【word】 高压变频器在热轧线高压水除磷系统的应用

【word】 高压变频器在热轧线高压水除磷系统的应用 高压变频器在热轧线高压水除磷系统的应 用 高压变频器在热轧线高压水除磷系统的应用 ApplicationofHigh—voltageInverterinHighPressureWaterRemoveFerri cRemove FerricOxidePumpSystem l引言 热轧带钢厂高压水除磷是利用高 压水打击在高温的钢坯表面上,高压 水在钢坯上急剧冷却,氧化铁皮与钢 坯体产生温差,使表面的氧化铁皮龟 裂的机械脱磷;高压水产生的;中击力 铲除钢坯表面的氧化铁皮. 日照1580带钢生产线除磷特点: 多点,往复式除磷.设置三段除磷, 即炉后除磷,粗轧除磷,精轧前除 磷.粗轧除磷为往复除磷,奇数道次 进粗轧前除磷.除磷系统分除磷工作 和待除磷保压等待两个阶段,在待除 磷阶段只好通过溢流阀旁通释放热 量,保持系统平衡,稳定,但有很大 的能量浪费.所以,热钢1580热轧板 带除磷系统适宜于作变频技术改造. 92THEWORLDOFINVERTERS 日照钢铁有限公司1580热轧带钢厂李修强朱建强 LiXiuqiangZhuJianqiang 摘要:本文介绍了日照钢铁热轧带钢厂高压水除磷泵采用高压变频 器节能改造,无缝嵌入 高压变频节电技术,使该系统运行稳定可靠,节电效益明显. 关键词:节能优化控制模式高压变频节能 Abstract:Thispapercombinesasunshinesteel1580tooksteelfactorytohighpressure waterremoveferricoxidepumpadopthigh?voltageinvertereconomizeelectricpower change,seamlessembedhigh—voltageinvertereconomizeelectricpowertechnic,should systemmovelevelofftrustiness,economizeelectricpowerbenefitevidence. Keyword:EconomizeelectricpoweroptimizecontrolmodeHigh-voltageinverter Energysaving 【中图分类号】TG333【文献标识码】B文章编号 1561-0330(2011)06-0092-03 2高压变频器技术原理和相 关性能介绍 本次技术改造所采用的高压变频 器为西门子完美无谐波类型,该变频 器每相由几个低压PWM功率单元串联 组成,各功率单元由一个多绕组的隔 离变压器供电,采用高速微处理器实 现控制而以光导纤维隔离驱动,这就 是高压变频器领域常采用的多重化技 术,其在根本上解决了6脉;中和l2脉;中 变频器所产生的谐波问.变频器的 每相由5个额定电压为690V的功率单元 串联,因此相电压为690x5=3450V, 所对应的线电压为6000V,每个功率单 元由输人隔离变压器的15个二次绕组 分别供电,15个二次绕组分成5组,每 组之间存在一个l2.的相位差,其中 以中间?接法为0.参考点,上下方各 有两套分别超前(+12.,+24.)和滞 后(一12.,一24.)的4组绕组,所需相 差角度可通过变压器的不同连接组别 来实现,也称为多电平PWM电压型变 频器.由于采用功率单元串联而不是 用传统的器件简单串联实现高压输 出,所以不存在器件均压的问题.每 个功率单元承受全部的输出电流,但 仅承受1/5的输出相电压和1/15的输出 功率,其输入功率因数可达0.95以 上,且不必设置输入滤波器和功率因 数补偿装置,从而使整个变频器系统 的效率在0.96以上. 变频器的功率单元示意图如图1 所示. 逆变器输出采用多电平移相式 + 一 II , + 一Q2Q4, jL (《查频器世彝》洳:年6月一 生,提高了单台高压电机的功率因数, 降低了启动时的电压降过大的问题,更 好的保护了电机和高压水泵的使用寿命 和使用安全. (3)原系统的恒压力控制问题 既要保证高压变频系统能可靠的 进行运行,又要保证高压变频器在使 用过程张的快速响应问题,还要避免 经常性的快速切换,加速对电机和高 压水泵的不利影响,通过日钢技术人 员和广州金关节能技术有限公司的现 场技术商定: ?若蓄能器的液位达到最低设定 值时,高压液位计(或高压差压计)传 出信号给控制系统,控制系统就会自 动关闭最低液面阀,以防止高压气体 窜人管路系统,此时最低液面阀有单 向阀的功能,即高压水只能进入蓄能 器:当蓄能器水位恢复正常状态时, 最低液面阀也?恢复正常状态:若蓄能 器的的液位到达最高设定值且压力值 达到范围下限时,控制系统自动 启动空压机向蓄能器补气.同时,在 蓄能器上设有安全阀,以防止误操作 而造成除磷系统超压现象的发生,保 障系统安全运行. ?当钢坯到达除磷箱,系统自动 打开喷射阀,除磷泵和蓄能器同时供 水除磷,除磷完毕,喷射阀自动关 闭,泵向蓄能器补水,蓄能器的压力 达到泵的关死压力,泵无流量输出, 蓄能器补水完毕. ?在除磷泵向蓄能器补水完毕 后,泵运行过程中会产生一定的热 量,当温度升高到设定值时,系统自 动打开除磷泵的最小流量阀,排放掉 一 定流量的水,被排放掉的水就带走 了一定的热量,达到降低除磷泵壳体 温度的目的:当温度低于一定值时, 系统又自动关闭最小流量阀,此时, 电机耗费功率最小,即可以大大节约 电能.