某鋼鐵廠除塵風機軟啟動系統(tǒng)“二拖三”改造實踐

劉 洋，李倩倩，范旭庚，魏曉偉，李昕洋，杜建華

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

某鋼鐵廠高爐現(xiàn)場除塵風機配備3 臺10 kV 大容量電機。為避免電機直接起動引起的電網(wǎng)電壓波動，設(shè)計采用固態(tài)軟啟動器限流啟動方式，使電機起動電流控制在額定電流的3～4倍，電網(wǎng)電壓波動率在10%以內(nèi)。工程建設(shè)時，為節(jié)約設(shè)備成本，采用“一托三”的軟啟動設(shè)計結(jié)構(gòu)，即1 臺軟啟動器拖動3臺負載設(shè)備啟動，其工作機理為當軟啟動器啟動第一臺設(shè)備完畢，設(shè)備旁路運行，待主回路可控硅組件溫度降低到正常值后，再啟動第二臺設(shè)備，以此類推，直至3 臺設(shè)備全部啟動完成。

但是運行過程中，因軟啟設(shè)備老化，故障率不斷提高。一旦軟啟動器發(fā)生故障，其所拖動的3 臺負載電機都將無法啟動；同時因3 臺電機共用軟啟控制系統(tǒng)，軟啟故障處理時可能會導(dǎo)致運行中的風機發(fā)生停機事故，大大增加故障排查的難度。目前，環(huán)保形式日益嚴峻，監(jiān)管部門及企業(yè)對環(huán)保設(shè)備穩(wěn)定運行的要求越來越高，除塵風機軟啟動裝置故障率高的問題亟需得到解決。

1 方案制定

解決軟啟故障率高的問題，除更新軟啟動設(shè)備外，更重要的是重新設(shè)計軟啟動的結(jié)構(gòu)形式。目前企業(yè)最常采用的電機軟啟動設(shè)計為“一拖一”，即1 臺軟啟動器拖動1 臺電機負載。其優(yōu)點為結(jié)構(gòu)簡單，便于維護。但缺點也顯而易見，一旦軟啟動器故障則電機負載也將無法啟動運行。另外，“一拖一”結(jié)構(gòu)需要為每臺負載電機單獨配備軟啟動器，裝配成本較高。為降低成本，“一拖多”的軟啟動設(shè)計機構(gòu)也在一部分工藝流程上也在使用，本鋼鐵廠就曾使用這種運行方式，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是，最大限度的減少軟啟動器的裝配數(shù)量，節(jié)省成本。但其缺點也很明顯，一是共用的軟啟動器故障影響所有負載設(shè)備的啟動運行；二是負載設(shè)備共用啟動設(shè)備，導(dǎo)致故障發(fā)生后處理困難。上述的兩種10 kV中壓軟啟動器在結(jié)構(gòu)與功能上顯然都存在缺陷，亟待加以改進。如何能設(shè)計一種既能克服上述“一拖一”和“一拖多”式的缺點且方便操作與檢修維護的軟啟動系統(tǒng)，成為大電機軟啟動裝置改造的明確目標。

除塵現(xiàn)場采用“二拖三”的軟啟動控制方式是一個優(yōu)選的解決方案，相對于“一拖一”的軟啟結(jié)構(gòu)，此方案減少1 臺軟啟動器，并可實現(xiàn)軟啟動器間的互備運行；相對于“一拖三”軟啟動結(jié)構(gòu)，增加1 臺備用裝置，大大提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，兼顧“一拖一”型和“一拖三”型兩種軟啟動結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，彌補了二者的不足。基于“二拖三”控制方式以上所述的優(yōu)點，評估現(xiàn)場短時檢修中改造施工的可行性，現(xiàn)場決定采用“二拖三”運行方式作為軟啟動器改造的方案。

2 方案實施

實施方案的主回路如圖1 所示，改造后的軟啟動裝置，包括1#軟啟柜、2#軟啟柜、切換柜、隔離柜、軟啟電源柜、1#運行柜、2#運行柜、3#運行柜。1#軟啟柜與2#軟啟柜并聯(lián)于軟啟電源柜出線下火，由KM1、KM2 真空接觸器分別控制1#軟啟柜與2#軟啟柜的可控硅組件是否得電。KM3 是1#軟啟柜的輸出真空接觸器，與隔離柜的隔離開關(guān)QS1 串聯(lián)，連接在隔離柜與切換柜之間的匯流排上，KM4、QS2 與KM3、QS1 類同。切換柜內(nèi)的真空接觸器KM11～KM13 并聯(lián)于匯流排上，并分別連接負載電機1M～3M。1#運行柜～3#運行柜、軟啟電源柜并聯(lián)于配電室10 kV 母線上，1#運行柜的負載出線端、切換柜真空接觸器KM11 出線端及1#負載電機1M 相連。2#運行柜、3#運行柜、KM12、KM13、2M、3M 連接方式與前述的1#運行柜、KM11、1M 類同。

圖1 二拖三裝置一次系統(tǒng)

