森吉米尔轧机传动系统简介及施工控制

摘要：宝钢不锈钢冷4标二十辊冷轧机组，机组由法国DMS公司提供，电气部分由法国CONVERTEAM（原阿尔斯通）公司提供。DMS公司提供的二十辊整体式冷轧机是森吉米尔公司专利许可生产的，专门用于特殊钢生产的轧机。由于该机组在原有老厂房内增设，因此机组设计和施工受厂房面积及高度影响较大。又因为机械与电气大部分采用国内合作制造，设备缺陷较多，给施工及调试带来非常大的难度。

关键词：主传动系统、辅传动系统

中图分类号：TU71 文献标识码：A 文章编号：

一、机组构成

本机组主要由上卷小车、开卷机、卷纸机、矫直机、二十辊轧机本体、测厚仪、左右卷取机、左右皮带助卷机、卷/垫纸机、刮油器、滚切剪、板型辊、边部扫描器、半自动打捆机、上/卸套筒装置、换辊小车及液压、消防、轧制油系统等组成。由PLC程序进行控制，实现各自所设定的自动化功能，并保证各项设备之间的信号联锁，从而满足工艺生产的需求。主要功能包括开卷控制、厚度控制、板型控制以及张力控制等等。

机组布置简图如下所示：

二、供电系统

本机组由三台变压器供电，分别是主传动变压器、辅助传动变压器和动力变压器。主传动变压器提供给IGBT，供变频电机使用。辅助传动变压器给恒速电机供电，动力变压器给各类辅助设施供电。

主传动变压器数量：1台 容量：9000kVA

辅助传动变压器数量：1台 容量：1000kVA

动力变压器数量：1台 容量：1600kVA

本机组总装机容量：18534.767kW

变频电机数量：4台 装机容量：16750kW

恒速电机数量：68台 装机容量：1729.81kW

UPS容量：30kVA

三、传动系统

由于设计、设备问题，该机组主传动系统从开始施工就发生多处变更和改造，以下简要介绍传动系统构成以及过程中发生的问题。

3.1 主传动系统设计原理

变频传动分为轧机和张力卷取机用变速传动以及开卷机和AC辅助用变速传动两部分。

轧机和张力卷取机用变速传动采用MV7000传动，MV7000传动的功率范围为3到3.2MW，采用的电动机电压为3.3 kV。这些传动采用水冷（脉宽调制）电源变流器。 它们可以在所有速度范围内供电给带有专用高性能矢量控制系统的感应及同步电动机。本机组选用3台同步机分别为轧机5000kW、左卷取机4500kW、右卷取机4500kW。

整流桥原理图

3LNPC IGBT原理图

该逆变器采用最新型的高能低耗的半导体紧凑式IGBT，它使MV7000传动具有最高水平的可靠性、有效性和功率密度。

MV7000专用PWM控制装置也是高性能传动的功能部件，它带有可调节脉宽调制模式及频率，具备广泛的适应性：

整流换向损耗低；

电动机总谐波失真电流低；

以低频率全速转矩运行；

在大于100Hz的频率下运行；

噪音和振动低。

3.1.1 紧凑式IGBT

紧凑式IGBT优于所有的IGBT，因此它们保留了所有扁平式IGBTs的优点：

快速切换，一般具有1000 Hz

在所有运行及故障条件下，能够限制任何过载电流并安全切断。

±15伏特指令，带有小型低功率门传动器。

另外，这些紧凑式IGBT还具备以下优点：

双侧压缩式外罩，形成一个非常紧凑的堆栈式外形。

改进的半导体芯片冷却系统，提供更高的额定电流。

坚固性，没有像扁平式IGBT里用的捆绑线。

不会产生短路，如果发生故障，将会增加。

高于实际额定值的热循环。

在低频率时额定值无明显下降。

3.1.2 相组

3级NPC逆变器以及供选择的脉宽调制前端具备三个相同的相。每个相组包括：

4个紧凑式IGBT（8 MW 3.3 kV 额定值基础）和相关的自由运行二极管；

4个门传动器和电源；

2个中性点箝位二极管，

散热器、接头和管道，CONVERTEAM中压水冷传动系列，

端子和夹钳。

由于紧凑式IGBT的特点，3级拓扑、逆变器设计和脉宽调制控制装置，因此：

相臂中没有熔丝，

无缓冲器，

无过滤器。

3.1.3 特性

3.1.4 基本特点

3.1.5 冷却

设备的冷却系统通过去离子水实现，通过水热交换器将热量从变流器中带走。冷却介质采用水充分地利用了大面积高容量二极管和紧凑式IGBT以及节省空间及高功率密度的紧凑式变流器结构，节省了对室内通风和空调方面的投资。 此外，水冷却系统工作产生的噪音要低于空气冷却系统产生的噪音。

