熱軋寬帶鋼生產(chǎn)線主傳動(dòng)裝置的選型分析

【摘 要】熱連軋寬帶鋼生產(chǎn)線的主要傳動(dòng)電機(jī)有粗軋機(jī)上輥電機(jī)、粗軋機(jī)下輥電機(jī)、精軋機(jī)組電機(jī)、立輥軋機(jī)電機(jī)、飛剪電機(jī)和卷取機(jī)電機(jī)等。近幾年國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)建設(shè)的1450mm以上熱連軋寬帶鋼生產(chǎn)線較多，其主傳動(dòng)系統(tǒng)采用的有交-交傳動(dòng)與交-直-交傳動(dòng)兩種方式。對(duì)于這兩種方式的選擇一直是爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，本文從技術(shù)參數(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)兩個(gè)方面進(jìn)行了對(duì)比，目的在于為日后的選擇者提供些幫助。

【關(guān)鍵詞】主傳動(dòng) 交-交傳動(dòng) 交-直-交傳動(dòng) 節(jié)電

1前言

熱連軋寬帶鋼生產(chǎn)線的主要傳動(dòng)電機(jī)有粗軋機(jī)上輥電機(jī)、粗軋機(jī)下輥電機(jī)、精軋機(jī)組電機(jī)、立輥軋機(jī)電機(jī)、飛剪電機(jī)和卷取機(jī)電機(jī)等，其中粗軋機(jī)和精軋機(jī)組電機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)為主傳動(dòng)，立輥、飛剪和卷取機(jī)電機(jī)等的傳動(dòng)系統(tǒng)為輔傳動(dòng)。主傳動(dòng)電機(jī)采用大功率凸極同步電動(dòng)機(jī)，輔傳動(dòng)電機(jī)大多采用低壓異步電動(dòng)機(jī)。由于輔傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式大多采用交-直-交系統(tǒng)，基本沒有爭(zhēng)議，故本文不再論述。

本文以一典型1780mm熱連軋帶鋼生產(chǎn)線的主電機(jī)配置為例（見下表1），以此為基礎(chǔ)來比較兩種主傳動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)。

序號(hào) 設(shè)備名稱 電動(dòng)機(jī)功率（KW） 數(shù)量（臺(tái)） 過載（60S） 備注

1 粗軋機(jī)上/下輥 8500*2 2 250% 同步機(jī)

2 飛剪 2300 1 300%（10S） 異步機(jī)

3 精軋機(jī)F1-F5 8000*5 5 200% 同步機(jī)

4 精軋機(jī)F6-F7 7500*2 2 200% 同步機(jī)

表1

2主傳動(dòng)系統(tǒng)介紹

（1）主傳動(dòng)系統(tǒng)采用的有交-交傳動(dòng)與交-直-交傳動(dòng)兩種方式，交-交傳動(dòng)系統(tǒng)主要是由三臺(tái)電網(wǎng)自然換流無環(huán)流可逆變流器、整流變壓器、勵(lì)磁主回路及矢量調(diào)速控制系統(tǒng)等組成。裝置的控制系統(tǒng)采用SIEMENS 公司SINAMIC系列SL150全數(shù)字矢量控制交交變頻控制系統(tǒng)，完成電動(dòng)機(jī)控制、保護(hù)及故障診斷等任務(wù)；交-直-交傳動(dòng)系統(tǒng)主要是由三電平PWM控制整流-逆變器、整流變壓器、勵(lì)磁主回路及矢量調(diào)速控制系統(tǒng)等組成。裝置的控制系統(tǒng)采用TMEIC公司的新型全數(shù)字交直交變頻控制器TM-70E2，采用了三電平PWM控制、矢量控制等先進(jìn)、適用的控制技術(shù)，可以大大提高系統(tǒng)的控制性能，充分滿足熱軋軋機(jī)主傳動(dòng)對(duì)控制性能的要求。

（2）交-交變頻控制系統(tǒng)的優(yōu)越性。采用交流偏置技術(shù)，使整流變壓器二次電壓降低、可控硅電壓安全系數(shù)提高、變頻器容量降低、電機(jī)內(nèi)無三次諧波，高過載能力、觸發(fā)單元簡(jiǎn)單、高功效（沒有直流環(huán)節(jié)）、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、魯棒性和可靠性好，在低頻段仍可以有較大轉(zhuǎn)矩。SL150 系統(tǒng)具有如下功能：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、速度控制、電樞電流控制、矢量控制、磁場(chǎng)控制、電樞控制的邏輯無環(huán)流切換、功率因數(shù)控制、主軸定位控制、負(fù)荷平衡控制和軋機(jī)機(jī)電振蕩控制等。

（3）交-直-交變頻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。使用的功率器件（IEGT），采用的三電平PWM控制和矢量控制技術(shù)，均具有先進(jìn)性，代表國(guó)際高性能變頻調(diào)速的發(fā)展方向，具有良好的使用的經(jīng)濟(jì)性及優(yōu)異的控制性能。由于有整流緩沖環(huán)節(jié)，對(duì)電網(wǎng)的要求較低，抗電網(wǎng)電壓波動(dòng)的能力較高，更適合目前的電網(wǎng)情況。可以提供更平滑的正弦波輸入電壓、電流波形和正弦波輸出電壓、電流波形。配置了防扭振控制環(huán)節(jié)SFC（Simulation Following Control），可以有效的對(duì)軋機(jī)的扭振現(xiàn)象起到抑制和消除作用。具有高可靠性，在正常使用的情況下，在主要器件的使用壽命內(nèi)，基本無須維護(hù)。

