ACS6000中壓傳動(dòng)在高線軋機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

攀鋼釩攀枝花金屬制品有限公司 劉 賓

0 引言

攀枝花金屬制品有限公司高速線材生產(chǎn)線，精軋機(jī)和TMB減定徑軋機(jī)采用意大利達(dá)涅利工藝技術(shù)。兩臺(tái)同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置采用了ABB公司開發(fā)制造的ACS6000中壓變頻調(diào)速傳動(dòng)控制系統(tǒng)，它是ABB公司推出的大功率同步電動(dòng)機(jī)的中壓傳動(dòng)無級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。金屬制品公司傳動(dòng)裝置容量選用22MW直流整流單元裝置,通過公共直流母線驅(qū)動(dòng)一臺(tái)11MW和一臺(tái)9MW逆變器，分別控制兩套交流同步電動(dòng)機(jī)，完成軋機(jī)速度控制。實(shí)現(xiàn)線材系統(tǒng)高速連續(xù)軋制工藝控制。本文主要介紹ABB ACS6000中壓變頻器的組成結(jié)構(gòu)、核心單元原理及其功能，停機(jī)操作安全、運(yùn)行注意事項(xiàng)。

1 ACS6000傳動(dòng)系統(tǒng)構(gòu)成

高速線材生產(chǎn)線精軋機(jī)組和減定徑機(jī)組主傳動(dòng)大電機(jī)分別采用了1臺(tái)6300kW和1臺(tái)3600kW交流同步電機(jī)，額定電壓3160V，傳動(dòng)控制系統(tǒng)采用ACS6000交-直-交中壓傳動(dòng)系統(tǒng)，其整流裝置核心元件采用IGCT，完成將6.3KV高壓整流成4800V直流，由于容量問題，采用了2套整流裝置并聯(lián)完成。2套獨(dú)立的逆變裝置分別完成Daniel的精軋機(jī)AGV主電動(dòng)機(jī)和TMB1減定徑輔電動(dòng)機(jī)；冷卻系統(tǒng)采用集中水冷方式。勵(lì)磁單元為獨(dú)立的兩套可控硅整流橋結(jié)構(gòu)。

圖1 ACS6000系統(tǒng)原理框圖

中壓變頻器ACS6000系統(tǒng)組成：

ACS6000傳動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)AGV精軋和TMB兩臺(tái)同步電機(jī)，裝置由一套兩臺(tái)整流單元，縮寫為：ARU；電容輔助單元，縮寫為CBU、一套11MW逆變器和一套9MW逆變器、同步電機(jī)的獨(dú)立磁場(chǎng)勵(lì)磁單元兩套、每臺(tái)電機(jī)的兩個(gè)控制單元、全系統(tǒng)的水冷裝置、保護(hù)限幅單元，以及輔助電源系統(tǒng)柜等組成，見圖1。

2 ACS6000系統(tǒng)的幾個(gè)主要特點(diǎn)

2.1 完備的人員安全措施

2.1.1 接地開關(guān)（圖2）

電容器CUB柜門安裝的接地開關(guān)保證了維修服務(wù)人員的正常工作安全。接地開關(guān)連接正極、負(fù)極和中性母線接地，確保電源電壓已經(jīng)為零。DC母線上的電容器上的電壓在作業(yè)進(jìn)入帶電區(qū)前已經(jīng)被放電。電容器柜門用安全接地開關(guān)連鎖。

圖2 接地開關(guān)原理框圖

表1 IGCT技術(shù)與GTO和IGBT的比較

圖3 ACS6000電流限制原理

當(dāng)DC母線放電到安全水平時(shí)，一個(gè)黃色燈GND SWITCH UNLOCK(位于CBU柜的前端)指示。當(dāng)黃燈熄滅時(shí)，系統(tǒng)主回路帶電，絕對(duì)不能轉(zhuǎn)動(dòng)接地開關(guān)。

接地開關(guān)的狀態(tài)接點(diǎn)連接到1#INU的S800（-A2541/D106），CBU GROUND SWITCH OPEN(接地開關(guān)閉合狀態(tài)連接到-A2541/D07)提供系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)。

2.1.2 安全電磁鎖門鎖機(jī)構(gòu)

所有的高壓柜門機(jī)構(gòu)（ARU、INV、CBU模塊）都有電磁鎖機(jī)構(gòu)，在DC母線有電時(shí)電磁門鎖閉合，防止人員進(jìn)入發(fā)生觸電事故。當(dāng)DC母線電壓小于50V時(shí)，電磁鎖機(jī)構(gòu)釋放，并且閉合接地開關(guān)打開柜門。

電磁門鎖機(jī)構(gòu)的釋放可以通過1#INU的S800（-A2541/D07）釋放接地開關(guān)釋放，一旦接地開關(guān)閉合，傳動(dòng)在安全狀態(tài)，可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢修。

