ACS6000中壓傳動在高線軋機系統(tǒng)中的應用

攀鋼釩攀枝花金屬制品有限公司 劉 賓

0 引言

攀枝花金屬制品有限公司高速線材生產(chǎn)線，精軋機和TMB減定徑軋機采用意大利達涅利工藝技術(shù)。兩臺同步電機驅(qū)動裝置采用了ABB公司開發(fā)制造的ACS6000中壓變頻調(diào)速傳動控制系統(tǒng)，它是ABB公司推出的大功率同步電動機的中壓傳動無級調(diào)速系統(tǒng)。金屬制品公司傳動裝置容量選用22MW直流整流單元裝置,通過公共直流母線驅(qū)動一臺11MW和一臺9MW逆變器，分別控制兩套交流同步電動機，完成軋機速度控制。實現(xiàn)線材系統(tǒng)高速連續(xù)軋制工藝控制。本文主要介紹ABB ACS6000中壓變頻器的組成結(jié)構(gòu)、核心單元原理及其功能，停機操作安全、運行注意事項。

1 ACS6000傳動系統(tǒng)構(gòu)成

高速線材生產(chǎn)線精軋機組和減定徑機組主傳動大電機分別采用了1臺6300kW和1臺3600kW交流同步電機，額定電壓3160V，傳動控制系統(tǒng)采用ACS6000交-直-交中壓傳動系統(tǒng)，其整流裝置核心元件采用IGCT，完成將6.3KV高壓整流成4800V直流，由于容量問題，采用了2套整流裝置并聯(lián)完成。2套獨立的逆變裝置分別完成Daniel的精軋機AGV主電動機和TMB1減定徑輔電動機；冷卻系統(tǒng)采用集中水冷方式。勵磁單元為獨立的兩套可控硅整流橋結(jié)構(gòu)。

圖1 ACS6000系統(tǒng)原理框圖

中壓變頻器ACS6000系統(tǒng)組成：

ACS6000傳動系統(tǒng)拖動AGV精軋和TMB兩臺同步電機，裝置由一套兩臺整流單元，縮寫為：ARU；電容輔助單元，縮寫為CBU、一套11MW逆變器和一套9MW逆變器、同步電機的獨立磁場勵磁單元兩套、每臺電機的兩個控制單元、全系統(tǒng)的水冷裝置、保護限幅單元，以及輔助電源系統(tǒng)柜等組成，見圖1。

2 ACS6000系統(tǒng)的幾個主要特點

2.1 完備的人員安全措施

2.1.1 接地開關（圖2）

電容器CUB柜門安裝的接地開關保證了維修服務人員的正常工作安全。接地開關連接正極、負極和中性母線接地，確保電源電壓已經(jīng)為零。DC母線上的電容器上的電壓在作業(yè)進入帶電區(qū)前已經(jīng)被放電。電容器柜門用安全接地開關連鎖。

圖2 接地開關原理框圖

表1 IGCT技術(shù)與GTO和IGBT的比較

圖3 ACS6000電流限制原理

當DC母線放電到安全水平時，一個黃色燈GND SWITCH UNLOCK(位于CBU柜的前端)指示。當黃燈熄滅時，系統(tǒng)主回路帶電，絕對不能轉(zhuǎn)動接地開關。

接地開關的狀態(tài)接點連接到1#INU的S800（-A2541/D106），CBU GROUND SWITCH OPEN(接地開關閉合狀態(tài)連接到-A2541/D07)提供系統(tǒng)聯(lián)鎖保護。

2.1.2 安全電磁鎖門鎖機構(gòu)

所有的高壓柜門機構(gòu)（ARU、INV、CBU模塊）都有電磁鎖機構(gòu)，在DC母線有電時電磁門鎖閉合，防止人員進入發(fā)生觸電事故。當DC母線電壓小于50V時，電磁鎖機構(gòu)釋放，并且閉合接地開關打開柜門。

電磁門鎖機構(gòu)的釋放可以通過1#INU的S800（-A2541/D07）釋放接地開關釋放，一旦接地開關閉合，傳動在安全狀態(tài)，可以對系統(tǒng)進行檢修。

