榆钢炼钢作业区3#、4#转炉一次除尘风机备用变频器改造浅析

• 关键词：变频器改造,网络开关,一备两用
• 摘要：榆钢炼钢作业区3#、4#转炉一次除尘风机采用两台900kW的ACS800系列ABB变频器，在转炉冶炼生产过程中任何一台变频器发生故障，将导致1台转炉停炉。通过此次技术改造，增加1台1000kW备用国产变频器（HID580-T7-1000G2AS），通过切换柜的倒闸、网络开关的切换以及计算机画面的操作，可以实现一备两用，将备用变频器快速投入运行，避免影响生产。即当3#、4#转炉任意一台变频器故障后，备用变频器能够投运到任何一台转炉继续冶炼生产，避免造成转炉停炉、甚至高炉修风等恶性事故发生。

1、引言

3#、4#转炉一次除尘风机变频器采用瑞士ABB公司生产的ACS800系列变频器（690V，900kW）。自炼钢2017年5月复产以来，4#转炉一次除尘风机变频器于10月15日12:00分报2340（并行连接的逆变模块单元短路）故障导致4#转炉停炉48小时；2017年10月27日23：10分4#转炉一次除尘风机变频器报3220（直流母线低电压）故障导致4#转炉停炉4小时，给炼钢作业区生产带来巨大影响和冲击。鉴于一次除尘风机变频器的重要性和影响之大，经公司领导批复在现场增加1台1000kW备用国产变频器（HID580-T7-1000G2AS），当转炉任意一台风机变频器发生故障后，备用变频器能够快速投运到其中一台转炉继续冶炼生产，避免造成转炉停炉设备事故发生。

2、备用变频器改造的控制原理

2.1 PLC控制原理

3#、4#转炉一次风机变频器采用PROFIBUS-DP通讯卡（RPBA-01）,,由西门子S7-400系列PLC通过PROFIBUS-DP网络进行控制，3#、4#转炉PLC系统为两套独立的PLC控制系统（在PROFIBUS-DP网络中，CPU 416-2 默认为2#DP站，ACS800变频器为3#DP站）;通过在源程序中重新组态3#、4#转炉一次除尘PLC硬件配置，分别增加4#ＤＰ站，通过切换柜网络开关的切换，把备用变频器与原变频器连接在同一个PROFIBUS-DP网络(如下图1所示)，并编制备用变频控制PLC程序及备用变频器的操作画面，来实现变频器的实时调速运行。

图1  一次除尘风机备用变频器网络切换硬件配置原理图

2.2变频器控制原理

由于3#、4#转炉一次除尘风机变频器分别采用变频调速用油浸式整流变压器（型号：ZTS-1250/10,容量1250kVA，二次电压690V，二次电流1045.9A），独立供电，因此新增备用变频要替代3#、4#转炉一次除尘风机变频器，需从3#、4#转炉一次除尘风机变频调速用油浸式整流变压器分别取电，且进线断路器（1600A）不能同时合闸，变频器出线需配置4台断路器（1600A），以实现备用变频器与原3#、4#转炉一次除尘风机变频器之间的倒闸切换（即故障变频器的切除和备用变频器的投运）。如下图2所示：

‍‍图2   一次控制原理图‍‍

3、备用变频器改造项目的实施内容

3.1PLC控制系统改造实施

（1）在源程序中重新组态3#、4#转炉一次除尘PLC硬件配置，分别增加4#DP远程站，把备用变频器分别组态在PROFIBUS-DP网络中。

（2）从3#、4#转炉一次除尘风机变频器分别敷设PROFIBUS-DP电缆线至备用变频器切换柜，将PROFIBUS-DP通讯卡（RPBA-01）连接至切换开关，再由切换开关连接至PB-B-MODBUS网关（PROFIBUS-DP转MODBUS通讯模块），从硬件方面连接在PROFIBUS-DP网络中。

（3）再通过编制备用变频控制PLC程序及备用变频操作画面，完成备用变频器的PLC编程调试。

3.2备用变频器改造实施

（1）在现有的基础上，增加1台备用国产1000KW变频器及1面变频切换配电柜及进线电源柜。

（2）将备用变频器、变频切换配电柜以及进线电源柜的安装就位。

（3）完成原3#、4#炉一次风机变频器、备用变频器、变频切换配电柜以及进线电源柜电缆的敷设与对接。

（4）完成备用变频器的参数设置与调试，变频器的空载运行。

（5）分别将原3#、4#炉一次风机变频器切除，将备用变频器投入运行，并对存在的问题进行消缺。

3.3备用变频器切换操作过程

（1）正常情况下：3#、4#转炉一次风机变频器运行，分别合上断路器QF1、QF5，QF2、QF8，必须断开备用变频进出线断路器QF3、QF6，QF4、QF7，通过断路器之间的电气联锁来实现。

（2）当3#转炉一次风机变频器故障时投入备用变频器时，断开断路器QF1、QF5，QF4、QF7，合上备用变频器进出线断路器QF3、QF6，3#转炉风机将继续运行；当备用变频器故障时需投入原3#ABB变频器时，断开断路器QF3、QF6、QF4、QF7，合上原3#ABB变频器进出线断路器QF1、QF5，3#转炉风机将继续运行。

（3）当4#转炉一次风机变频器故障时，断开断路器QF2、QF6，QF3、QF8，合上备用变频器进出线断路器QF4、QF7，4#转炉风机将继续运行；。

注意：由于变频器电源为变压器专供且容量不足，故1路电源只能为1台变频器供电，不能同时为2路电源供电。

4、运行分析

（1）在备用变频器技术改造完成后，通过近1个多月的试运行和现场的切换操作，在3#、4#转炉任意一台变频器发生故障后，均可以实现快速（10至15分钟）将备用变频器投入任何一台转炉进行继续冶炼生产，达到变频器改造的目的。

（2）按照目前一次除尘风机变频器发生故障的频次和产生的后果，此次备用变频改造可避免因一次风机变频器故障对生产造成冲击，产生巨大的经济损失。（每台变频器每年发生2次故障，按每台影响转炉生产8小时算，估计影响48炉钢产量，单炉产量为：125吨，估计损失6000吨，每吨钢坯成本价为3000元，合计损失：1800万元）

5、结束语

此次备用变频器成功的改造并投入运行，意义重大：

（1）由于变频器输出谐波较大，一般不会在变频器出线侧配置断路器，而此次大功率变频器在出线侧配置电动操作型断路器，成功可靠的稳定运行在国内属于首例；

（2）在PLC系统采用PROFIBUS-DP网络控制变频器实时调速运行的应用中，通过网络切换开关的操作，将同一台变频器分别连接到2个PROFIBUS-DP网络中投入运行，实现大功率变频器一备两用，在变频器行业内也属于首创；

（3）无论国际品牌一流品牌瑞士ABB变频器、西门子变频器、美国AB变频器还是施耐德大功率变频器，故障损坏后都是采用更换故障元件和功率单元的解决思路，一般处理故障需要4~8小时甚至更长；但在现场设备非常重要、不允许长时间停运且控制比较复杂的系统的设备，此次改造提供了可行的整体更换解决方案；

（4）在通过PLC网络控制的变频实时调速应用中，国产大功率变频器成功替换国际一流品牌高端变频器，具有非凡的意义。