GZYQ电液软起动装置在新钢高炉鼓风机上的首次应用.pdf

第 2 3 卷第 4期 2 0 0 3年 8月 江 西 冶 金 J I 删MEF A U_ L G Y Vo 1 ． 2 3，No． 4 Au g u s t 2 0 0 3 文章编号 1 0 0 6 2 7 7 7 2 0 0 3 0 4 - 0 0 0 6 0 3 G Z Y Q 电液软起动装置在新钢高炉鼓风机上 的首次应用 李剑军 ， 杨华 新余钢铁有限责任公司， 江西 新余3 3 8 0 0 1 摘 要 通过多种起动方式的性能比较， 具体介绍了液态软起动原理 含 P I E控制 及该装置在新钢 大型高炉鼓风机起动改造中的实际应用。 ‘ 关键词 高炉鼓风机 ； 电液变阻； 软起动 P L C控制 ； 应用 中图分类号 T M 5 7 3 文献标识码 B ．F r t s t A p p l i c a t i o n o f GZ Y Q E l e c t r o h y d r a u l i c S o f t S t a r t i n g De v i c e i n B F A i r - b l o w e r L I J i a n - j u n ， Y A N G H u a X i n y u I r o n a n d S t e e l C o ． ， ． ， J i a n X i n y u 3 3 8 0 0 1 ， C h i n a Ab s t r a c t B y c 0 m p a I i 8 0 nw i t h p w p c r t i o f m a n y s t a r t i n gw a y s ， p r i n c i p l e 0 f l i q l l i d s t a t e d e P I Eo o i it r o 1 t I a n d蛐 ． a i a p p l i c a t i o n o f d e v i c e i n B F a i r - b l o w e r s t n g协蚰 l叫n a t x i n s t e e l a r e i n t r o d t t o e d． 1 W o r d sBF a i r - b l o we r ； e l e c t r o h y d r a u l i e r h e o s t a t ； s o ft s t a n P LC c o n t r o l ； a p p l i c a t i o n 1 概 述 为了满足因高炉利用 系数提高所带来 的风量、 风压不同的要求， 新余钢铁有限责任公司 新钢公 司 新增了一台 D1 3 0 0 3 ． 2 ／ 0 ． 9 8新型三元 流风机 ， 设备总投资 3 0 0 万元， 其所需轴功率 4 0 8 5 k W， 匹配 电机型号 Y K 4 5 0 02 ， 其参数 P 。 为 4 5 0 0 k W， U 。 为 6 k V， I 。 为 4 8 6 A， N。 为 2 9 8 7 r p m， 要求起动时间为 2 0 ～ 3 5 s 。但该机组所在的 2 号风机房的供电由一 总降通过电缆直配， 距离不到 5 0 0 m， 而且同一路电 6 1 4 还供其它机组 6 号机 。若采用传统的电抗 器串在定子回路降压起动， 一次投资就高达 2 5 万 元。 而且起动电流仅限制在 5 ～6 倍 额定电压降至 8 5 ％时 ， 故必须将一总降 2 号、 3 号主变并联运行， 以满足起动时所要求 的电压 和电网容量 ， 结果可能 导致有关二级单位限产或停产； 而且网络电压低时， 不但风机起动非常困难， 还将影响到整个供电网络 的安全运行。该种起动方式产生的另一方面的负面 影响是电机所带动的设备会产生电气和机撼冲击， 加速电动机的老化及机械的损坏。 