2.2 先進的IGCT功率器件

集成化門極換流晶閘管（英文縮寫IGCT）系ABB公司專門開發(fā)的中壓大功率變頻器的以半導體為核心的電子開關器件。同時具有了高速電子開關、門級控制高壓阻斷關斷功能和開關導通時的低消耗特性，所以由新型元件構(gòu)成的變頻器，性能更好，效率更高。它是以GTO（門極關斷晶閘管）為基礎進行改進的器件，它是集中了兩者的優(yōu)點的電子元件，優(yōu)良的關斷控制特性帶來了電路設計的簡化，取消了普通晶閘管的關斷吸收元件。所以逆變器設計簡單，損耗減小，響應時間更快，可靠性更好。

IGCT的性能對比見表1。

2.3 無熔絲跳閘保護系統(tǒng)（圖3）

常規(guī)的整流保護采用快速熔斷器進行設備保護，由于中壓傳動系統(tǒng)容量大，導致高速快融可靠性降低，同時出現(xiàn)故障后，更換元件時間長，快融的保護動作精度可靠性低。導致事故時間大大延長。由于考慮大容量高速快熔的不可靠性可能會引起設備故障、成本高、難于精確制造、精度差、更換時間較長等缺點，所以在ABB的中壓傳動系統(tǒng)ACS6000中使用了全新的了全觸發(fā)保護方式——取消快融保險。在支路橋臂的控制脈沖紊亂或IGCT元件故障導致直接短路故障時，較大的短路電流在短路保護裝置(縮寫FSCD)中產(chǎn)生不正常的電壓，該電壓發(fā)送給逆變器的接口板發(fā)出光信號。故障判斷裝置板判斷出接受到的光信號不正常，立即由逆變裝置板光纖回路，迅速讓全部逆變器發(fā)出導通脈沖，導致所有IGCT元件控制脈沖導通，極大的降低故障支路的短路過流分量。發(fā)生事故進程的全觸發(fā)保護同時，逆變器裝置班發(fā)出分閘命令，切斷高壓側(cè)電源斷路器，切斷電源，完成保護功能。

圖4 AMC3連接控制原理

圖5 ACS6000傳動系統(tǒng)圖

圖6 定位波形圖

2.4 AMC3控制器（電機控制器）

全數(shù)字化的控制信息交換系統(tǒng)，通過電機控制器AMC3完成。電機控制器AMC3是逆變裝置的主控板，通過它完成同步電機逆變裝置和直流整流裝置的信號處理。數(shù)據(jù)交換均采用光纖直接連接，提高了系統(tǒng)相應能力和抗干擾能力（圖4）。

ACM3主要功能為：

連接PC，在線監(jiān)控；連接INT板，對ARU實現(xiàn)控制；

連接INT板，對INU實現(xiàn)控制；通過INT板實現(xiàn)AMC之間通訊；

連接CCB板對EXU實現(xiàn)控制；

連接編碼器,對電機速度與位置進行控制；

連S800 I/O模塊；對各繼電器、傳感器等元件控制；

連AC80，對主電機配套設備控制；連接操作面板。

3 運行中的注意事項

3.1 各傳動柜安全操作要點

ACS6000傳動裝置布置見圖5，各傳動裝置由于是6KV和3150V高壓，在傳動裝置處于不同狀態(tài)時的安全操作見表2。

表2 安全操作要點

3.2 同步電機的定位

同步電機采用了絕對值編碼器進行角度定位，每次更換/檢查編碼器后，由于編碼器角度和電機相對關系發(fā)生了編號，因此均需要對編碼器進行角度定位，定位波形見圖6。

4 運行效果

ACS6000傳動系統(tǒng)因自身優(yōu)勢特點。在實際生產(chǎn)應用過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)傳動設備應用效率和穩(wěn)定性的提高。保證了高線生產(chǎn)過程生產(chǎn)質(zhì)量和效率。我廠高線系統(tǒng)運行半年來看，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，無故障。