西門子變頻器改造以及GL150變頻器在高爐鼓風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

于大彭　單立偉

摘 要：本文介紹了西門子公司的中壓變頻器SIMADYN D在高爐鼓風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用以及由SIMADYN D向GL150的升級改造，并闡述了GL150控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)，各個(gè)部位設(shè)備的實(shí)現(xiàn)功能，以及兩個(gè)系統(tǒng)的區(qū)別，闡述一臺GL150變頻器控制兩臺電動鼓風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)“一拖二的”應(yīng)用，以及改造后的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：GL150 SIMADYN D 升級改造 區(qū)別

中圖分類號：TF321 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（a）-0052-02

大型高爐煉鐵鼓風(fēng)機(jī)采用超大型同步電動機(jī)傳動取代透平傳動，已成為當(dāng)今世界煉鐵裝備發(fā)展的趨勢。這得益于電力電子技術(shù)及微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，成功地利用交-直-交變頻器。解決了超大型同步電動機(jī)的軟啟動問題，平滑啟動功率只需電動機(jī)功率的25%左右，從而避免了同步機(jī)異步啟動時(shí)對電網(wǎng)難以承受的沖擊。平滑的啟動過程經(jīng)過200s左右將加速到準(zhǔn)同步速度即95%額定轉(zhuǎn)速，然后并入電網(wǎng)，拉入同步運(yùn)行。

1 升級原因

2008年投產(chǎn)以來，SIMADYN D系統(tǒng)在啟動電動鼓風(fēng)機(jī)中表現(xiàn)的非常穩(wěn)定，但進(jìn)入2013年以來，集中出現(xiàn)了大量的故障，尤其是變頻器內(nèi)部板卡損壞，嚴(yán)重影響了煉鐵高爐的穩(wěn)定運(yùn)行。直到系統(tǒng)改造之前，運(yùn)行平穩(wěn)。但由于SIMADYN D控制系統(tǒng)備件已經(jīng)不生產(chǎn)，需要從國外采購，并且難以買到，對運(yùn)行中的控制系統(tǒng)存在安全隱患，一旦控制系統(tǒng)板卡出現(xiàn)故障，將難以恢復(fù)?；谏鲜鲈?，我廠計(jì)劃對原有控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。

2 系統(tǒng)配置

2.1 勵磁控制系統(tǒng)

PLC s7-300：是整個(gè)系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)啟停邏輯、運(yùn)行邏輯、信號監(jiān)控和多種保護(hù)。

勵磁系統(tǒng)6SG70：是給電動機(jī)的勵磁機(jī)供勵磁的裝置。因?yàn)榇送诫姍C(jī)的勵磁機(jī)啟動時(shí)需要單獨(dú)提供勵磁電源，6SG70是三相調(diào)壓裝置，直接與UPS相連接。

7UM62：是電機(jī)綜合保護(hù)裝置。在電機(jī)并網(wǎng)之后運(yùn)行過程中全程保護(hù)，包括兩級的過流保護(hù)、熱過載變化、負(fù)載不平衡、差動、逆功率、欠壓、過壓、頻率超限、定子接地、欠勵等多種保護(hù)。

7VE61：是同期并網(wǎng)裝置，負(fù)責(zé)電機(jī)與電網(wǎng)進(jìn)行并列運(yùn)行的裝置。

OP17B：是操作和監(jiān)控面板。系統(tǒng)運(yùn)行的控制模式選擇，各種電氣數(shù)據(jù)的顯示，電動機(jī)的各種溫度的顯示，以及故障記錄和事件記錄等等。

2.2 變頻器系統(tǒng)

2.2.1 控制單元

CU320-2DP：CU320是整個(gè)GL150的控制中心，是變頻器系統(tǒng)的核心部位，負(fù)責(zé)整個(gè)變頻器的運(yùn)行、通信、故障顯示等功能。如圖1。

TM15：數(shù)字量輸入/輸出接口模塊，負(fù)責(zé)整個(gè)CU320的輸入和輸出。

TM31：模擬量、數(shù)字量輸入/輸出模塊，負(fù)責(zé)整個(gè)CU320的輸入和輸出。

VSM：同步電壓檢測模塊，MBC1進(jìn)線電壓采集，采集電網(wǎng)100v電壓，作為啟動可控硅的參考電壓。

DriveCliQ：新的一種通訊網(wǎng)線，負(fù)責(zé)CU320-2DP與TM51、TM31、VSM、PSA等之間的通訊線。

AOP30操作面板：負(fù)責(zé)與變頻器各驅(qū)動裝置之間的通訊，包括變頻器啟動過程中的狀態(tài)顯示、故障保溫以及調(diào)試等功能。

PSA：電源模塊適配器，是作為電源模塊和控制器之間的接口。通過DRIVE-CLIK高速串行通訊接口實(shí)現(xiàn)電源適配模塊（PSA）和控制單元（CU）之間的數(shù)據(jù)通訊。

