熱軋平整產線傳動系統升級改造

秦振興，陳鐸，祁紅波

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063000）

熱軋平整產線原西門子6SE70系列傳動系統自2017年改造前已投產運行將近8年，設備逐步進入故障高發期，2011年開始生產高強防爆鋼以來，由于此鋼種具有強度高、硬度大等特點，平整該鋼種時需要更大的軋制力及張力，導致傳動系統的運行負荷進一步加重。特別是自2016年以來，平整厚度在5mm以上的防爆鋼種在拋鋼時，平整機逆變裝置頻繁報過電流故障，產線加減速期間帶鋼發生失張現象，影響生產節奏，制約產能釋放，同時由于西門子公司已于2011年10月全面停產6SE70系列傳動產品，備件市場價格高、采購周期長的現狀也逐漸造成產線維護成本的大幅上漲，因此，有必要對熱軋平整產線原傳動系統進行徹底升級改造。

1 熱軋平整產線傳動系統選型

本次改造采用ABB的ACS880系列變頻裝置替換原西門子的6SE70變頻裝置，按照利舊原則，現場變頻電機全部利舊，改造范圍僅限于電氣室內的變頻裝置。ABB工業傳動的核心是直接轉矩控制-DTC技術，基于DTC原理的控制技術可以提供優異的性能和顯著的優點,包括精確的靜態和動態速度及轉矩控制、高啟動力矩和更長的電機電纜連接等。ACS880是ACS800的更新換代產品，相比ACS800系列，ACS880產品能量密度更高，運算速度更快，軟件兼容性更好。ACS880多傳動系列產品可根據客戶需求定制傳動解決方案，它們采用公共直流母線結構，使單一供電輸入能夠為多臺傳動所用，公共直流母線上的能量循環可實現能量和成本的節省。IGBT整流單元用于有能量回饋的傳動系統，它將三相交流電壓整流為直流電壓，在功率控制中，它提供如同DTC技術在電機控制中那樣穩定可靠的性能。整流單元與逆變單元硬件兼容，整流單元能在電動和發電兩種模式運行，控制IGBT保持直流電壓恒定和線電流的正弦波形；同時，控制系統提供一個接近1的功率因數，因此，不需要功率因數補償裝置。

2 傳動系統升級改造

熱軋平整產線原傳動系統采用西門子公司6SE70系列產品，包括主傳動整流裝置3套，單機額定功率為1100kW；主傳動逆變裝置3套，其中開卷機逆變裝置額定功率為1400kW，平整機及卷取機逆變裝置額定功率為2000kW；輔傳動整流裝置1套，單機額定功率為400kW，輔傳動逆變裝置7套，其中，入口鋼卷小車及出口鋼卷小車逆變裝置額定功率為30kW，入口夾送輥及夾送張力輥逆變裝置額定功率為75kW，入口下夾送輥及出口下夾送輥逆變裝置額定功率為15kW，五輥矯直機逆變裝置額定功率為200kW。

升級改造后的傳動系統采用ABB的ACS880傳動變頻裝置，其中，主傳動裝置采用IGBT整流及IGBT逆變的型式，與原西門子6SE70傳動變頻裝置的SCR整流及回饋型式相比，可將功率因素提高到0.99，進線電流中無功電流和諧波電流接近于零，能夠明顯減少電網側整流變壓器和電纜的熱負荷；輔傳動變頻裝置同樣采用IGBT整流及IGBT逆變的型式，替換原西門子6SE70傳動系統的二極管整流搭配制動電阻的型式。按照利舊原則，主傳動整流變壓器、主輔變頻調速電機、電機測速編碼器以及電機動力纜全部利舊。由于ACS880傳動柜尺寸緊湊并且高度模塊化，因此，改造后的柜體布置將參照現有柜體位置適當調整，在保證電纜利舊的條件下適當調整電纜接線位置。現有西門子PLC控制系統和改造后的ACS880傳動系統之間的接口繼續采用原來的Profibus DP的通訊方式， 所有通訊和信號電纜盡量利舊，現場拆線時需做好標記。升級改造后的傳動柜全部采用ABB公司的原裝變頻柜，主傳動與輔傳動變頻柜分開布置，其中主傳動變頻柜柜體總尺寸為：8030×600×2145mm（W×D×H），輔傳動變頻柜柜體總尺寸為：3430×600×2145mm（W×D×H）。

升級改造后的主、輔傳動系統單線圖如圖1、2所示，傳動系統全部采用交直交的變頻控制方式，主傳動系統的整流變壓器采用容量為3500kVA的變壓器，連接組別為Dyn11，其中整流裝置采用3組1227kW的IGBT整流單元，逆變裝置功率分別為1400kW，2000kW，2000kW，包括開卷機、平整機以及卷取機的逆變單元；輔傳動系統采用容量為1600kVA電力變壓器的二次側分支電路進行供電，其中整流裝置采用一套容量為400kW的IGBT整流單元，逆變裝置包括入口鋼卷小車、出口鋼卷小車、入口下夾送輥、出口下夾送輥、入口夾送輥、夾送張力輥以及五輥矯直機的逆變單元。

圖1 主傳動系統單線圖

3 傳動系統性能測試

根據技術協議中規定的性能要求，電機空載測試時的靜態速度精度為0.01%，其中靜態速度精度計算公式如（1）所示。

式中，estatic為靜態速度精度，nref為給定速度，nactual為實際速度，n為電機額定速度。

以平整機電機靜態速度精度測試為例，額定速度為1500rpm，其中速度給定為1200rpm，讀取測試曲線中兩點的實際速度值1200.20rpm以及1200.18rpm，取其平均值代入式（1），具體計算過程如下所示，則靜態速度精度計算值為0.0013%，結果小于0.01%，滿足靜態性能要求。

進一步測試電機帶載運行條件下的速度階躍響應，根據動態測試標準，要求速度階躍響應超調量小于20%，速度階躍響應上升時間小于70ms，式（2）、（3）分別是速度階躍響應超調量以及上升時間的測試結果，通過計算可知，速度階躍響應的超調量為1.2%，速度階躍響應的上升時間為28.2ms，全部滿足性能要求。

4 結語

本文簡要介紹了ABB的ACS880傳動系統特點，結合熱軋平整產線的變頻電機參數進行了傳動設備選型，經過FAT性能測試，升級改造后的ACS880傳動系統完全能夠滿足產線的生產要求，特別是靜態速度精度以及帶載響應時間較原系統有明顯提高，徹底解決了生產防爆鋼期間平整機傳動報過流及產線加減速時的帶鋼失張問題，為產線生產高強鋼提供了有力保障，對于相關行業應用ACS880傳動系統具有一定的參考價值與指導意義。