榆鋼煉鋼作業區3#、4#轉爐一次除塵風機備用變頻器改造淺析

摘要：榆鋼煉鋼作業區3#、4#轉爐一次除塵風機采用兩臺900kW的ACS800系列ABB變頻器，在轉爐冶煉生產過程中任何一臺變頻器發生故障，將導致1臺轉爐停爐。通過此次技術改造，增加1臺1000kW備用國產變頻器（HID580-T7-1000G2AS），通過切換柜的倒閘、網絡開關的切換以及計算機畫面的操作，可以實現一備兩用，將備用變頻器快速投入運行，避免影響生產。即當3#、4#轉爐任意一臺變頻器故障后，備用變頻器能夠投運到任何一臺轉爐繼續冶煉生產，避免造成轉爐停爐、甚至高爐修風等惡性事故發生。

關鍵詞：變頻器；網絡開關；一備兩用

1、引言

3#、4#轉爐一次除塵風機變頻器采用瑞士ABB公司生產的ACS800系列變頻器（690V，900kW）。自煉鋼2017年5月復產以來，4#轉爐一次除塵風機變頻器于10月15日12:00分報2340（并行連接的逆變模塊單元短路）故障導致4#轉爐停爐48小時；2017年10月27日23：10分4#轉爐一次除塵風機變頻器報3220（直流母線低電壓）故障導致4#轉爐停爐4小時，給煉鋼作業區生產帶來巨大影響和沖擊。鑒于一次除塵風機變頻器的重要性和影響之大，經公司領導批復在現場增加1臺1000kW備用國產變頻器（HID580-T7-1000G2AS），當轉爐任意一臺風機變頻器發生故障后，備用變頻器能夠快速投運到其中一臺轉爐繼續冶煉生產，避免造成轉爐停爐設備事故發生。

2、備用變頻器改造的控制原理

2.1 PLC控制原理

3#、4#轉爐一次風機變頻器采用PROFIBUS-DP通訊卡（RPBA-01）,,由西門子S7-400系列PLC通過PROFIBUS-DP網絡進行控制，3#、4#轉爐PLC系統為兩套獨立的PLC控制系統（在PROFIBUS-DP網絡中，CPU 416-2 默認為2#DP站，ACS800變頻器為3#DP站）;通過在源程序中重新組態3#、4#轉爐一次除塵PLC硬件配置，分別增加4#ＤＰ站，通過切換柜網絡開關的切換，把備用變頻器與原變頻器連接在同一個PROFIBUS-DP網絡(如下圖1所示)，并編制備用變頻控制PLC程序及備用變頻器的操作畫面，來實現變頻器的實時調速運行。

圖1  一次除塵風機備用變頻器網絡切換硬件配置原理圖

2.2變頻器控制原理

由于3#、4#轉爐一次除塵風機變頻器分別采用變頻調速用油浸式整流變壓器（型號：ZTS-1250/10,容量1250kVA，二次電壓690V，二次電流1045.9A），獨立供電，因此新增備用變頻要替代3#、4#轉爐一次除塵風機變頻器，需從3#、4#轉爐一次除塵風機變頻調速用油浸式整流變壓器分別取電，且進線斷路器（1600A）不能同時合閘，變頻器出線需配置4臺斷路器（1600A），以實現備用變頻器與原3#、4#轉爐一次除塵風機變頻器之間的倒閘切換（即故障變頻器的切除和備用變頻器的投運）。如下圖2所示：

圖2   一次控制原理圖

3、備用變頻器改造項目的實施內容

3.1PLC控制系統改造實施

（1）在源程序中重新組態3#、4#轉爐一次除塵PLC硬件配置，分別增加4#DP遠程站，把備用變頻器分別組態在PROFIBUS-DP網絡中。

（2）從3#、4#轉爐一次除塵風機變頻器分別敷設PROFIBUS-DP電纜線至備用變頻器切換柜，將PROFIBUS-DP通訊卡（RPBA-01）連接至切換開關，再由切換開關連接至PB-B-MODBUS網關（PROFIBUS-DP轉MODBUS通訊模塊），從硬件方面連接在PROFIBUS-DP網絡中。

