中板2800mm机组高压水除鳞系统节能改造

姚伟政 郝军强/安阳钢铁集团第二轧钢厂电气车间

中板2800mm机组高压水除鳞系统节能改造

姚伟政 郝军强/安阳钢铁集团第二轧钢厂电气车间

随着国家节能减排发展战略的积极推进，安钢中板2800mm机组现用的三台液耦调速离心式水泵存在着技术落后，使用成本高，效率低，能源浪费巨大的缺点，整套系统已经不能适应当今钢铁行业的微利运行，为此需要对现有高压水除鳞系统进行高压变频节能改造。

中板；高压水除磷系统；离心泵；高压变频；节能改造

1、概述

我厂高压水泵站是为2800中板轧线提供高压除鳞水的关键设备，是保证轧钢产品质量的关键节点。泵站现有3套离心式多级叶轮泵组，为保证除鳞水的压力和用水量，泵组采用高压大功率电机驱动，液力耦合器调速，同时为使之运行必须有油站和油泵等众多附属设备，用于冷却和传输功率。而当前，钢铁产能富余，轧钢节奏放缓，待温和各种工艺停车时间大大加长，现有的这种调速方式就存在技术落后，使用成本高，效率低的缺点，同时由于电机功率大，就不能频繁启停，需长时间怠速工作，其巨大的电能消耗对轧钢生产也是沉重的负担，对我们产品的节能降耗，提高竞争力极为不利，为此，高压水泵站的节能改造就迫在眉睫。

2、控制系统介绍及方案实施

目前随着高压变频技术的成熟和完善，因其无可比拟的优点（节能、稳定、无级调速等），应用越来越普及，特别是水泵风机负载，更是主要应用对象。经考察，我们决定选用施耐德公司的ATV1200系列高压变频器，利用高压变频器直接驱动电机，电机直接连接水泵，省去液力耦合器及附属设备，提高效率，节约电能消耗。

2.1 系统简介

施耐德公司的ATV1200系列高压变频器，采用成熟的低压IGBT多电平单元串联技术，变压器柜和、功率单元柜、控制柜集成一起，集成多种附件，结构紧凑。高压主回路和控制器之间用光纤连接，抗干扰能力强，隔离完备。6/6.6KV等级下输入采用30脉冲整流，电流谐波畸变率THDi小于2％，几乎不产生谐波；输出阶梯正弦PWM波形，接近完美正弦波——减少轴承、叶片的机械振动，有效保护电机和设备，可适用老系统和老电机的改造，不需输入/输出侧电抗器滤波器，不需考虑电缆长度，可靠性好，使用维护成本低。

变频器采用恒压频比控制（VVVF）和无速度传感器的矢量控制方式，通过堵转试验和空载试验，采样定子转子的各种参数，建立电动机模型，进行异步电机的转矩、磁场解耦控制。控制精度高，响应快，另外变频器还有高压掉电后旋转起动功能，自动识别跟踪电动机转速并拖动负载到设定频率运行。

变频器控制器基于DSP,CPLD,FPGA等先进的电子器件，集成小型PLC S7-200，用于柜内连锁控制及与外部系统的通讯，接受启停信号和速度给定，发出故障报警信号和各种模拟量信息。同时拥有10寸的中文触摸屏人机界面，通过该界面可运行、停止、复位高压变频调速系统，修改功能和参数，并可以浏览高压变频调速系统的状态和参数，参数浏览和修改采用不同的权限密码，避免误操作发生。

2.2 方案介绍

经选型，我们选择ATA1200-3940-A60型变频器，变频器为一拖二方案，可带动1#、2#泵组电机运行，采用VVVF控制方式，变频器下火和电机间由高压接触器分断，两台高压接触器间有辅助点的互锁，高压接触器柜在另室放置，具有本地/远程控制方式，由泵站PLC控制，选择不同的泵组时，PLC控制自动或机旁手动切换，整个系统示意图如下：

为变频器的投用高压水泵站控制系统PLC做出如下改动：

硬件部分：

新增开关量模板一块，用于和变频器内部PLC(S7-200)的点对点通信。控制变频器启停，接受变频器就绪和故障及报警信号，同时接受变频器下火高压接触器分闸，合闸反馈信号，利于泵站PLC的连锁，保证变频启动正确的泵组投入运行；

接受变频器PLC来的两路模拟量输入信号：变频器输出到电机的电流和电机运行频率，为减少变频器对两台PLC之间模拟量信号的干扰，加装电压隔离器；

软件部分：

因变频改造省去了液力耦合器，所以软件中去掉了驱动液耦的工作油泵，勺管液压站油泵和主泵之间的连锁；

去掉液力耦合器内6个温度检测点的温度报警和跳泵连锁；

重新设定了泵组启泵的连锁条件，保持电机和泵组内部测温点的报警和跳泵连锁不变；

对监控WinCC画面进行增删处理，新建相应的变量和归档，显示和记录变频的操作使用情况；

2.3 变频器主要参数表及说明：

?

2.4 系统调试

变频器投入使用后，节能效果明显。变频改造前我们在PLC中编制程序监控并记录泵组运行数据，根据记录，泵组运行在2000rpm以上的时间占整个运行时间的28％，在2000rpm以下的时间占72％，由于泵组稳定运行只在接近满载的2880rpm和1400rpm左右，所以可以认为高速运行时间占将近28％，低速运行时间接近72％,其他都是两速度之间的过渡状态，因为是机械调速，升降速时间1－2秒左右，占时极短。泵组主要工作在低速循环工况下，欲求最佳的节能效果必须在低速工况下努力，逐步将变频器低速频率由28Hz降低到20Hz，电流由30A降低到11A，效果显著，但是泵组升速时间增加到9秒，(降速时间8秒，)这期间现场由于程序保护起作用，没有高压除鳞水，不能满足生产使用。经过考虑，改动原泵站的打压控制程序逻辑，原泵组是低于蓄水罐3水位时开始打压，高于5水位回到低速，现改为低于4水位时开始打压，高过5水位回低速，为保证节能效果，减少打压次数，调大4，5水位间距离，这样适度增加打压次数，满足现场使用，拿到节能的大头。改动后记录泵组高速运行时间（＞2700rpm）占20％，低速运行时间(＜1700rpm)占70％ ,高低速切换时间占10％，考虑到升速时电流大，降速时电流小，可将10％的升降速时间看成5％的高速运行时间。

3．结论：

工程项目完成后，3台离心式泵组可分两组方式运行，1、2#泵组在变频器驱动下实现交替运行，可以一套检修，一套运行，充分保证变频器的投用率，3#泵组采用原来的液耦调速运行方式不变，一旦变频器故障，可迅速的恢复生产，保证先进性和可靠性的平衡。变频器投用后，泵运行稳定性也大为提高，泵组的噪音、震动都大为降低，运行电流下降更为明显，高速运行时电流由280A降低到234A 左右，低速运行电流由80A降到11A左右，节能效果显著。

[1]张选正,顾红兵 《中高压变频器应用技术》 电子工业出版社

[2]唐英伟 《中高压变频器在水泥行业中的运用》 中国建材工业出版社

[3]赵相宾、 仲明振 《高压变频器应用手册》 机械工业出版社