日立變頻器在高壓水除磷系統(tǒng)中的應(yīng)用

張海元辛智娟

(1.包鋼(集團(tuán))公司稀土鋼板材公司,內(nèi)蒙古包頭 014010;2.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司巴潤(rùn)礦業(yè)分公司,內(nèi)蒙古包頭 014080)

日立變頻器在高壓水除磷系統(tǒng)中的應(yīng)用

張海元1辛智娟2

(1.包鋼(集團(tuán))公司稀土鋼板材公司,內(nèi)蒙古包頭 014010;2.內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司巴潤(rùn)礦業(yè)分公司,內(nèi)蒙古包頭 014080)

本文主要介紹了高壓水除磷在熱軋工藝中的重要性以及日立變頻器在包鋼2250mm熱軋項(xiàng)目粗軋區(qū)高壓水除磷系統(tǒng)中的應(yīng)用。

高壓水除磷 變頻器

1 概述

熱軋鋼除鱗工藝的發(fā)展是為了滿足社會(huì)對(duì)材料表面質(zhì)量的不斷追求。從過(guò)去的人工刷除，機(jī)械除鱗，低壓除鱗到今天高壓水除鱗，就是為了改進(jìn)產(chǎn)品的質(zhì)量，增進(jìn)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)能力。氧化鐵皮必須清除掉，否則在軋制過(guò)程中氧化鐵皮就會(huì)壓進(jìn)鋼材中，影響板材的表面質(zhì)量，此外，既堅(jiān)硬而又不平的鐵皮也會(huì)嚴(yán)重磨損軋輥表面，降低軋輥的工作壽命。

高壓水除鱗的原理是利用高壓水的急冷，氧化鐵皮與鋼坯體產(chǎn)生溫差，使表面基體材料和氧化鐵皮層冷卻收縮率不同產(chǎn)生的剪切力，水滲入基體材料和氧化鐵皮之間，產(chǎn)生的蒸汽爆炸等諸多綜合力的作用下，使氧化鐵皮迅速脫離基體，同時(shí)高壓水按設(shè)定方向沖走鐵皮。為了提高鋼材質(zhì)量，在軋線上安裝一套高壓水除鱗系統(tǒng)是非常重要的。

包鋼新體系2250mm熱連軋工程，是包鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)升級(jí)總體規(guī)劃的重要組成部分。該工程高壓水除鱗分兩個(gè)泵站三套系統(tǒng)，即粗軋除鱗系統(tǒng)(RM)、精軋除鱗系統(tǒng)(FM)和機(jī)架除鱗系統(tǒng)(F1-F2)。

針對(duì)工藝特點(diǎn)，為了達(dá)到節(jié)能和保護(hù)電機(jī)的目的。在包鋼2250mm熱連軋項(xiàng)目中，對(duì)粗軋除鱗系統(tǒng)(RM)三臺(tái)電機(jī)采用DHVECTOL變頻器進(jìn)行變頻控制。應(yīng)用變頻調(diào)速，可以大大提高電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度，使電機(jī)在最節(jié)能的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。

圖1 變頻器系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

圖2 變頻器單元結(jié)構(gòu)

2 DHVECTOL變頻器介紹

DHVECTOL產(chǎn)品無(wú)電網(wǎng)污染高壓大功率變頻器是一種高效、節(jié)能、無(wú)電網(wǎng)污染的高壓大功率變頻設(shè)備，性能優(yōu)異，主要技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。DHVECTOL產(chǎn)品變頻器適用于大型風(fēng)機(jī)、泵類、壓縮機(jī)、皮帶機(jī)等負(fù)載，使用后可大大降低能耗，改善生產(chǎn)工藝，提高生產(chǎn)效率，并可大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，減少系統(tǒng)維護(hù)。

DHVECTOL產(chǎn)品變頻器適用于標(biāo)準(zhǔn)的三相交流異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。本變頻器將工頻電源變換為頻率、電壓均連續(xù)可調(diào)的電源，可使電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行在最佳狀態(tài)。DHVECTOL產(chǎn)品變頻器不僅節(jié)能效果明顯，而且極大提高了系統(tǒng)性能。