（3）再通過編制備用變頻控制PLC程序及備用變頻操作畫面，完成備用變頻器的PLC編程調試。

3.2備用變頻器改造實施

（1）在現有的基礎上，增加1臺備用國產1000KW變頻器及1面變頻切換配電柜及進線電源柜。

（2）將備用變頻器、變頻切換配電柜以及進線電源柜的安裝就位。

（3）完成原3#、4#爐一次風機變頻器、備用變頻器、變頻切換配電柜以及進線電源柜電纜的敷設與對接。

（4）完成備用變頻器的參數設置與調試，變頻器的空載運行。

（5）分別將原3#、4#爐一次風機變頻器切除，將備用變頻器投入運行，并對存在的問題進行消缺。

3.3備用變頻器切換操作過程

（1）正常情況下：3#、4#轉爐一次風機變頻器運行，分別合上斷路器QF1、QF5，QF2、QF8，必須斷開備用變頻進出線斷路器QF3、QF6，QF4、QF7，通過斷路器之間的電氣聯鎖來實現。

（2）當3#轉爐一次風機變頻器故障時投入備用變頻器時，斷開斷路器QF1、QF5，QF4、QF7，合上備用變頻器進出線斷路器QF3、QF6，3#轉爐風機將繼續運行；當備用變頻器故障時需投入原3#ABB變頻器時，斷開斷路器QF3、QF6、QF4、QF7，合上原3#ABB變頻器進出線斷路器QF1、QF5，3#轉爐風機將繼續運行。

（3）當4#轉爐一次風機變頻器故障時，斷開斷路器QF2、QF6，QF3、QF8，合上備用變頻器進出線斷路器QF4、QF7，4#轉爐風機將繼續運行；。

注意：由于變頻器電源為變壓器專供且容量不足，故1路電源只能為1臺變頻器供電，不能同時為2路電源供電。

4、運行分析

（1）在備用變頻器技術改造完成后，通過近1個多月的試運行和現場的切換操作，在3#、4#轉爐任意一臺變頻器發生故障后，均可以實現快速（10至15分鐘）將備用變頻器投入任何一臺轉爐進行繼續冶煉生產，達到變頻器改造的目的。

（2）按照目前一次除塵風機變頻器發生故障的頻次和產生的后果，此次備用變頻改造可避免因一次風機變頻器故障對生產造成沖擊，產生巨大的經濟損失。（每臺變頻器每年發生2次故障，按每臺影響轉爐生產8小時算，估計影響48爐鋼產量，單爐產量為：125噸，估計損失6000噸，每噸鋼坯成本價為3000元，合計損失：1800萬元）

5、結束語

此次備用變頻器成功的改造并投入運行，意義重大：

（1）由于變頻器輸出諧波較大，一般不會在變頻器出線側配置斷路器，而此次大功率變頻器在出線側配置電動操作型斷路器，成功可靠的穩定運行在國內屬于首例；

（2）在PLC系統采用PROFIBUS-DP網絡控制變頻器實時調速運行的應用中，通過網絡切換開關的操作，將同一臺變頻器分別連接到2個PROFIBUS-DP網絡中投入運行，實現大功率變頻器一備兩用，在變頻器行業內也屬于首創；

（3）無論國際品牌一流品牌瑞士ABB變頻器、西門子變頻器、美國AB變頻器還是施耐德大功率變頻器，故障損壞后都是采用更換故障元件和功率單元的解決思路，一般處理故障需要4~8小時甚至更長；但在現場設備非常重要、不允許長時間停運且控制比較復雜的系統的設備，此次改造提供了可行的整體更換解決方案；

（4）在通過PLC網絡控制的變頻實時調速應用中，國產大功率變頻器成功替換國際一流品牌高端變頻器，具有非凡的意義。

作者簡介

黃林杰（1985.3-） 男  酒鋼榆中鋼鐵公司煉鋼作業區電氣協理工程師，負責煉鋼廠轉爐、凈汽化除塵及精煉爐區域電氣設備的技術管理工作。