熱軋帶鋼生產(chǎn)線主傳動方案

摘 要：文章通過對西南不銹1 450 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線主傳動方案的分析和對比，詳細(xì)闡述了熱軋帶鋼生產(chǎn)線主傳動的組成和要求。為今后的相關(guān)設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：主傳動；交交變頻；交直交變頻；同步電動機(jī)

中圖分類號：TG333 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）6-0100-02

西南不銹鋼有限責(zé)任公司1 450熱軋不銹帶鋼生產(chǎn)線，是我公司設(shè)計的一條較為先進(jìn)的帶鋼生產(chǎn)線。在設(shè)計過程中，本著對客戶認(rèn)真負(fù)責(zé)的宗旨，對整個熱軋生產(chǎn)線的電控系統(tǒng)不斷優(yōu)化，精益求精，使西南不銹1 450熱軋生產(chǎn)線的電氣裝備及自動化程度達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

1 方案概述

西南不銹1 450熱軋生產(chǎn)線包括：兩座步進(jìn)式板坯加熱爐、一架四輥可逆式粗軋機(jī)（R：2x6 500 kW）、熱卷箱、切頭飛剪、七機(jī)架四輥精軋機(jī)（F1-F4每機(jī)架6 500 kW，F(xiàn)5-F7每機(jī)架6 000 kW）、兩臺地下卷取機(jī)、鋼卷收集線等設(shè)備。

2 軋線主傳動

2.1 四輥可逆式粗軋機(jī)

四輥可逆式粗軋機(jī)上、下工作輥為單獨傳動，采用兩臺交流同步電動機(jī)分別對上、下工作輥進(jìn)行單獨拖動。交流同步電動機(jī)額定容量6 500 kW，轉(zhuǎn)速50/90 r/min，16極，頻率范圍6.667/12 Hz，額定相電壓為1.65 kV，功率因數(shù)1，防護(hù)等級IP44，絕緣等級為F級，冷卻方式采用背包式空-水冷卻方式。電動機(jī)過載能力為：115%額定負(fù)載時連續(xù)工作，200%額定負(fù)載時頻繁工作60 s，250%額定負(fù)載時偶爾工作10 s。

2.2 七機(jī)架精軋機(jī)

七機(jī)架精軋機(jī)各機(jī)架的上、下工作輥為集體傳動，即每機(jī)架精軋機(jī)采用一臺交流同步電動機(jī)對上、下工作輥進(jìn)行拖動。精軋F(tuán)1-F4同步電動機(jī)額定容量6 500 kW，轉(zhuǎn)速160/410 r/min，4極，頻率范圍5.33/13.67 Hz。精軋F(tuán)5同步電動機(jī)額定容量6 000 kW，轉(zhuǎn)速145/360 r/min，4極，頻率范圍12/83Hz。精軋F(tuán)6-F7同步電動機(jī)額定容量6 000 kW，轉(zhuǎn)速310/970 r/min，6極，頻率范圍6.33/15.167 Hz。

F1-F7電動機(jī)的下列技術(shù)數(shù)據(jù)相同：額定相電壓為1.65 kV，功率因數(shù)為1，防護(hù)等級IP44，絕緣等級為F級，冷卻方式采用背包式空-水冷卻方式；電動機(jī)過載能力為：115%額定負(fù)載時連續(xù)工作，200%額定負(fù)載時頻繁工作60 s，250%額定負(fù)載時偶爾工作10 s。

3 交交變頻主回路

對于西南不銹1 450 mm熱軋帶鋼生產(chǎn)線，這種大型軋鋼機(jī)主傳動系統(tǒng)，目前主要有兩種方案，即采用晶閘管功率器件的交交變頻方案和采用可關(guān)斷器件的交直交變頻方案。這兩種方案各有優(yōu)缺點。交直交變頻與交交變頻在功能上基本類似，在技術(shù)水平的成熟度、元件的穩(wěn)定性、效率、低速特性、備品備件的價格和維修成本等方面，交交變頻有很多優(yōu)點。在提高電網(wǎng)功率因數(shù)和減少電網(wǎng)諧波等方面交直交變頻有較大優(yōu)勢。因此我們采用了交交變頻方案。

