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榆钢炼钢作业区3#、4#转炉一次除尘风机备用变频器改造浅析

供稿:北京合康新能科技股份有限公司 2018/12/3 10:34:51

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  • 关键词: 变频器改造 网络开关 一备两用
  • 摘要:榆钢炼钢作业区3#、4#转炉一次除尘风机采用两台900kW的ACS800系列ABB变频器,在转炉冶炼生产过程中任何一台变频器发生故障,将导致1台转炉停炉。通过此次技术改造,增加1台1000kW备用国产变频器(HID580-T7-1000G2AS),通过切换柜的倒闸、网络开关的切换以及计算机画面的操作,可以实现一备两用,将备用变频器快速投入运行,避免影响生产。即当3#、4#转炉任意一台变频器故障后,备用变频器能够投运到任何一台转炉继续冶炼生产,避免造成转炉停炉、甚至高炉修风等恶性事故发生。

1、引言

3#、4#转炉一次除尘风机变频器采用瑞士ABB公司生产的ACS800系列变频器(690V,900kW)。自炼钢2017年5月复产以来,4#转炉一次除尘风机变频器于10月15日12:00分报2340(并行连接的逆变模块单元短路)故障导致4#转炉停炉48小时;2017年10月27日23:10分4#转炉一次除尘风机变频器报3220(直流母线低电压)故障导致4#转炉停炉4小时,给炼钢作业区生产带来巨大影响和冲击。鉴于一次除尘风机变频器的重要性和影响之大,经公司领导批复在现场增加1台1000kW备用国产变频器(HID580-T7-1000G2AS),当转炉任意一台风机变频器发生故障后,备用变频器能够快速投运到其中一台转炉继续冶炼生产,避免造成转炉停炉设备事故发生。

2、备用变频器改造的控制原理

2.1 PLC控制原理

3#、4#转炉一次风机变频器采用PROFIBUS-DP通讯卡(RPBA-01),,由西门子S7-400系列PLC通过PROFIBUS-DP网络进行控制,3#、4#转炉PLC系统为两套独立的PLC控制系统(在PROFIBUS-DP网络中,CPU 416-2 默认为2#DP站,ACS800变频器为3#DP站);通过在源程序中重新组态3#、4#转炉一次除尘PLC硬件配置,分别增加4#DP站,通过切换柜网络开关的切换,把备用变频器与原变频器连接在同一个PROFIBUS-DP网络(如下图1所示),并编制备用变频控制PLC程序及备用变频器的操作画面,来实现变频器的实时调速运行。

图1  一次除尘风机备用变频器网络切换硬件配置原理图

2.2变频器控制原理

由于3#、4#转炉一次除尘风机变频器分别采用变频调速用油浸式整流变压器(型号:ZTS-1250/10,容量1250kVA,二次电压690V,二次电流1045.9A),独立供电,因此新增备用变频要替代3#、4#转炉一次除尘风机变频器,需从3#、4#转炉一次除尘风机变频调速用油浸式整流变压器分别取电,且进线断路器(1600A)不能同时合闸,变频器出线需配置4台断路器(1600A),以实现备用变频器与原3#、4#转炉一次除尘风机变频器之间的倒闸切换(即故障变频器的切除和备用变频器的投运)。如下图2所示:

图2   一次控制原理图

3、备用变频器改造项目的实施内容

3.1PLC控制系统改造实施

(1)在源程序中重新组态3#、4#转炉一次除尘PLC硬件配置,分别增加4#DP远程站,把备用变频器分别组态在PROFIBUS-DP网络中。

(2)从3#、4#转炉一次除尘风机变频器分别敷设PROFIBUS-DP电缆线至备用变频器切换柜,将PROFIBUS-DP通讯卡(RPBA-01)连接至切换开关,再由切换开关连接至PB-B-MODBUS网关(PROFIBUS-DP转MODBUS通讯模块),从硬件方面连接在PROFIBUS-DP网络中。

(3)再通过编制备用变频控制PLC程序及备用变频操作画面,完成备用变频器的PLC编程调试。

3.2备用变频器改造实施

(1)在现有的基础上,增加1台备用国产1000KW变频器及1面变频切换配电柜及进线电源柜。

(2)将备用变频器、变频切换配电柜以及进线电源柜的安装就位。

(3)完成原3#、4#炉一次风机变频器、备用变频器、变频切换配电柜以及进线电源柜电缆的敷设与对接。

(4)完成备用变频器的参数设置与调试,变频器的空载运行。

(5)分别将原3#、4#炉一次风机变频器切除,将备用变频器投入运行,并对存在的问题进行消缺。

3.3备用变频器切换操作过程

(1)正常情况下:3#、4#转炉一次风机变频器运行,分别合上断路器QF1、QF5,QF2、QF8,必须断开备用变频进出线断路器QF3、QF6,QF4、QF7,通过断路器之间的电气联锁来实现。

(2)当3#转炉一次风机变频器故障时投入备用变频器时,断开断路器QF1、QF5,QF4、QF7,合上备用变频器进出线断路器QF3、QF6,3#转炉风机将继续运行;当备用变频器故障时需投入原3#ABB变频器时,断开断路器QF3、QF6、QF4、QF7,合上原3#ABB变频器进出线断路器QF1、QF5,3#转炉风机将继续运行。

(3)当4#转炉一次风机变频器故障时,断开断路器QF2、QF6,QF3、QF8,合上备用变频器进出线断路器QF4、QF7,4#转炉风机将继续运行;。

注意:由于变频器电源为变压器专供且容量不足,故1路电源只能为1台变频器供电,不能同时为2路电源供电。

4、运行分析

(1)在备用变频器技术改造完成后,通过近1个多月的试运行和现场的切换操作,在3#、4#转炉任意一台变频器发生故障后,均可以实现快速(10至15分钟)将备用变频器投入任何一台转炉进行继续冶炼生产,达到变频器改造的目的。

(2)按照目前一次除尘风机变频器发生故障的频次和产生的后果,此次备用变频改造可避免因一次风机变频器故障对生产造成冲击,产生巨大的经济损失。(每台变频器每年发生2次故障,按每台影响转炉生产8小时算,估计影响48炉钢产量,单炉产量为:125吨,估计损失6000吨,每吨钢坯成本价为3000元,合计损失:1800万元)

5、结束语

此次备用变频器成功的改造并投入运行,意义重大:

(1)由于变频器输出谐波较大,一般不会在变频器出线侧配置断路器,而此次大功率变频器在出线侧配置电动操作型断路器,成功可靠的稳定运行在国内属于首例;

(2)在PLC系统采用PROFIBUS-DP网络控制变频器实时调速运行的应用中,通过网络切换开关的操作,将同一台变频器分别连接到2个PROFIBUS-DP网络中投入运行,实现大功率变频器一备两用,在变频器行业内也属于首创;

(3)无论国际品牌一流品牌瑞士ABB变频器、西门子变频器、美国AB变频器还是施耐德大功率变频器,故障损坏后都是采用更换故障元件和功率单元的解决思路,一般处理故障需要4~8小时甚至更长;但在现场设备非常重要、不允许长时间停运且控制比较复杂的系统的设备,此次改造提供了可行的整体更换解决方案;

(4)在通过PLC网络控制的变频实时调速应用中,国产大功率变频器成功替换国际一流品牌高端变频器,具有非凡的意义。

审核编辑(王静)
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