熱軋帶鋼生產線主傳動方案

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

關鍵詞：主傳動；交交變頻；交直交變頻；同步電動機

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

西南不銹鋼有限責任公司1 450熱軋不銹帶鋼生產線，是我公司設計的一條較為先進的帶鋼生產線。在設計過程中，本著對客戶認真負責的宗旨，對整個熱軋生產線的電控系統不斷優化，精益求精，使西南不銹1 450熱軋生產線的電氣裝備及自動化程度達到了國內領先水平。

1 方案概述

西南不銹1 450熱軋生產線包括：兩座步進式板坯加熱爐、一架四輥可逆式粗軋機（R：2x6 500 kW）、熱卷箱、切頭飛剪、七機架四輥精軋機（F1-F4每機架6 500 kW，F5-F7每機架6 000 kW）、兩臺地下卷取機、鋼卷收集線等設備。

2 軋線主傳動

2.1 四輥可逆式粗軋機

四輥可逆式粗軋機上、下工作輥為單獨傳動，采用兩臺交流同步電動機分別對上、下工作輥進行單獨拖動。交流同步電動機額定容量6 500 kW，轉速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1，防護等級IP44，絕緣等級為F級，冷卻方式采用背包式空-水冷卻方式。電動機過載能力為：115%額定負載時連續工作，200%額定負載時頻繁工作60 s，250%額定負載時偶爾工作10 s。

2.2 七機架精軋機

七機架精軋機各機架的上、下工作輥為集體傳動，即每機架精軋機采用一臺交流同步電動機對上、下工作輥進行拖動。精軋F1-F4同步電動機額定容量6 500 kW，轉速160/410 r/min，4極，頻率范圍5.33/13.67 Hz。精軋F5同步電動機額定容量6 000 kW，轉速145/360 r/min，4極，頻率范圍12/83Hz。精軋F6-F7同步電動機額定容量6 000 kW，轉速310/970 r/min，6極，頻率范圍6.33/15.167 Hz。

F1-F7電動機的下列技術數據相同：額定相電壓為1.65 kV，功率因數為1，防護等級IP44，絕緣等級為F級，冷卻方式采用背包式空-水冷卻方式；電動機過載能力為：115%額定負載時連續工作，200%額定負載時頻繁工作60 s，250%額定負載時偶爾工作10 s。

3 交交變頻主回路

對于西南不銹1 450 mm熱軋帶鋼生產線，這種大型軋鋼機主傳動系統，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斷器件的交直交變頻方案。這兩種方案各有優缺點。交直交變頻與交交變頻在功能上基本類似，在技術水平的成熟度、元件的穩定性、效率、低速特性、備品備件的價格和維修成本等方面，交交變頻有很多優點。在提高電網功率因數和減少電網諧波等方面交直交變頻有較大優勢。因此我們采用了交交變頻方案。

3.1 供電組成

粗、精軋機主傳動整流變壓器一次側電壓為35 kV。勵磁整流變壓器的一次側電壓為10 kV。主回路進線經高壓開關柜接到主整流變壓器，每臺整流變壓器二次側分別接至晶閘管變流裝置。粗、精軋機主傳動每臺交流同步電動機對應一臺整流變壓器。主傳動整流變壓器容量選擇按長期過載1.15倍考慮。粗軋機上、下工作輥同步電動機對應的整流變壓器容量為2臺×13 000 kVA。精軋F1-F4同步電動機對應的整流變壓器容量為4臺×13 000 kVA。精軋F5-F7同步電動機對應的整流變壓器容量為3臺×12 000 kVA。主傳動整流變壓器的結線方式分別采用Δ/Δ和Δ/Y兩種交替結線方式，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、精軋機主傳動電源均取自同一35 kV母線。軋機負載容量大，是電網產生波動的根源，其中尤其以粗軋機的沖擊負荷最大。R2粗軋機和F1～F7精軋機負載均為交交變頻負載，具有旁頻諧波。整流負載按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?。?1次、13次較大。因此，在35 kV電源母線上需要設置動態無功功率補償裝置（SVC），以消除沖擊負荷與交交變頻對電網的影響，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最典型的主電路接線方式。三組晶閘管反并聯橋式變流器星形連接，輸出三相電壓給同步電機，同步電機的定子繞組也是星形連接，電機星接中點和變流器星接中點并不相連。星形連接的優點是：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。

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

4 交交變頻控制系統

數字控制采用西門子公司的SIMADYN D數字控制系統。該數字控制系統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字控制系統。適用于高技術性能要求的大功率閉環電氣控制，滿足各種復雜的和精確的控制要求。例如在高精度要求的軋機主傳動大功率交、直流傳動、大功率卷取機傳動、飛剪傳動、多電機控制等領域有廣泛的應用。

4.1 硬件組成

硬件設備主要由主機箱和輔助機箱及接口端子板等組成。主機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量I/O，以及連接碼盤信號等。

4.2 處理器功能

完成系統啟停的速度邏輯控制和速度調節。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。

4.3 矢量控制功能

交交變頻同步電動機控制系統采用磁場定向矢量控制原理。通過碼盤采集電動機實際速度和轉子位置、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，達到與直流電動機調速系統相同的靜態、動態品質。

4.4 粗軋上下輥間的工藝配合

粗軋上、下輥系統間通過通訊方式實現速度分配、速差限制、負荷平衡等工藝功能，以及頻繁可逆運行的要求。

4.5 其他控制功能

其他控制功能還包括：功率因數控制功能、扭振抑制功能、負荷觀測器功能、換輥準確停車功能。

參考文獻：

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