2.3 功率單元

該功率單元有四組功率器件模塊和中間電抗器柜。四組功率器件是由可控硅組成，形成兩路進(jìn)線、兩路出線的結(jié)構(gòu)。采用可控硅作為整流及逆變單元。中間采用電抗器作為穩(wěn)流元件。

2.4 去磁單元

SIMOVERT MASERDRIVE：負(fù)責(zé)消除電動機(jī)啟動結(jié)束后變頻器輸出側(cè)的升壓變壓器的剩磁。當(dāng)電動機(jī)啟動、并網(wǎng)完成后，升壓變壓器會殘留有剩磁，如果不把剩磁及時(shí)消除，會影響電動機(jī)的下一次快速啟動，因此就需要一個(gè)去磁單元處理這些剩磁。

3 GL150變頻器啟動器的應(yīng)用方案

根據(jù)系統(tǒng)工藝機(jī)電機(jī)控制要求，制定了變頻軟啟動器“一拖二”方案，電機(jī)的啟動和同步是由電機(jī)控制單元MMCP控制，以1#機(jī)組啟動過程為例，首先由主控室DCS發(fā)出1#鼓風(fēng)機(jī)請求啟動命令，MMCP1在接到命令后判斷主電機(jī)啟動條件滿足后，反饋“允許啟動信號”給DCS。DCS發(fā)給主電機(jī)啟動命令，MMCP1閉合輸出側(cè)與電機(jī)相連的斷路器MBM1，然后發(fā)出一個(gè)“啟動”信號給MMIP（主電機(jī)接口單元）。MMIP啟動它所有的輔助設(shè)施并檢查是否就緒，在收到所有必要的反饋信號后，MMIP閉合進(jìn)線側(cè)與變頻變壓器相連的斷路器MBC1，之后檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，找到位置后，SFC（變頻器控制單元）按照事先調(diào)整好的加速轉(zhuǎn)矩曲線給電機(jī)加速，直至約95%的額定轉(zhuǎn)速。從此時(shí)開始，MMCP1中的并行切換裝置接過電機(jī)的速度控制功能并繼續(xù)給電機(jī)加速直至變頻器輸出的頻率和相位與電網(wǎng)上的頻率和相位相同。一旦電機(jī)與電網(wǎng)同步，并行切換裝置立即閉合旁路主斷路器MBL1是電機(jī)直接由電網(wǎng)拖動定速運(yùn)行；同時(shí)，變頻器直流環(huán)節(jié)的電流將迅速降為零，逆變器的脈沖被關(guān)斷，斷路器MBM1斷開，1#機(jī)組啟動完畢，GL150變頻軟啟動器回到備用狀態(tài)，此時(shí)如果得到2#電機(jī)啟動請求，同樣，GL150變頻器將引導(dǎo)2#電機(jī)啟動，實(shí)現(xiàn)“一拖二”控制方式。如圖2所示。

4 升級后的效果

自2015年9月系統(tǒng)升級改造投產(chǎn)以來，此GL150系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，未發(fā)生異常故障，升級改造后的系統(tǒng)在“一拖二”的運(yùn)行方式下穩(wěn)定運(yùn)行，一臺風(fēng)機(jī)啟動成功后，對變頻器進(jìn)行復(fù)位、消磁后就可以啟動另一臺風(fēng)機(jī)，啟動成功率100%，消除了之前系統(tǒng)老化不穩(wěn)定的問題，保證高爐的穩(wěn)定生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸思黨，趙中川.國產(chǎn)超大功率高壓變頻器在煉鐵高爐鼓風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用[J].變頻器世界，2011（1）：70-74.

[2] 張家強(qiáng). 電壓源型變頻器應(yīng)用于高爐鼓風(fēng)機(jī)可行性研究[A]. 鋼鐵研究總院、《鋼鐵研究學(xué)報(bào)》編輯部.鋼鐵流程綠色制造與創(chuàng)新技術(shù)交流會論文集[C].鋼鐵研究總院、《鋼鐵研究學(xué)報(bào)》編輯部：《鋼鐵研究學(xué)報(bào)》編輯部，2018.

[3] 劉世英.電動風(fēng)機(jī)勵磁掉電引起停機(jī)原因分析[J].冶金動力，2018（2）：22-23，32.