流时，开关内部拉弧短路,波及临近开关,引起开关箱烧损,这是本次故障发生的间接原因。

4.4 对策

（1）由于变频器过电流整定值是固定的，无法进行调整；但可以利用MASTERDRIVE 6SE70变频器提供的自由功能块,编制另一个过电流保护程序,该过电流整定在变频器额定电流150%。一旦负载电流超过变频器额定电流的150%时,并且持续超过30s后,向上位机传送过流报警信息,提醒操作人员注意;如负载电流继续超过变频器额定电流的150%,再延时30s变频器停机。

（2）根据电机容量与实际负荷，对变频器与低压配电开关的过电流参数重新整定，调整开关瞬动电流整定值为700A，确保上下级保护匹配。

（3）完善岗位操作规程，一旦开关跳电，必须对该电机及其电缆进行检查，确认正常后方可送电。

（4）建议把开关箱移到电气室或采用强迫冷却来降低开关箱内温度。

（5）定期对电机、电缆与辊道开关箱进行检查与维护保养。

5、结束语

对于辊道传动，调速装置、开关及电机的容量及过电流保护要匹配；调速装置与每台电机之间要配置过载与短路保护，电机的型号、规格尽量一致，电缆长度要尽量短；否则，要采取必要的技术措施。