DHVECTOL產(chǎn)品變頻器主要有以下特點(diǎn)：基于多電平級(jí)聯(lián)技術(shù)，輸入諧波小、功率因數(shù)高、效率高；不需要外部輸出濾器就可提供正弦輸出電壓，不會(huì)增加電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)噪音，輸出轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)?。徊捎么蠊β实腎GBT功率模塊。IGBT模塊的驅(qū)動(dòng)與過(guò)流保護(hù)采用專用電路，可靠性高；功率單元組件具有互換性，若出現(xiàn)故障，可在幾分鐘內(nèi)用簡(jiǎn)單工具進(jìn)行更換維修；用戶提供多條起動(dòng)曲線，起動(dòng)時(shí)間由用戶設(shè)定，可保證電動(dòng)機(jī)安全運(yùn)行并延長(zhǎng)其使用壽命，軟起動(dòng)過(guò)程對(duì)電網(wǎng)不會(huì)產(chǎn)生沖擊電流；高壓主回路與主控系統(tǒng)之間采用光纖連接；用戶可以任意選擇遠(yuǎn)方控制或者就地控制方式運(yùn)行變頻器。采用內(nèi)置PLC，可接受和輸出工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；內(nèi)置UPS可提供30分鐘維持時(shí)間。

2.1 變頻器系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

DHVECTOL產(chǎn)品無(wú)電網(wǎng)污染高壓大功率變頻器采用直接高壓變換形式，由多個(gè)功率單元構(gòu)成單元串聯(lián)多電平的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每個(gè)功率單元輸出交流低壓，多個(gè)功率單元疊加后輸出為所需的交流高壓。以10kV每相五個(gè)功率單元串聯(lián)為例，疊加后所構(gòu)成的主回路拓?fù)淙鐖D1所示。

每個(gè)功率單元輸入三相交流電壓，經(jīng)整流、逆變后輸出單相交流電壓，其有效值Ve≈693V，由于每相由五個(gè)相同的功率單元串聯(lián)而成，所以相電壓為3464V，三相的一端經(jīng)過(guò)短接形成中性點(diǎn)，三相的另外三個(gè)端口線電壓為6000V，可以直接驅(qū)動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)，所以該級(jí)聯(lián)式主回路拓?fù)溆殖３７Q為“單元串聯(lián)多電平”直接高壓變頻器結(jié)構(gòu)。

2.2 功率單元原理介紹

功率單元主要由輸入熔斷器、三相全橋整流器、濾波電容器組、IGBT逆變橋、直流母線和旁通回路構(gòu)成，同時(shí)電子控制部件還包括電源、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)監(jiān)測(cè)、通訊等組件組成的控制電路。電容器組根據(jù)單元電壓選擇并聯(lián)或串聯(lián)。單元結(jié)構(gòu)如圖2所示。

每個(gè)功率單元由移相變壓器的一組副邊繞組供電，通過(guò)三相全橋整流器將交流輸入變?yōu)橹绷?，并將能量?jī)?chǔ)存在電容器組中。功率單元接收主控系統(tǒng)發(fā)送的PWM信號(hào)并通過(guò)控制IGBT的工作狀態(tài)，輸出PWM電壓波形。監(jiān)控電路實(shí)時(shí)監(jiān)控功率單元狀態(tài)，并反饋回主控系統(tǒng)。在某一個(gè)功率單元出現(xiàn)重故障時(shí)，該級(jí)功率單元進(jìn)入旁通狀態(tài)，整個(gè)變頻器可以繼續(xù)工作，當(dāng)引起旁通的故障原因消失之后，變頻器退出旁通并自動(dòng)恢復(fù)到原工作狀態(tài)。

將每相N個(gè)功率單元輸出的PWM電壓波形進(jìn)行疊加，產(chǎn)生出2N+1個(gè)電壓階梯的多重化相電壓波形，五個(gè)功率單元輸出的PWM波形及疊加之后的相電壓波形如圖3所示。