3.1 供電組成

粗、精軋機(jī)主傳動整流變壓器一次側(cè)電壓為35 kV。勵磁整流變壓器的一次側(cè)電壓為10 kV。主回路進(jìn)線經(jīng)高壓開關(guān)柜接到主整流變壓器，每臺整流變壓器二次側(cè)分別接至晶閘管變流裝置。粗、精軋機(jī)主傳動每臺交流同步電動機(jī)對應(yīng)一臺整流變壓器。主傳動整流變壓器容量選擇按長期過載1.15倍考慮。粗軋機(jī)上、下工作輥同步電動機(jī)對應(yīng)的整流變壓器容量為2臺×13 000 kVA。精軋F(tuán)1-F4同步電動機(jī)對應(yīng)的整流變壓器容量為4臺×13 000 kVA。精軋F(tuán)5-F7同步電動機(jī)對應(yīng)的整流變壓器容量為3臺×12 000 kVA。主傳動整流變壓器的結(jié)線方式分別采用Δ/Δ和Δ/Y兩種交替結(jié)線方式，以獲得十二相的整流效果，減少高次諧波電流分量的幅值。粗軋勵磁整流變壓器容量為1臺×

1 000 kVA。精軋勵磁整流變壓器容量為1臺×1 200 kVA，1臺×1 600 kVA。粗、精軋主傳動的控制電源分別取自兩臺35 kV、50 kVA的同步變壓器。

粗、精軋機(jī)主傳動電源均取自同一35 kV母線。軋機(jī)負(fù)載容量大，是電網(wǎng)產(chǎn)生波動的根源，其中尤其以粗軋機(jī)的沖擊負(fù)荷最大。R2粗軋機(jī)和F1～F7精軋機(jī)負(fù)載均為交交變頻負(fù)載，具有旁頻諧波。整流負(fù)載按12脈波整流配置，其特征諧波為12 K±1次，諧波含量5次、7次較??；11次、13次較大。因此，在35 kV電源母線上需要設(shè)置動態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置（SVC），以消除沖擊負(fù)荷與交交變頻對電網(wǎng)的影響，滿足供電局對電壓降和諧波治理的要求。

3.2 主回路

交交變頻器主接線為星形連接。星形連接是交交變頻系統(tǒng)最典型的主電路接線方式。三組晶閘管反并聯(lián)橋式變流器星形連接，輸出三相電壓給同步電機(jī)，同步電機(jī)的定子繞組也是星形連接，電機(jī)星接中點和變流器星接中點并不相連。星形連接的優(yōu)點是：線路連接簡單?？刹捎媒唤蛔冾l器相電壓梯形波供電，提高交交變頻器的功率因數(shù)。

晶閘管變流柜的主回路采用三相全控橋式線路，采用有準(zhǔn)備邏輯無環(huán)流電流切換方式。

4 交交變頻控制系統(tǒng)

數(shù)字控制采用西門子公司的SIMADYN D數(shù)字控制系統(tǒng)。該數(shù)字控制系統(tǒng)是采用圖形化自由編程、模塊化自由配置、多處理器并行工作的實時處理的通用數(shù)字控制系統(tǒng)。適用于高技術(shù)性能要求的大功率閉環(huán)電氣控制，滿足各種復(fù)雜的和精確的控制要求。例如在高精度要求的軋機(jī)主傳動大功率交、直流傳動、大功率卷取機(jī)傳動、飛剪傳動、多電機(jī)控制等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

4.1 硬件組成

硬件設(shè)備主要由主機(jī)箱和輔助機(jī)箱及接口端子板等組成。主機(jī)箱主要由通用微處理器單元、專用微處理器單元及各種輔助單元，接口單元、通訊單元及電源等組成。輔助機(jī)箱主要由晶閘管接口單元組成。接口端子板主要用于直接連接模擬量和開關(guān)量I/O，以及連接碼盤信號等。

4.2 處理器功能

完成系統(tǒng)啟停的速度邏輯控制和速度調(diào)節(jié)。完成矢量控制、磁通控制、三相交流電流控制。完成勵磁電流控制、故障綜合處理、主回路合分閘邏輯控制、操作面板控制、通訊等任務(wù)。

4.3 矢量控制功能

交交變頻同步電動機(jī)控制系統(tǒng)采用磁場定向矢量控制原理。通過碼盤采集電動機(jī)實際速度和轉(zhuǎn)子位置、以及通過傳感器采集定子實際電壓和電流信號。通過電壓模型和電流模型軟件，計算出磁通矢量。通過采用磁通矢量定向控制，使定子電流可以按照勵磁和力矩分量分別控制，達(dá)到與直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相同的靜態(tài)、動態(tài)品質(zhì)。

4.4 粗軋上下輥間的工藝配合

粗軋上、下輥系統(tǒng)間通過通訊方式實現(xiàn)速度分配、速差限制、負(fù)荷平衡等工藝功能，以及頻繁可逆運(yùn)行的要求。

4.5 其他控制功能

其他控制功能還包括：功率因數(shù)控制功能、扭振抑制功能、負(fù)荷觀測器功能、換輥準(zhǔn)確停車功能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郭德權(quán)，陳梅.熱軋帶鋼主傳動電動機(jī)負(fù)荷不平衡及改進(jìn)[J].冶金自動化，2012，（3）.