2 起动方式的选择 为了克服直接起动和定子回路串电抗器起动的 弊端， 必须选择一种起动电流小， 调节余地大， 起动 过程平稳， 能满足电网正常供电和工况变化要求的 起动方式。针对目前大型电动机起动技术特点， 我 们比较了各种起动装置的性能 1 液力耦合器起动。原理 在恒速电动机与被 驱动机组之间安装液力耦合器， 通过调节油压来改 变液力耦合器的转差， 以实现无级起动和调速。性 收稿 日期 -“ 2 0 0 3 - 0 4 - 作者简介 李剑军 1 9 7 o - ， 男， 江西新余市人， 助理工程师， 从事电气维修及管理工作。 维普资讯 第 卷第 4 期 李剑军等 G Z Y Q电液软起动装置在新钢高炉鼓风机上的首次应用 l 7 能 具有调速范围大 、 平稳 ， 无谐波污染 ， 结构及控制 简单， 维护方便 ， 可满足大容量的要求， 但轴向安装 尺寸大， 改造的机组严重受到原有厂房的制约， 大机 组还必须设置专门油站， 若液力耦合器出现故障， 密 封或漏油导致泄压 ， 就必须停机处理 ， 在运行 中存在 滑差损耗， 温度高， 能耗大， 尤其不适应恒速运行机 组 。 2 串电抗器起动 。电抗器定 尺寸 、 定 匝数、 定 材质 、 阻抗 固定 ， 仅 能靠抽头粗调 电抗 ， 无法根据现 场电机及工艺情况作精细的调整， 很难获得理想的 起动参数， 而且起动一次后， 不能连续起动第二次， 还存在误操作或 自 切失败导致电抗器长期带负荷发 热烧毁问题 其修理周期长 ， 费用高 ， 严重影响工艺 生产 、 切除时易造成二次冲击 电流 、 不允许连续起 动， 且体积笨重等。 3 交流变频起动 。通过 改变 电机定子端的频 率与电压来实现起动及调速。其调速范围大、 精度 高、 效率高、 节能效果好。但技术复杂， 维护及检修 水平要求高， 一般技术工人很难人手。且易造成谐 波污染， 特别是高压电机。变频改造投资巨大， 一台 M Y V F 6 1 3 0 4 5 0 0 变频器费用高达 3 9 0 万元， 从现实 看是根本不适合的。 4 固态 软 起 动 。将 电 力 电子 器 件 晶 闸 管 S C R 串在电动机 的定子侧 ， 控制 S C R的触发角来 实现电动机的降压起动 ， 起动完成将 S C R短路或全 导通， 具有能耗小， 温升小， 变化速率不受机械运动 惯性的限制， 能实现一定范围内的调速， 在轻载时能 节能。但 S C R的耐压要求， 每相导电支路均由多个 S C R串联而成， 每个失效均会威胁整个装置的正常 运行 。如要提高其安全系数及采取均压等措施 。 由 于制造成本原因， 必导致价格大幅增加 。 一般是拖动 电机的5 一 l 0 倍 4 5 0 0 k W电机约 2 O O万元 ， 尤其 是高压 6 k V等级的制造商少， 触发控制回路一旦故 障就必须停机。 5 电液软起动。在起动过程中， 将阻值可变化 的液态电阻串入定子或转子， 以实现降压限流， 起动 完成后自动短接， 整个过程完全由 P I E 自动控制。 电阻值的可变性， 通过改变两极板间的距离或电液 的配制浓度实现， 电机转速随着电阻的均匀减少而 平滑上升 ， 借以维持或增加起动力矩 ， 并为短接不产 生冲击 电流准备 条件。其本 质上属于降压 限流起 动 ， 通过牺牲部分起动力矩 ， 达到非恒转矩 负载 如 风机 或轻载起动的大功率交流高压电动机的起动 要求， 尤其在电网容量不够大或瞬间对拖动设备冲 击大时， 可能是最佳选择， 液阻和起动时间可按工况 随机调整。具有 自 动化程度高， 运行可靠， 投资只需 2 0 万元， 仅为固态起动装置的 1 ／ 1 0 。 起动电流限制 在 3 ． 5 倍以内， 起动时间可调， 特别适用于改造高压 大功率电机 的起动。 通过对以上各种起动方式的比较、 论证。 