中板2800mm機組高壓水除鱗系統節能改造

姚偉政 郝軍強/安陽鋼鐵集團第二軋鋼廠電氣車間

中板2800mm機組高壓水除鱗系統節能改造

姚偉政 郝軍強/安陽鋼鐵集團第二軋鋼廠電氣車間

隨著國家節能減排發展戰略的積極推進，安鋼中板2800mm機組現用的三臺液耦調速離心式水泵存在著技術落后，使用成本高，效率低，能源浪費巨大的缺點，整套系統已經不能適應當今鋼鐵行業的微利運行，為此需要對現有高壓水除鱗系統進行高壓變頻節能改造。

中板；高壓水除磷系統；離心泵；高壓變頻；節能改造

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鍵設備，是保證軋鋼產品質量的關鍵節點。泵站現有3套離心式多級葉輪泵組，為保證除鱗水的壓力和用水量，泵組采用高壓大功率電機驅動，液力耦合器調速，同時為使之運行必須有油站和油泵等眾多附屬設備，用于冷卻和傳輸功率。而當前，鋼鐵產能富余，軋鋼節奏放緩，待溫和各種工藝停車時間大大加長，現有的這種調速方式就存在技術落后，使用成本高，效率低的缺點，同時由于電機功率大，就不能頻繁啟停，需長時間怠速工作，其巨大的電能消耗對軋鋼生產也是沉重的負擔，對我們產品的節能降耗，提高競爭力極為不利，為此，高壓水泵站的節能改造就迫在眉睫。

2、控制系統介紹及方案實施

目前隨著高壓變頻技術的成熟和完善，因其無可比擬的優點（節能、穩定、無級調速等），應用越來越普及，特別是水泵風機負載，更是主要應用對象。經考察，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動電機，電機直接連接水泵，省去液力耦合器及附屬設備，提高效率，節約電能消耗。

2.1 系統簡介

施耐德公司的ATV1200系列高壓變頻器，采用成熟的低壓IGBT多電平單元串聯技術，變壓器柜和、功率單元柜、控制柜集成一起，集成多種附件，結構緊湊。高壓主回路和控制器之間用光纖連接，抗干擾能力強，隔離完備。6/6.6KV等級下輸入采用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、葉片的機械振動，有效保護電機和設備，可適用老系統和老電機的改造，不需輸入/輸出側電抗器濾波器，不需考慮電纜長度，可靠性好，使用維護成本低。

變頻器采用恒壓頻比控制（VVVF）和無速度傳感器的矢量控制方式，通過堵轉試驗和空載試驗，采樣定子轉子的各種參數，建立電動機模型，進行異步電機的轉矩、磁場解耦控制。控制精度高，響應快，另外變頻器還有高壓掉電后旋轉起動功能，自動識別跟蹤電動機轉速并拖動負載到設定頻率運行。

變頻器控制器基于DSP,CPLD,FPGA等先進的電子器件，集成小型PLC S7-200，用于柜內連鎖控制及與外部系統的通訊，接受啟停信號和速度給定，發出故障報警信號和各種模擬量信息。同時擁有10寸的中文觸摸屏人機界面，通過該界面可運行、停止、復位高壓變頻調速系統，修改功能和參數，并可以瀏覽高壓變頻調速系統的狀態和參數，參數瀏覽和修改采用不同的權限密碼，避免誤操作發生。

2.2 方案介紹

經選型，我們選擇ATA1200-3940-A60型變頻器，變頻器為一拖二方案，可帶動1#、2#泵組電機運行，采用VVVF控制方式，變頻器下火和電機間由高壓接觸器分斷，兩臺高壓接觸器間有輔助點的互鎖，高壓接觸器柜在另室放置，具有本地/遠程控制方式，由泵站PLC控制，選擇不同的泵組時，PLC控制自動或機旁手動切換，整個系統示意圖如下：

為變頻器的投用高壓水泵站控制系統PLC做出如下改動：

硬件部分：

新增開關量模板一塊，用于和變頻器內部PLC(S7-200)的點對點通信。控制變頻器啟停，接受變頻器就緒和故障及報警信號，同時接受變頻器下火高壓接觸器分閘，合閘反饋信號，利于泵站PLC的連鎖，保證變頻啟動正確的泵組投入運行；

接受變頻器PLC來的兩路模擬量輸入信號：變頻器輸出到電機的電流和電機運行頻率，為減少變頻器對兩臺PLC之間模擬量信號的干擾，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動液耦的工作油泵，勺管液壓站油泵和主泵之間的連鎖；

去掉液力耦合器內6個溫度檢測點的溫度報警和跳泵連鎖；

重新設定了泵組啟泵的連鎖條件，保持電機和泵組內部測溫點的報警和跳泵連鎖不變；

對監控WinCC畫面進行增刪處理，新建相應的變量和歸檔，顯示和記錄變頻的操作使用情況；

2.3 變頻器主要參數表及說明：

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2.4 系統調試

變頻器投入使用后，節能效果明顯。變頻改造前我們在PLC中編制程序監控并記錄泵組運行數據，根據記錄，泵組運行在2000rpm以上的時間占整個運行時間的28％，在2000rpm以下的時間占72％，由于泵組穩定運行只在接近滿載的2880rpm和1400rpm左右，所以可以認為高速運行時間占將近28％，低速運行時間接近72％,其他都是兩速度之間的過渡狀態，因為是機械調速，升降速時間1－2秒左右，占時極短。泵組主要工作在低速循環工況下，欲求最佳的節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，但是泵組升速時間增加到9秒，(降速時間8秒，)這期間現場由于程序保護起作用，沒有高壓除鱗水，不能滿足生產使用。經過考慮，改動原泵站的打壓控制程序邏輯，原泵組是低于蓄水罐3水位時開始打壓，高于5水位回到低速，現改為低于4水位時開始打壓，高過5水位回低速，為保證節能效果，減少打壓次數，調大4，5水位間距離，這樣適度增加打壓次數，滿足現場使用，拿到節能的大頭。改動后記錄泵組高速運行時間（＞2700rpm）占20％，低速運行時間(＜1700rpm)占70％ ,高低速切換時間占10％，考慮到升速時電流大，降速時電流小，可將10％的升降速時間看成5％的高速運行時間。

3．結論：

工程項目完成后，3臺離心式泵組可分兩組方式運行，1、2#泵組在變頻器驅動下實現交替運行，可以一套檢修，一套運行，充分保證變頻器的投用率，3#泵組采用原來的液耦調速運行方式不變，一旦變頻器故障，可迅速的恢復生產，保證先進性和可靠性的平衡。變頻器投用后，泵運行穩定性也大為提高，泵組的噪音、震動都大為降低，運行電流下降更為明顯，高速運行時電流由280A降低到234A 左右，低速運行電流由80A降到11A左右，節能效果顯著。

[1]張選正,顧紅兵 《中高壓變頻器應用技術》 電子工業出版社

[2]唐英偉 《中高壓變頻器在水泥行業中的運用》 中國建材工業出版社

[3]趙相賓、 仲明振 《高壓變頻器應用手冊》 機械工業出版社