关键词：脱水器；变频器；速度监测
引言
莱钢炼铁厂3号高炉粒化渣脱水器采用日本安川系列CIMR-G5A4160变频器控制,主要用于冷却炉渣,靠电机拖动直径4m的脱水器大齿圈进行工作,因炉渣流量不稳定,需要调速控制,在原控制系统中由于停车控制精度要求不高,所以未使用制动单元。其粒化渣脱水器的工艺流程是:⑴系统启动后脱水器低速运转,内有冷却水等待炉渣进入。⑵炉渣进入后,经过粒化器的破碎进入脱水器冷却,根据渣水混合物的流量,脱水器调速运转,粒化渣自下渣口由皮带运到转运站。⑶炉渣出完后,脱水器低速运转,直至停车。
1粒化渣脱水器调速系统的改造原因
自投产以来,在调速过程中负载惯性量大,近似恒转矩负载,脱水器加载后惯性量大,整个传动系统传动比为1:300,电动机产生很高的反电动势,并回馈到直流母线侧。制动时电能从电机侧流向变频器侧(或供电侧),电机的转速高于同步转速,如果变频器输出频率降低,电机转速将跟随输出频率同样降低,制动产生的能量将返回到变频器侧,由于采用交-直-交变频器,这些能量不能顺利反馈回电网,经常出现直流母线过电压故障,变频器的保护装置频繁动作,造成紧急堵口,影响了炼铁高炉正常生产。因此,必须靠电阻发热来消耗这些能量,在选用变频器的基础上配置制动单元和制动电阻,才能满足系统的要求。
2改造技术方案
2.1脱水器中控画面加速度监测的研究与实践
针对脱水器无转速显示问题，经过研究分析，决定利用一种接近开关、控制继电器和PLC实现转速显示的新型方式。此方式是在脱水器滚筒的托辊旁边安装接近开关，在配电室内安装控制继电器。托辊上等距离焊接3个限位撞铁，经现场测定，脱水器滚筒可设定速度为1r/min，托辊的转速为8r/min。由于托辊上焊接3个限位撞铁，因此接近开关每分钟发出24次吸合指令，控制继电器每分钟吸合24次。将控制继电器的吸合指令发送给PLC，PLC接收到控制继电器发出的DI点后，经过内部程序运算，程序设置为每分钟接到24次指令后显示脱水器速度为1r/min。由接近开关、控制继电器和PLC程序实现脱水器的实时检测。如若脱水器运行中，PLC接收不到控制继电器发出的指令，说明脱水器停转，此时PLC发出声光报警信号，提醒岗位操作人员，需要岗位人员及时现场确认是否存在故障。经过论证后，发现此改造存在一定弊端，若接近开关损坏或控制继电器损坏，造成PLC接收不到继电器的吸合信号后，会使PLC报出假警，误导岗位操作人员。于是，经过研究后决定，在脱水器托辊上安装两套相互独立的速度监测装置，两套系统同时送入PLC后，由PLC程序作出判断，当一套系统正常显示转速，而另一套系统显示转速异常后，发出另一套系统故障的报警。当两套系统同时显示转速异常后，发出脱水器停转的声光报警。由此可以轻易使岗位操作人员判断故障，及时处理。
2.2带有液力耦合器的脱水器有以下特点
(1)在刚启动瞬间到点1加在电机轴上的负荷是由零逐渐增加的,使电机相似于空载启动。通过原点的抛物线,被称为软启动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆(2)到达状态1后涡轮轴带着脱水器启动,此时涡轮轴加速力矩由零逐渐增加的而不是一瞬间就给脱水器动力矩的,因而启动比较平稳,这一点对于脱水器有很大的意义。由于启动时动力系数降低,对于脱水器的强度和震动带来很大的有益条件。(3)在运行中由于某种原因引起脱水器严重过载,此时油温升高,装在液力耦合器上的易熔塞自动打开,油液喷出,停止运转。整个系统获得过载保护。(4)为了保证高炉渣铁出净,稳定炉况,高炉顺行,安装两套相同的传动装置,当一套出事故时另一套还保证高炉生产,安全系数提高一倍。
2.3脱水器改为直接启动的研究与实践
粒化渣脱水器电机的控制方式为变频器控制，主回路的断路器和变频器之间安装有给变频器上电的主接触器。每次脱水器启动，岗位操作人员点击启动指令后，启动主接触器。主接触器吸合后，变频器主回路上电。延时30s后，PLC发出变频器启动指令，变频器启动。高炉每次出铁在90min左右。每次出铁均启停变频器和主接触器一次。每天需要启停约18次。由于变频器同时控制2台37kW的电机，启动电流峰值约为300A左右。负荷较大，启停过于频繁对变频器损害较大，且此控制系统只有一种控制方式。若变频器损坏，直接造成脱水器停转，影响高炉出铁。更换变频器需要较长时间，此段时间内对高炉的铁产量影响较大。经过研究分析，决定对脱水器再加装一套应急直启的控制方式，若脱水器变频器发生故障，则可直接切换到直启控制，这样可以减小故障对高炉的影响。对此提出了目前较为常用的一种改造方案：在变频器侧加单刀双掷刀开关。正常使用时，刀开关在正常位合闸。当变频器发生故障时，检修人员将刀开关打至备用位，此时可将损坏变频器切出。但此改造有两方面的缺陷，其一是当变频器损坏时需要检修人员到配电室进行倒刀开关的操作，浪费较多的抢修时间；其二是变频器发生故障后岗位操作人员若未发出停止脱水器的指令，此时切换刀开关，会是带负荷拉刀闸，造成刀开关拉弧短路放炮，对检修人员造成伤害，存在安全隐患。经过论证，相较于第一种改造方案的缺陷，我们提出了一种较为先进的改造方案：利用电动操作开关代替单刀双掷开关，实现变频启动和直接启动的相互切换。由于电动操作开关有控制点和反馈点，将其引入PLC，在经过PLC逻辑编程后便可实现中控控制。我们所选择的电动操作开关型号为CD2-400H/M，控制系统电源为220VAC。其内部输出两个干接点，由干接点发出脉冲指令控制电动操作开关的合闸和分闸状态。在变频器下口和直起接触器下口分别安装一套电动操作开关。将电动操作开关控制和反馈点引入PLC。正常启动时，电源通过变频器和电动操作开关后送至电机。若变频器发生故障后，岗位操作人员操作中控画面的紧急启动选择指令，此时PLC发出指令，断开电操开关QM2（防止直接启动后变频器下口带电）。延时2s后，PLC发出指令控制电操开关合闸。然后岗位人员点击画面的合闸按钮，此时直启接触器吸合，电机启动。当需要停机时，岗位操作人员点击画面分闸按钮，PLC发出指令控制直启接触器释放，延时2s后，继续发出指令控制电操开关断开。确保停机时2个电操开关同时处于断开状态。
结语
综上所述，该改造自实施运行后，大幅提高了脱水器的可靠性和稳定性，渣处理系统故障率明显降低，适应了当前设备和炉况现状,确保了高炉炉况的稳定顺行。同时,在一定程度上减少了设备维护,减轻了粒化渣沟头的维护、操作强度。
参考文献
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论文作者:曹元鹏
论文发表刊物:《中国电业》2019年17期
论文发表时间:2019/12/11
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