但是,日钢1580热轧板带除磷 系统实际工况是:在三段除磷过程 T— H— E— W— O— R— L— D— O— F— IN— V— E— RT— E— R— S —] 9 — 3 中,由于是连组铸连轧,有两钢坯前 面精轧还未完成正在除磷,后面的钢 坯同时在炉后除磷位或粗轧除磷位也 同时需要除磷;这样开2台除磷泵才 能满足正常工艺除磷需要.当都不在 除磷位时,控制系统自动关闭了所有 的除磷阀,且该时间段较长,系统蓄 能器又非足够大,达到最高压力时, 能量也会过剩,从而导致高压管路及 泵壳体温度升高.目前采用的办法 是:人为使2#除磷系统最小流量一直 处于导通状态,以排放多余流量,带 走一定的热量,保证系统满足正常工 况需求.若在l#除磷系统或3#除磷系 统,采用高压变频调速技术和根据压 力自动跟踪调节控制,可使不除磷时 段少排或不排高能量值的多余水,既 能达到很好的节电效果,又能使高压 管网压力相对稳定,提高除磷效果和 提高系统设备的使用寿命. 通常最小流量阀的后面,设置有 节流孔板及扩散管,即使最小流量阀 打开,泵排量也不大.因此,合理的 设计和控制除磷泵的壳体温度,调节 排放流量,才能达到工频状态下的节 电效果,延长除磷泵的使用寿命.而 目前的工况是一直旁通,未能调节, 即使是除磷状态,也一直在旁通排 放,为保证生产正常进行,造成了较 大的电能浪费,而变频器除磷系统就 能很好的解决以上问题. 3.4主要设备 高压除磷泵组:35(2用l备): 型号:SDAS360—200:功率: 3200kW:转速:3860r/min:流量: 360m3]h;效率:75%:人口压力:0.3— 0.5Mpa;排出压力:20Mpa:冷却水 量:200L/min. H型最小流量阀:VT—ZXJ85/250一 Q?FD,DN65,PN25Mpa,控制压力 0.5~0.7Mpa,24V,气动压力0.6Mpa. 3.5系统的工况现状 除磷优萤括[f胁 94THEWORLDOFINVERTERS 通过对系统的长时间观察,除了极少 数时闻系统工作压力低于加.0MPa,大 多数时间系统都工作在20.0MPa以上. 3.6需要的数据采集 通过Profibus—DP现场总线读取原 系统的控制温度,压力等信号,现场 所采用的监控软件通过现场总线 Profibus—DP通讯,把原除磷泵系统的 温度,压力以及其它监控点等信号传 送给S7—300PLC,通过控制程序对节电 系统进行控制. 3.7改造后除磷系统的控制结构 改造后的系统采用能量优化控制程 序及西门子完美无谐波高压变频器,监 控组态是用西门子WINCC6.O设计的, 主要对除磷泵运行状态,节电分析, 故障诊断,高压电力控制断路器开关状 态,历史运行纪录进行监控,新增一个 S7—300CPU314PLC,作为原除磷系统 CPU317PLC的从站,采用PROFIBUS— DP的通讯方式对主站以及高压变频器 进行读写数据.本系统采用恒压控制, 多点除磷,从而达到节能的效果以及满 足上述工艺的要求. 4经济效益,社会效益分析 日钢带钢厂除磷泵在一个生产周 期内分为:炉后除磷,粗轧除磷和精 轧除磷3个阶段,其中粗轧除磷阶段需 要除磷2次,各除磷点需要工作的时 间约为:11S,10s,20s,110s,全部 生产周期约5min.当除磷喷水状态时 要求管网压力达到20Mpa以上,非除 磷状态时要求管网保压,除磷泵一直 以工频运行,如管网压力高于 20Mpa,通过最小流量阀释放压力. 根据以上工艺要求,通过除磷泵 电动机加装变频器,可以实现如下能 量调节控制: (1)在除磷喷水状态时,通过恒压 变流量控制使管网压力达~J20Mpa以 上,满足工艺要求并部分节能: (2)非除磷状态时,可关闭前端流 量阀和最小流量阀,电动机降速运 行,并在下一次除磷喷水状态前,变 频器响应,使除磷泵管网加速达到 20MPa的以上,通过此变流量控制, 可以节约大量电能. 选择1#除磷泵进行节能改造,采 取一切一的单独控制模式: 电动机为YKS71o__4,3200kW: 10kV:224A:电动机运行 170-190A:负荷率约80%.管网运行 压力根据系统配置余量和运行参数, 通过评,审节电率在18-25%左右.我 们考虑变频器损耗和其它因素,估计 节电率?18%,现按节电率l8%计 算,每天约22Mpa.运行24h,以年 运行330夭计算,其经济效益为: 年节约电量:3200kW×80%× 18%X24h/夭X330夭=3649536kWaa. 年节约电费(按电费0.53元/kW.h 计):3649536kW.hx0.57~rJkW.h=208 万元. 按目前运行工况,应用变频系统 相对于目前的工作模式,节电效果非 常明显,如每年实际运行在330天以 上,则每年可节约电费208万元以 上,具有非常明显的经济效益. 5结束语 日照钢铁有限公司1580热轧带钢 厂高压水除磷系统是一个复杂的工艺 过程,应用高压变频器对该除磷系统 进行调速控制,不仅能很好地满足生 产工艺对除磷系统的各项要求,而且 还可节约大量电能,有很好的经济效 益和社会效益. 作者简介 李修强(1984一)男专科,电气 师.现就职于山东省日照钢铁有 限公司,负责热轧带钢厂高低压电气 设备维护管理工作. 参考文献(略)