控制方面在切換柜中設(shè)置PLC，將PLC 與系統(tǒng)中的智能設(shè)備通過現(xiàn)場總線及I/O 配置連接，獲取軟啟動柜、隔離柜及運行柜的運行數(shù)據(jù)并對其進行過程控制。通過網(wǎng)絡(luò)化配置，簡化系統(tǒng)內(nèi)部接線，便于故障診斷及日常維修。

為提高系統(tǒng)的可靠運行的水平，現(xiàn)場在實施過程中進一步優(yōu)化軟啟動控制系統(tǒng)。在依靠PLC 實現(xiàn)系統(tǒng)控制、通信功能的同時，通過繼電器組合、手自動切換及本地啟停操作可實現(xiàn)在PLC 故障情況下的完全本地手動控制操作。解決主回路上實現(xiàn)“二拖三”，而控制系統(tǒng)依然是“一拖三”的問題，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

控制方案實施是通過系統(tǒng)內(nèi)PLC 來控制軟啟動器、切換柜、運行柜的使能選擇，通過系統(tǒng)啟動、停止及故障信號的邏輯控制，實現(xiàn)二拖三軟啟系統(tǒng)的自動啟停控制。以1#軟啟動器自動控制啟動1#電機為例，其控制流程如圖2 所示。首先向軟啟動PLC 輸入1#軟啟動使能指令；當軟啟動PLC 接收到DCS 系統(tǒng)發(fā)出的1#電機啟動命令，檢測軟啟動電源柜備妥狀態(tài)即軟啟電源柜真空斷路器QF 應(yīng)在工作位、電源柜控制狀態(tài)為“遠程”；檢測使能軟啟動器備妥狀態(tài)，備妥狀態(tài)應(yīng)包括隔離柜QS1 閉合、1#軟啟動器自檢通過、1#軟啟動器PLC 使能；在以上檢測全部通過后，PLC 發(fā)出軟啟動電源柜合閘指令，軟啟動電源柜真空斷路器QF 合閘，同時合切換柜真空斷路器KM11；PLC 向1#軟啟動器發(fā)出啟動命令；1#軟啟動器輸入輸出真空接觸器KM1、KM3 合閘，可控硅組件開始導(dǎo)通，電機進入啟動階段；軟啟動裝置檢測電機電流、電壓，當在規(guī)定的啟動時間內(nèi)，軟啟動器輸出電壓升至電機額定電壓，運行電流降至電機額定電流以下時切旁路；1#運行柜真空斷路器QF1 合閘、切換柜1#真空接觸器KM11 分閘，電機全壓運行；軟啟動裝置PLC 發(fā)出系統(tǒng)復(fù)位指令，1#軟啟動裝置停止工作、真空接觸器KM1、KM3分閘、軟啟電源柜真空斷路器QF11 分閘，啟動結(jié)束，軟啟動器處于待機狀態(tài)。當軟啟動PLC 接收到DCS 系統(tǒng)發(fā)出的1#電機停止命令時，會直接向1#運行柜發(fā)出分閘指令，1#運行柜真空斷路器QF1 分閘，電機停止。

圖2 1#軟啟動器自動啟動1#電機控制流程

風機電機軟啟系統(tǒng)的應(yīng)急啟動功能控制流程如圖3 所示，以1#軟啟動器應(yīng)急啟動1#電機為例：首先通過操作切換柜選擇按鈕1#軟啟使能；操作隔離柜的1#電機手動選擇按鈕，連鎖切換柜1#真空接觸器KM11 合閘；手動合軟啟電源柜真空斷路器QF；將1#軟啟動器選擇開關(guān)選至本地，點擊啟動按鈕，1#軟啟動器輸入輸出真空接觸器KM1、KM3 合閘，可控硅組件開始導(dǎo)通，電機進入啟動階段；軟啟動裝置檢測電機電流、電壓，當在規(guī)定的啟動時間內(nèi)，軟啟動器輸出電壓升至電機額定電壓，運行電流降至電機額定電流以下時切旁路；1#運行柜真空斷路器QF1 合閘、切換柜1#真空接觸器KM11 分閘，電機全壓運行；QF1 合閘返回同時作為軟啟動器的復(fù)位信號，對軟啟動系統(tǒng)進行復(fù)位，1#軟啟動裝置停止工作、真空接觸器KM1、KM3 分閘、軟啟電源柜真空斷路器QF11 分閘，啟動結(jié)束，軟啟動器處于待機狀態(tài)。此時，電機的啟停徹底脫離軟啟動PLC 控制，故負載停止命令，另外需DCS 系統(tǒng)直接向運行柜發(fā)出，或者在運行柜柜前進行操作。

圖3 1#軟啟動器應(yīng)急啟動1#電機控制流程

3 結(jié)語

“二拖三”軟啟動結(jié)構(gòu)形式是一種可靠的大電機啟動方式。它適用于運行要求較高、檢修機會較少的重要負載。通過鋼鐵廠現(xiàn)場的改造、運行實踐，“二拖三”軟啟動系統(tǒng)雖較“一拖三”或“一拖一”形式接線復(fù)雜度高、控制邏輯復(fù)雜，但現(xiàn)場有較高的可操作性，如施工前期準備妥當，現(xiàn)場可利用短時檢修進行改造實施。