（宝钢集团新疆八一钢铁有限公司能源中心 新疆乌鲁木齐 830022）
摘要：热轧水处理P302泵组为轧钢机轧辊冷却泵用水量不稳定，波动大，导致设备损坏，原有设计造成设备损坏量极大，为此提出采用高压变频器根据水量需求进行控制，同时配合卸荷阀使用，降低了设备的故障率，也做到了节能的要求。改造实践证明，结合工艺控制需求，采用完美无谐波高压变频器对P302泵组实施调速节能控制，系统稳定，调节及时，且节省了大量的电能，具有较好的经济与社会效益。
关键词：卸荷阀；高压变频器；转子断条
1 前言
八钢热轧水处理为主产线提供合格水源，其中P302泵组为轧钢机轧辊冷却泵，冷却范围包括粗轧及精轧轧辊。泵组正常运行为六开三，电机使用710KW 10KV的高压电机，在轧钢机正常生产时所开主要为轧辊冷却水，包括边部冷却及中部冷却水，流量4900 m3/h左右，压力0.82 Mpa左右；过钢时加开带钢冷却水，包括顶喷及底喷冷却水，流量5000 m3/h左右，压力0.7 Mpa左右。
2 存在问题
由于生产原因，经常出现产线不用水，也就是流量为0的情况，即下列四种情况：
1、换轧辊。每班（8小时）大约1-2次，每次约20分钟。2、60分钟停机换轧辊检修。由生产情况确定何时进行，时间约60分钟。3、故障停车。随机，时间长短不确定。4、检修停机。
原有设计中上述状况下，关断轧辊冷却水供水阀门后，系统压力升高至1.10 Mpa后，卸荷阀2打开，冷却水由卸荷阀2排至排渣沟；系统压力继续升高至1.17 Mpa后，卸荷阀1打开，冷却水由卸荷阀1回流至直接循环冷水池。如图所示：
由于上述尤其是1、3两种情况经常发生且无法事先计划，造成系统卸荷阀频繁开启泄压。由于卸荷阀两端压差较大（约1.2Mpa），泄压时阀体及相连管道振动较大，使卸荷阀容易损坏。
一旦卸荷阀损坏，P302泵组就必须通过停泵达到降低冷却水流量及压力的目的。由此带来P302泵组频繁开启，给水泵及电机的正常运行带来不利影响。
急需重点解决下述四个问题：
1、水泵频繁启停对电机带来的不利影响，六台高压电动机均出现转子断条发热烧损，其中两台电动机报废，
2、水泵频繁启停对给水泵寿命的影响，水泵正常寿命约三年，其寿命仅为一年，其中出现两次水泵轴断裂现象。
3、卸荷阀易损问题，据统计卸荷阀平均使用三个月即损坏修理，其中出现两台卸荷阀报废；
4、管路振动问题，管路振动后于管路支撑点摩擦造成过出管路损坏，后加装缓冲垫后有所缓解，但每年必须更换缓冲垫。
5、出现上述问题严重的制约了正常生产，其中一次因为电机烧损直接造成热轧整条产线停产三天。
3 解决方法
针对302泵组存在的问题，决定安装高压变频器实现恒压供水功能，通过调研对比，选用完美无谐波、多单元串联电压源型高压变频器，逆变主电路拓扑采用多电平形式，逆变电路采用高压功率元件脉宽调制技术，整流用移相变压器采用H级绝缘干式变压器。这种高压变频器电压波形好、控制精度高，适应普通三相异步高压电机。它技术成熟、应用广泛，且具有过流、过压、欠压、缺相、短路、过载、过热、接地、电动机过载、外部报警、主器件自保护等完备的保护功能。
具体为六台冷却高压供水泵，增加两台高压变频器，一台高压变频装置控制3#冷却供水泵同时具备切换5#泵功能，另外一台高压变频装置控制2#冷却供水泵同时具备切换4#泵功能，外加一台工频直接冷却高压供水泵长期运行，其他直接冷却高压供水泵作备用。如下图所示：
系统控制方式选择。
1、正常运行时两台变频高压供水泵变频器均采用模拟给定，闭环控制方式运行实现恒压供水目标。
2、正常运行时两台变频高压供水泵和一台工频高压供水泵运行、另三台工频高压供水泵投入备用，利用两台变频直接冷却高压供水泵（2＃、3＃）的变频器对管道压力进行闭环自动调节（闭环控制），一台工频高压供水泵（1＃）定速运行。
3、当用户突然增大用水量时（精轧车间换辊或出现故障），流量增大压力降低，变频直接冷却高压供水泵（2＃、3＃）自动加大运行频率，增速平滑不会对电机造成冲击。
4、泵组运行过程中如果某台水泵发生故障，可以先停止这台水泵同时启动一台工频备用泵以保障用水量。在停机时再将工频水泵切换入变频系统，此时供水由两台变频水泵及一台工频水泵完成。
5、轧线停机时，高压供水泵变频器（2＃、3＃）根据管道压力给定参量自动调节，同时可配合手动停运工频泵（再次启动时，启动其他备用泵，避免电机频繁启停），调整管道压力给定参量，机组停运后维持最低转速运行，避免使用卸荷阀。
6、泄荷阀仅作为故障应急手段，不作为正常调节手段。
4、系统投入运行后的效果
4.1设备故障状况：1、高压电动机未出现频繁启停现象，电机断条现象未出现。2、修复后的水泵使用寿命均超过一年。3、卸荷阀使用次数降低，一年内未出现故障。4、管道振动降低，仅在使用卸荷阀时有轻微振动。5、未出现因302泵组故障影响热轧产线生产。
4.2节电率及计算
当采用变频调速后，根据：流量与转速成正比、压力与转速的平方成正比、轴功率与转速的立方成正比，
Q1/Q2 = n1/n2
H1/H2 =（n1/n2）2
P1/P2 =（n1/n2）3
高压供水泵长期在额定转速下运行，所以，根据运行电流可求出电动机工频运行时，实际消耗的有功功率（按平均运行电流46A计算）：
P1= 1.732 I2 U2 cosφ×0.95= 1.732×10×46×0.86×0.95= 651（KW）
根据流体学原理P2=Pe*（H1/H2）1.5
管道运行最佳压力值：0.9MPa
可以求出1#A泵变频运行低速下的实际消耗的有功功率：
P2＝710×（0.9/1.00）1.5 =606kW
变频时合计消耗电能：
P3＝P2/λ = P2/96% =630kW
理论节电率：
η理论=（P1－P3）/ P1＝（651-630）/651=3%
两台改造变频运行合计理论节电率为6％
根据实测数据，按年度运行时间约8000 h计算，年可节电：W＝P工×年运行时间×节电率＝383.4×8000×26.8%＝82.2万度电。由此可知具有非常好的节电效益。
5 结束语
通过对热轧水处理P302泵组故障分析及处理证明，结合工艺控制需求，采用完美无谐波高压变频器对P302泵组实施调速节能控制，系统稳定，调节及时，故障率降低，且节省了大量的电能，具有较好的经济与社会效益。
论文作者:张猛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/28
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