中板2800mm機(jī)組高壓水除鱗系統(tǒng)節(jié)能改造

姚偉政 郝軍強(qiáng)/安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)第二軋鋼廠電氣車(chē)間

中板2800mm機(jī)組高壓水除鱗系統(tǒng)節(jié)能改造

姚偉政 郝軍強(qiáng)/安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)第二軋鋼廠電氣車(chē)間

隨著國(guó)家節(jié)能減排發(fā)展戰(zhàn)略的積極推進(jìn)，安鋼中板2800mm機(jī)組現(xiàn)用的三臺(tái)液耦調(diào)速離心式水泵存在著技術(shù)落后，使用成本高，效率低，能源浪費(fèi)巨大的缺點(diǎn)，整套系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)今鋼鐵行業(yè)的微利運(yùn)行，為此需要對(duì)現(xiàn)有高壓水除鱗系統(tǒng)進(jìn)行高壓變頻節(jié)能改造。

中板；高壓水除磷系統(tǒng)；離心泵；高壓變頻；節(jié)能改造

1、概述

我廠高壓水泵站是為2800中板軋線提供高壓除鱗水的關(guān)鍵設(shè)備，是保證軋鋼產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。泵站現(xiàn)有3套離心式多級(jí)葉輪泵組，為保證除鱗水的壓力和用水量，泵組采用高壓大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，液力耦合器調(diào)速，同時(shí)為使之運(yùn)行必須有油站和油泵等眾多附屬設(shè)備，用于冷卻和傳輸功率。而當(dāng)前，鋼鐵產(chǎn)能富余，軋鋼節(jié)奏放緩，待溫和各種工藝停車(chē)時(shí)間大大加長(zhǎng)，現(xiàn)有的這種調(diào)速方式就存在技術(shù)落后，使用成本高，效率低的缺點(diǎn)，同時(shí)由于電機(jī)功率大，就不能頻繁啟停，需長(zhǎng)時(shí)間怠速工作，其巨大的電能消耗對(duì)軋鋼生產(chǎn)也是沉重的負(fù)擔(dān)，對(duì)我們產(chǎn)品的節(jié)能降耗，提高競(jìng)爭(zhēng)力極為不利，為此，高壓水泵站的節(jié)能改造就迫在眉睫。

2、控制系統(tǒng)介紹及方案實(shí)施

目前隨著高壓變頻技術(shù)的成熟和完善，因其無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)（節(jié)能、穩(wěn)定、無(wú)級(jí)調(diào)速等），應(yīng)用越來(lái)越普及，特別是水泵風(fēng)機(jī)負(fù)載，更是主要應(yīng)用對(duì)象。經(jīng)考察，我們決定選用施耐德公司的ATV1200系列高壓變頻器，利用高壓變頻器直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)直接連接水泵，省去液力耦合器及附屬設(shè)備，提高效率，節(jié)約電能消耗。

2.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

施耐德公司的ATV1200系列高壓變頻器，采用成熟的低壓IGBT多電平單元串聯(lián)技術(shù)，變壓器柜和、功率單元柜、控制柜集成一起，集成多種附件，結(jié)構(gòu)緊湊。高壓主回路和控制器之間用光纖連接，抗干擾能力強(qiáng)，隔離完備。6/6.6KV等級(jí)下輸入采用30脈沖整流，電流諧波畸變率THDi小于2％，幾乎不產(chǎn)生諧波；輸出階梯正弦PWM波形，接近完美正弦波——減少軸承、葉片的機(jī)械振動(dòng)，有效保護(hù)電機(jī)和設(shè)備，可適用老系統(tǒng)和老電機(jī)的改造，不需輸入/輸出側(cè)電抗器濾波器，不需考慮電纜長(zhǎng)度，可靠性好，使用維護(hù)成本低。

變頻器采用恒壓頻比控制（VVVF）和無(wú)速度傳感器的矢量控制方式，通過(guò)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)和空載試驗(yàn)，采樣定子轉(zhuǎn)子的各種參數(shù)，建立電動(dòng)機(jī)模型，進(jìn)行異步電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、磁場(chǎng)解耦控制?？刂凭雀?，響應(yīng)快，另外變頻器還有高壓掉電后旋轉(zhuǎn)起動(dòng)功能，自動(dòng)識(shí)別跟蹤電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并拖動(dòng)負(fù)載到設(shè)定頻率運(yùn)行。

變頻器控制器基于DSP,CPLD,FPGA等先進(jìn)的電子器件，集成小型PLC S7-200，用于柜內(nèi)連鎖控制及與外部系統(tǒng)的通訊，接受啟停信號(hào)和速度給定，發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)和各種模擬量信息。同時(shí)擁有10寸的中文觸摸屏人機(jī)界面，通過(guò)該界面可運(yùn)行、停止、復(fù)位高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，修改功能和參數(shù)，并可以瀏覽高壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的狀態(tài)和參數(shù)，參數(shù)瀏覽和修改采用不同的權(quán)限密碼，避免誤操作發(fā)生。