本着少 花钱多办事的原则 ， 新钢公司决定在实施该机组改 造时 ， 选择电液软起动方式 。 3 工程实施及设计完善 1 主接线如图 1 。 图 1 电机主接线圈 M 一 主电机； 枷 - 壬 空 制电机 提供传动动力 ； Q s - 高压隔离开关； Q F - 高压少油断路器 Q F 0 一 真空断路器； R s 一 电液电阻 2 电液变阻调速控制系统框图见图 2 。 图 2 电液变阻调速控制系统框嗣 维普资讯 l 8 江西冶金 2 1 0 ∞ 年 8 月 3 结构 电液变阻器是由 3个相互绝缘的电液 箱构成， 内部盛有电液， 装有一组对应的导电电极， 动极板相互短接， 通过传动机构及伺服控制系统控 制动极板运行。在预定时间内， 电液电阻自动无级 变化并最终切除， 实现软起动。 4 电液阻值的配制。 尺 s ￡ ， 。 ／ √ 3 。 ／ r rd ／ 一l 1 式中 U 电机额定电压 ； ， 。 电机额定电流； m 直起倍数， 4 7 倍； ， t 理想起动倍数 ， 2 3 ． 5倍。 结合高炉生产实际情况取 m 6 ， ， t 3 代入 1 得 R ． 2 ． 0 5 Q 通过调节 自来水与电液粉的比例 ， 达到上述 电 阻要求阻值。 5 设计完善。 ① 由于厂方原设计时是星点短接采用 2 2 O V低 压交流真空接触器， 起动瞬间承受 6 k V高压易损 坏 ， 一旦 电网波动星点可能随时打开 ， 电机 由运行状 态带载进入起动状态， 运行中将造成电机转速急剧 下降， 运行电流猛增， 继保动作跳闸， 故改为带机械 联锁的真空断路器短接。 ②动、 静极板原设计为一块整铜板 ， 起动时因电 弧高温使电液沸腾在极板间产生巨大的振动和很大 的轰鸣声 无法消除流体力做功 ， 对 P L C及继电 器、 接触器接点也是一种严重隐患， 故后来动极板改 为同心环铜管， 使电液沸腾形成对流回路， 消除了振 动及噪声， 取得了很好效果。 4 效果分析与所存在问题 4 ． 1 效果分析 1 串电抗器与电液软起动的特性比较见图3 ， 其中 。 大于 R ， 尺 。 为液体电阻， 其阻值可随起动 时间的增加而减小， 由此可将施加于被控电机的端 电压随时间斜率式增加 即“ 软起动” 方式 。从特性 上可以看出， 液压软起动装置更 能改善被控电机 的 机械特性， 从而缩短电机的起动时间。 、 2 串电液电阻起动 电流情况。P L c控制 的 G Z Y Q型电液软起动装置于 1 9 9 9年 8月 2 1日在 2 号风机房 8 号风机 Y K 4 5 0 0 2电动机上成功投入使 用， 试车过程中风机进 口阀门开度 l 2 。 ， 出口放空 阀 全开 ， 电网电压 6 4 9 0 V， 实测电机起动电漉如表 l 。 从表 l 可以看出 电机起动电流控制在 3 ． 5 倍 以内解决了电机起动电流大对电网冲击的难题， 一 总降系统电压降到了 5 7 1 0 V ， 最大母线压降为 1 2 ％， 电机端电压为最低5 6 2 0 V满足了电机起动电 压要求， 系统压降小于 8 5 ％。同时， 由于整个起动 过程中， 液体电阻随电机负荷增大而均匀减小， 使电 机定子电压和起动转矩逐渐增大， 具有较好的平稳 起动特性。 E ● Z 霹 转差率 S 图3 定子回路串电抗与电液软起机械特性 串电抗 R l 后电机起动时的机械特性； b - 串电抗 如 后电机起动时的机械特性 ； c - 串电液电阻 R ． 后电机起动时的机械特性； 士电机同有的机械特性 表 1 电机起动时电流实测数值 3 起动曲线与仿真曲线见图4 。