3主傳動(dòng)系統(tǒng)的比較

上述兩種傳動(dòng)控制方式在國(guó)內(nèi)均有廣泛應(yīng)用，完全可以滿足生產(chǎn)工藝的要求。在系統(tǒng)的構(gòu)成及控制策略上各有千秋，比較如表1，表2所示。

表1技術(shù)參數(shù)及指標(biāo)對(duì)比

序號(hào) 比較項(xiàng)目 交交變頻 交直交變頻

1 電動(dòng)機(jī) 交流變頻同步電動(dòng)機(jī) 交流變頻同步電動(dòng)機(jī)

2 電動(dòng)機(jī)額定電壓 1.65KV 3KV—3.5KV

3 核心控制器 西門子公司的數(shù)字控制器 TMEIC 公司的數(shù)字控制器

4 主要功率器件 晶閘管 可關(guān)斷器件 （IEGT）

5 靜態(tài)調(diào)速精度 0.01% 滿足工藝要求 0.01% 滿足工藝要求

6 動(dòng)態(tài)調(diào)速性能 好，滿足工藝要求 好，滿足工藝要求

7 輸出電流 近似正弦 正弦

8 輸出電壓 近似正弦 PWM 斬波逼近正弦波

9 頻率范圍 0-16.67（最大 20）HZ 0-75Hz

10 電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù) 約（0.65-0.7） 約（0.96-0.98）

11 產(chǎn)生的高次諧波 高，且類型復(fù)雜 低

12 是否需要電網(wǎng)側(cè)補(bǔ)償裝置 必須增加諧波濾波和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC+FC）及配套的 高壓開關(guān)柜 不需要?jiǎng)討B(tài)無功補(bǔ)償裝置

13 日常維護(hù)量 簡(jiǎn)單，容易掌握 免維護(hù)設(shè)計(jì)，維護(hù)工作量很小

14 變壓器容量 較大，約200%電動(dòng)機(jī)額定功率 較小，約125%電動(dòng)機(jī)額定功率

15 綜合效率 較低 較高

16 設(shè)備價(jià)格 較便宜 較貴

17 電纜量 多 少

18 損耗 較多 較少

19 綜合電耗 大 小

20 設(shè)備占地面積 較多 較少

表2經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比

序號(hào) 比較項(xiàng)目 交交變頻 交直交變頻

1 電動(dòng)機(jī) 與交交價(jià)格基本一致

2 變頻裝置在主電室的占地面積 與交交比低30%

3 變頻裝置本體價(jià)格 與交交比多約3800萬(wàn)元

4 諧波濾波和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（SVC+FC）及高壓柜 與交交比少約850萬(wàn)元

5 變壓器 與交交比少約200萬(wàn)元

6 電纜 與交交比少約350萬(wàn)元

合計(jì) 與交交比多約2400萬(wàn)元

上表1，表2中的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)比是以目前的市場(chǎng)價(jià)格為依據(jù)的，僅作為參考。

4節(jié)電效益

據(jù)調(diào)查，河北的某1780mm熱連軋生產(chǎn)線，采用的交-直-交變頻主傳動(dòng)系統(tǒng)，自投產(chǎn)以來噸鋼電耗始終穩(wěn)定在 80KWh/t-90KWh/t，而廣西的同樣的1780mm熱連軋生產(chǎn)線，采用交-交變頻主傳動(dòng)系統(tǒng)，自投產(chǎn)以來噸鋼電耗始終穩(wěn)定在 90KWh/t-100KWh/t。相比較可以看出，前者的噸鋼電耗至少低約10KWh/t 。

若按照1780mm熱連軋生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)產(chǎn)能約350萬(wàn)噸計(jì)算，噸鋼電耗每降低10KWh/t ，一年就可以節(jié)約用電約3500萬(wàn) KWh。工業(yè)用電價(jià)格按照0.5元/KWh 計(jì)算，則相應(yīng)的每年可以節(jié)約電費(fèi)約 1750萬(wàn)元。

5結(jié)語(yǔ)

通過上述對(duì)比可以看出，相對(duì)于交-交變頻主傳動(dòng)系統(tǒng)，雖然交-直-交變頻主傳動(dòng)系統(tǒng)的初次投資比較高，但是其經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)優(yōu)勢(shì)顯著，特別是投產(chǎn)兩年以后，在企業(yè)用電管理得當(dāng)、生產(chǎn)線正常運(yùn)行的前提下，節(jié)電產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益將非常可觀。

參考文獻(xiàn)：

[1]天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所編著.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)第2版.機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[2]何春鴻.熱軋主傳動(dòng)變頻調(diào)速系統(tǒng)方案探討.華東科技，2009，（5）.

[3]劉睿.八鋼熱軋主傳動(dòng)交直交變頻調(diào)速系統(tǒng). 鋼鐵技術(shù)，2006，（4）.

[4]劉蘆陶.熱帶軋機(jī)主傳動(dòng)交交變頻與交直交變頻調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較.設(shè)計(jì)通訊，2007，（2）.

作者簡(jiǎn)介：苑喜文（1979—），男，河北秦皇島人，高級(jí)工程師，碩士，從事冶金企業(yè)電氣設(shè)計(jì)工作，主要研究方向?yàn)殡姎鈧鲃?dòng)系統(tǒng)、自動(dòng)化控制系統(tǒng)及工廠高低壓供配電系統(tǒng)。