2.2 方案介紹

經(jīng)選型，我們選擇ATA1200-3940-A60型變頻器，變頻器為一拖二方案，可帶動(dòng)1#、2#泵組電機(jī)運(yùn)行，采用VVVF控制方式，變頻器下火和電機(jī)間由高壓接觸器分?jǐn)啵瑑膳_(tái)高壓接觸器間有輔助點(diǎn)的互鎖，高壓接觸器柜在另室放置，具有本地/遠(yuǎn)程控制方式，由泵站PLC控制，選擇不同的泵組時(shí)，PLC控制自動(dòng)或機(jī)旁手動(dòng)切換，整個(gè)系統(tǒng)示意圖如下：

為變頻器的投用高壓水泵站控制系統(tǒng)PLC做出如下改動(dòng)：

硬件部分：

新增開(kāi)關(guān)量模板一塊，用于和變頻器內(nèi)部PLC(S7-200)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。控制變頻器啟停，接受變頻器就緒和故障及報(bào)警信號(hào)，同時(shí)接受變頻器下火高壓接觸器分閘，合閘反饋信號(hào)，利于泵站PLC的連鎖，保證變頻啟動(dòng)正確的泵組投入運(yùn)行；

接受變頻器PLC來(lái)的兩路模擬量輸入信號(hào)：變頻器輸出到電機(jī)的電流和電機(jī)運(yùn)行頻率，為減少變頻器對(duì)兩臺(tái)PLC之間模擬量信號(hào)的干擾，加裝電壓隔離器；

軟件部分：

因變頻改造省去了液力耦合器，所以軟件中去掉了驅(qū)動(dòng)液耦的工作油泵，勺管液壓站油泵和主泵之間的連鎖；

去掉液力耦合器內(nèi)6個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)的溫度報(bào)警和跳泵連鎖；

重新設(shè)定了泵組啟泵的連鎖條件，保持電機(jī)和泵組內(nèi)部測(cè)溫點(diǎn)的報(bào)警和跳泵連鎖不變；

對(duì)監(jiān)控WinCC畫(huà)面進(jìn)行增刪處理，新建相應(yīng)的變量和歸檔，顯示和記錄變頻的操作使用情況；

2.3 變頻器主要參數(shù)表及說(shuō)明：

?

2.4 系統(tǒng)調(diào)試

變頻器投入使用后，節(jié)能效果明顯。變頻改造前我們?cè)赑LC中編制程序監(jiān)控并記錄泵組運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)記錄，泵組運(yùn)行在2000rpm以上的時(shí)間占整個(gè)運(yùn)行時(shí)間的28％，在2000rpm以下的時(shí)間占72％，由于泵組穩(wěn)定運(yùn)行只在接近滿載的2880rpm和1400rpm左右，所以可以認(rèn)為高速運(yùn)行時(shí)間占將近28％，低速運(yùn)行時(shí)間接近72％,其他都是兩速度之間的過(guò)渡狀態(tài)，因?yàn)槭菣C(jī)械調(diào)速，升降速時(shí)間1－2秒左右，占時(shí)極短。泵組主要工作在低速循環(huán)工況下，欲求最佳的節(jié)能效果必須在低速工況下努力，逐步將變頻器低速頻率由28Hz降低到20Hz，電流由30A降低到11A，效果顯著，但是泵組升速時(shí)間增加到9秒，(降速時(shí)間8秒，)這期間現(xiàn)場(chǎng)由于程序保護(hù)起作用，沒(méi)有高壓除鱗水，不能滿足生產(chǎn)使用。經(jīng)過(guò)考慮，改動(dòng)原泵站的打壓控制程序邏輯，原泵組是低于蓄水罐3水位時(shí)開(kāi)始打壓，高于5水位回到低速，現(xiàn)改為低于4水位時(shí)開(kāi)始打壓，高過(guò)5水位回低速，為保證節(jié)能效果，減少打壓次數(shù)，調(diào)大4，5水位間距離，這樣適度增加打壓次數(shù)，滿足現(xiàn)場(chǎng)使用，拿到節(jié)能的大頭。改動(dòng)后記錄泵組高速運(yùn)行時(shí)間（＞2700rpm）占20％，低速運(yùn)行時(shí)間(＜1700rpm)占70％ ,高低速切換時(shí)間占10％，考慮到升速時(shí)電流大，降速時(shí)電流小，可將10％的升降速時(shí)間看成5％的高速運(yùn)行時(shí)間。

3．結(jié)論：

工程項(xiàng)目完成后，3臺(tái)離心式泵組可分兩組方式運(yùn)行，1、2#泵組在變頻器驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)交替運(yùn)行，可以一套檢修，一套運(yùn)行，充分保證變頻器的投用率，3#泵組采用原來(lái)的液耦調(diào)速運(yùn)行方式不變，一旦變頻器故障，可迅速的恢復(fù)生產(chǎn)，保證先進(jìn)性和可靠性的平衡。變頻器投用后，泵運(yùn)行穩(wěn)定性也大為提高，泵組的噪音、震動(dòng)都大為降低，運(yùn)行電流下降更為明顯，高速運(yùn)行時(shí)電流由280A降低到234A 左右，低速運(yùn)行電流由80A降到11A左右，節(jié)能效果顯著。

[1]張選正,顧紅兵 《中高壓變頻器應(yīng)用技術(shù)》 電子工業(yè)出版社

[2]唐英偉 《中高壓變頻器在水泥行業(yè)中的運(yùn)用》 中國(guó)建材工業(yè)出版社

[3]趙相賓、 仲明振 《高壓變頻器應(yīng)用手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社