从图4可知， 电机实际起动情况与厂方软件系统 下转第 3 5页 维普资讯 第 2 3卷第 4期 赵丽红 渐开线齿轮齿廓曲线的参数化设计与计算 3 5 t a n a l p h a a 2 一a l p h a a 2 ； 船l s l* l ／ l一如 l* i n v a l p h a a l i n v a l p h a s 口 2 s 2*d a 2 ／ d 2一d a 2* i n v a l p h a a 2一i n v al p h a 4 计算公法线长度 及跨测齿数k k l l * s q r t 1 2* l ／ z 1 2一c 0 8 alp h a 2 ／ c o s al p h a 一2 * l *t a n a l p h a ／ z l i n v al p h a ／ p i 0 ． 5 ； k l fi x k l 0 ． 5 c o s al p h a * p * k l 一0 ． 5 l *i n v al p h a 2 * l *s i n al p h a *， k 2 2 * s q r t 1 2* 2 ／ z 2 2一C O S al p h a 2 ／ c o s al p h a 一2* 2 *t a n al p h a ／ z 2 一i n v al p h a ／ p i 0 ． 5 ； k 2 fi x k 2 0 ． 5 r2 c o s al p ha * p ￡ * k 2 一 O ． 5 2 * in v al - p ha 2* 2 *s i n al p h a *m 5 计算重合度 e p s i l o n e p s i l o n l * t a n al p h a a 1 一t a n al p h a w 2 * t a n al p h a a 2 一t a n al p h a w ／ 2 ／ p i 程序 中对跨 测齿数 k的计算结 果按设计规 范 作四舍五入处理。下标“ l ” 代表小齿轮， “ 2 ” 代表大 齿轮。例如齿轮模数 m为3 0 ， 齿数 z 为4 l ， 齿数 为 3 2 0 ， 变位系数 为0 ． 8 5 ， x 2 为一 O ． 9 5 ， 分度圆压 力角 口为 2 ， 用上述程序可立即计算出 l 一6 5． 6 5 5 2； 2 一 2 6． 3 7 7 6； hl 一 5 6． 3 8 2 4； h2 一 1 ． 5 2 3 7 s l 一 5 8． 0 0 2 5； s c 2 一 23 ． 2 9 2 0； ／w1 一 4 4． 9 5 0 0 ； h c 2 一 一2． 7 3 3 2 s n 1 1 5 ． 7 9 1 2 ； 5 口 22 5． 2 8 8 2 16； 5 21． 7 71 5 k 23 4； 3 081 ． 8 5 01 e p s i l o n 1 ． 61 2 7 4结语 用 A u t o l i s p编程 ， 可快 速地参数化 精确绘制 齿 轮齿廓曲线 ， 并可为磨损后 的齿轮确定 变位修正系 数 供可靠的依据 。 齿轮检验项目的编程计算， 提高了效率。 上接 第 l 8页 设计的仿真曲线 由电机及风机制造方提供其固有 的特性曲线给软起动生产厂家 基本相符 。起动特 性平稳， 达到预期目的， 大大提高了电机起动的成功 率。 裸 涸 l 4 5 O l 3 5 O 0 3 0 35 起动时间 t 。 s 图4 电机实际与仿真起动曲线 4 ． 2 存在问题 1 起动过程不能以定时来短接星点柜 ， 应串入 转差信号来控制星点短接。 2 液位控制应增设自动补水装置， 最好能自动 显示 电阻值。 3 为确保连续起动， 应增设自动冷却装置。 4 进一步提高电液箱的耐腐蚀及绝缘性能。 5 结束语 G Z Y Q电液软起动装置的应用基本上解决了风 机起动的难题， 实现了风机的平稳起动， 可靠性高， 减小了机械的冲击。投产运行至今， 设备运行良好， 不仅减小了投资， 而且节约了维修费用， 为其它风机 的起动方式选择提供 了宝贵的经验。 英文翻译卢宏 维普资讯