2.3 主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)包括主控板及其輸入輸出接口。主控板以專用高性能單片機(jī)為控制核心，另外使用NVRAM或EEPROM存儲(chǔ)工程參數(shù)。主控板通過(guò)光纖通訊系統(tǒng)向各個(gè)功率單元傳輸PWM信號(hào)，并接收各個(gè)功率單元狀態(tài)信息。主控板和人機(jī)界面之間使用光纖連接。通過(guò)人機(jī)界面的功能鍵，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行、停機(jī)、復(fù)位及功能參數(shù)設(shè)定和記錄查詢。

電氣控制以高可靠性的可編程邏輯控制器PLC為核心，輔以繼電器、開(kāi)關(guān)等器件，負(fù)責(zé)變頻器內(nèi)部邏輯控制及外部與用戶的接口。PLC主要完成以下功能：與主控系統(tǒng)交換給定、運(yùn)行頻率、輸出電流及功能號(hào)等數(shù)據(jù)；監(jiān)控主控系統(tǒng)就緒、運(yùn)行、故障等狀態(tài)；處理變頻器控制電源切換、旁通柜開(kāi)關(guān)切換、互鎖、風(fēng)機(jī)、柜門、變壓器溫度等信號(hào)；處理用戶的高壓開(kāi)關(guān)信號(hào)、控制指令信號(hào)，并向用戶提供變頻器運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)。

圖3 變頻器的單元輸出波形及相電壓疊加波形

3 基本功能描述

3.1 起動(dòng)方式

對(duì)于大功率電動(dòng)機(jī)，使用變頻器可以對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行軟起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)，變頻器從1Hz開(kāi)始輸出，按照V/f曲線將電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)至需要的頻率。

3.2 運(yùn)行方式

閉環(huán)運(yùn)行模式：在閉環(huán)運(yùn)行模式下，用戶可以設(shè)定并調(diào)節(jié)被控量的期望值，變頻器將根據(jù)被控量的實(shí)際值與設(shè)定值進(jìn)行比較，檢測(cè)出差值，經(jīng)過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)，使被控量的實(shí)際值自動(dòng)逼近設(shè)定值，控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。控制量可以是壓力、溫度、水位等信號(hào)，也可以是這些信號(hào)通過(guò)DCS處理以后的頻率信號(hào)。

開(kāi)環(huán)運(yùn)行模式：選擇開(kāi)環(huán)運(yùn)行模式，變頻器的運(yùn)行頻率將由LCD面板、人機(jī)界面給定或由外部模擬信號(hào)直接給定。

3.3 頻率設(shè)定

變頻器可以采用人機(jī)界面直接設(shè)定的方式，通過(guò)面板上的數(shù)字鍵輸入頻率，也可以采用電位器、傳感器、DCS等直接進(jìn)行模擬量給定，模擬信號(hào)為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的4～20mA電流信號(hào)或0～10V電壓信號(hào)。

3.4 控制方式

變頻器可以在本地控制，也可以在遠(yuǎn)方進(jìn)行控制。

3.5 參數(shù)設(shè)定功能

變頻器具有多種功能設(shè)定，包括變頻器輸入輸出電壓、V/f曲線、升降速時(shí)間等。所有參數(shù)可以備份或恢復(fù)，斷電后無(wú)需重新設(shè)置。合理設(shè)置系統(tǒng)或電動(dòng)機(jī)的各種參數(shù)不僅能使變頻器處于最佳工作狀態(tài)，同時(shí)也能更加有效的對(duì)電動(dòng)機(jī)和變頻器進(jìn)行保護(hù)。

3.6 故障查詢功能

變頻器具有故障報(bào)警及故障查詢功能，可以為用戶提供清晰的故障點(diǎn)定位，故障記錄等。

4 結(jié)語(yǔ)

高壓水除磷系統(tǒng)在熱軋鋼系統(tǒng)起著重要的作用，通過(guò)使用變頻器，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化，同時(shí)又起到了很好的節(jié)能和保護(hù)電機(jī)的作用。

This article mainly introduces the importance of high pressure water and phosphorus in hot rolling process and DHVECTOL frequency changerin baotou steel 2250 mm hot rolling project roughing application of high pressure water phosphorus removal system.

High pressure water and phosphorus frequency changer