2.2 先進(jìn)的IGCT功率器件

集成化門極換流晶閘管（英文縮寫IGCT）系A(chǔ)BB公司專門開發(fā)的中壓大功率變頻器的以半導(dǎo)體為核心的電子開關(guān)器件。同時(shí)具有了高速電子開關(guān)、門級(jí)控制高壓阻斷關(guān)斷功能和開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的低消耗特性，所以由新型元件構(gòu)成的變頻器，性能更好，效率更高。它是以GTO（門極關(guān)斷晶閘管）為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)的器件，它是集中了兩者的優(yōu)點(diǎn)的電子元件，優(yōu)良的關(guān)斷控制特性帶來了電路設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化，取消了普通晶閘管的關(guān)斷吸收元件。所以逆變器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，損耗減小，響應(yīng)時(shí)間更快，可靠性更好。

IGCT的性能對(duì)比見表1。

2.3 無熔絲跳閘保護(hù)系統(tǒng)（圖3）

常規(guī)的整流保護(hù)采用快速熔斷器進(jìn)行設(shè)備保護(hù)，由于中壓傳動(dòng)系統(tǒng)容量大，導(dǎo)致高速快融可靠性降低，同時(shí)出現(xiàn)故障后，更換元件時(shí)間長，快融的保護(hù)動(dòng)作精度可靠性低。導(dǎo)致事故時(shí)間大大延長。由于考慮大容量高速快熔的不可靠性可能會(huì)引起設(shè)備故障、成本高、難于精確制造、精度差、更換時(shí)間較長等缺點(diǎn)，所以在ABB的中壓傳動(dòng)系統(tǒng)ACS6000中使用了全新的了全觸發(fā)保護(hù)方式——取消快融保險(xiǎn)。在支路橋臂的控制脈沖紊亂或IGCT元件故障導(dǎo)致直接短路故障時(shí)，較大的短路電流在短路保護(hù)裝置(縮寫FSCD)中產(chǎn)生不正常的電壓，該電壓發(fā)送給逆變器的接口板發(fā)出光信號(hào)。故障判斷裝置板判斷出接受到的光信號(hào)不正常，立即由逆變裝置板光纖回路，迅速讓全部逆變器發(fā)出導(dǎo)通脈沖，導(dǎo)致所有IGCT元件控制脈沖導(dǎo)通，極大的降低故障支路的短路過流分量。發(fā)生事故進(jìn)程的全觸發(fā)保護(hù)同時(shí)，逆變器裝置班發(fā)出分閘命令，切斷高壓側(cè)電源斷路器，切斷電源，完成保護(hù)功能。

圖4 AMC3連接控制原理

圖5 ACS6000傳動(dòng)系統(tǒng)圖

圖6 定位波形圖

2.4 AMC3控制器（電機(jī)控制器）

全數(shù)字化的控制信息交換系統(tǒng)，通過電機(jī)控制器AMC3完成。電機(jī)控制器AMC3是逆變裝置的主控板，通過它完成同步電機(jī)逆變裝置和直流整流裝置的信號(hào)處理。數(shù)據(jù)交換均采用光纖直接連接，提高了系統(tǒng)相應(yīng)能力和抗干擾能力（圖4）。

ACM3主要功能為：

連接PC，在線監(jiān)控；連接INT板，對(duì)ARU實(shí)現(xiàn)控制；

連接INT板，對(duì)INU實(shí)現(xiàn)控制；通過INT板實(shí)現(xiàn)AMC之間通訊；

連接CCB板對(duì)EXU實(shí)現(xiàn)控制；

連接編碼器,對(duì)電機(jī)速度與位置進(jìn)行控制；

連S800 I/O模塊；對(duì)各繼電器、傳感器等元件控制；

連AC80，對(duì)主電機(jī)配套設(shè)備控制；連接操作面板。

3 運(yùn)行中的注意事項(xiàng)

3.1 各傳動(dòng)柜安全操作要點(diǎn)

ACS6000傳動(dòng)裝置布置見圖5，各傳動(dòng)裝置由于是6KV和3150V高壓，在傳動(dòng)裝置處于不同狀態(tài)時(shí)的安全操作見表2。

表2 安全操作要點(diǎn)

3.2 同步電機(jī)的定位

同步電機(jī)采用了絕對(duì)值編碼器進(jìn)行角度定位，每次更換/檢查編碼器后，由于編碼器角度和電機(jī)相對(duì)關(guān)系發(fā)生了編號(hào)，因此均需要對(duì)編碼器進(jìn)行角度定位，定位波形見圖6。

4 運(yùn)行效果

ACS6000傳動(dòng)系統(tǒng)因自身優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)傳動(dòng)設(shè)備應(yīng)用效率和穩(wěn)定性的提高。保證了高線生產(chǎn)過程生產(chǎn)質(zhì)量和效率。我廠高線系統(tǒng)運(yùn)行半年來看，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，無故障。