该冷却系统的原理总图如下面的图表所示。

水/水热交换器

设备的冷却： 去离子水（主闭合回路）

内部管道系统： 铝和高规格合成橡胶

二次冷却系统： 工业用水

压降： 1 bar

最大工作压力： 6 bars

带有监测、处理和回冷装置的冷却水循环系统

3.1.6 监测和控制系统

控制系统基于PEC®结构设计。具备以下功能：

控制和监测网桥逆变器和机器桥逆变器

顺序控制和控制逻辑

防护功能

变流器辅助供配电

顺序控制由数字控制器来执行。 它包括自动和人工操作顺序。 为断路器单元接收和传送其所需要的信息。 并且执行设备的智能监测功能。

数字安全设备包括在PEC®中。 它负责接收和传送操作及控制电动机和断路器所需的所有信息。 并且监测整个系统的运转。

PEC®控制器包括：

带有电源的所有数字输入、输出系统的电子和机械子系统。

输入、输出信号都通过电子板前面的发光二极管进行监测。

控制柜的前门处安装有一台数字显示器（本地调整和监测用传动数据管理程序）。人机界面采用英文显示

柜子结构：为了减少占地面积，电气柜一台接一台地靠紧安装。所有电缆采用底部进线方式。

对于Sendzimir轧机应用来说，CONVERTEAM公司提供一整套设备包括每台传动用整流器和逆变器。

多用途脉宽调制变流器前端对于频繁制动的可逆式应用，脉宽调制变流器前端确保给供电网络提供再生能源。 此外，脉宽调制变流器前端会产生一个整功率因数和一个可以忽略的谐波正弦信号输入。此脉宽调制变流器前端是由与逆变器相同的紧凑式IGBT相组组成。前端通过辅助变压器供电给预充电的直流线路电容。

3.1.7 直流线路

对于带有驱动和回热电动机（一般来说为开卷机和张力卷取机）的多传动应用来说，由单一前端供电的通用直流线路将会减少总的设备占地面积。主要的直流线路电容采用经久耐用的自行恢复性能大功率薄膜电容器技术。它们是由许多基本电容组成的。 电介质材料的薄弱部分都自动绝缘，通常电容在持续工作状态下不会产生任何损坏。整套设备通过与直流线路的中点相连接的电容器和电阻器接地。

3.2 辅助传动系统设计原理

开卷机和AC辅助用变速传动采用Converteam提供的传动产品，配备了全数字脉冲控制系统、低电压交流传动装置及IGBT变频器。逆变器装置通过正弦加权的脉宽调制将直流中压转换成带有可变电压和可变频率的三相电源系统。IGBT模块可以提供380/500和690 V电压。

Converteam传动产品配备全数字脉冲控制系统、低电压交流传动装置及IGBT变频器。逆变器装置通过正弦加权的脉宽调制将直流中压转换成带有可变电压和可变频率的三相电源系统。IGBT模块可以提供380/500和690 V电压。

功率频谱范围：当400 V时为0.75 kW 到690 V时3600 kW。可以提供不同的控制结构：

频率控制(WVF)

带或不带速度传感器的通量矢量控制。

通量矢量控制策略是通过质量相同的PWM电机波形实现的，这意味着电机的额定值下降将很少。

冷却： 内置形式的变频器通过内置风扇进行空气冷却。以模块形式可以提供从300kW到1800 kW的空冷变频器或者从600 kW到3600 kW时的液体冷却方式的变频器。

外壳防护：

IP 20：内置形式

IP 00：模块形式

总布置图

立式独立传动（交流/交流变频器）: 此传动装置可以直接连接到交流电网上。 依据整流器电桥型式，可能是2 或4象限（转矩/速度图），提供或不提供能量反馈给电网。

立式传动示意图开卷机的典型单线图

3.3 传动系统施工

由于原有厂房高度、面积限制，因此只能建造40m(长）×16m(宽）×14m(高)的电气室，电气室为三层结构，一层布置变压器设备及桥架、二层布置MCC柜及主传动柜、三层为辅传动柜及PLC柜。其中二层设计的静电地板高度为900mm，地板下设计有电缆夹层和为主传动冷却的循环水管道。

3.3.1 设计缺陷

1) 由于楼层过低导致盘柜与空调冷却风管相碰，设计更改盘箱底座安装位置，因此原来施工的静电地板、盘箱框架、电缆桥架全部重新移位。

2) 由于传动柜内安装有纯水冷却装置，因此只能成组安装无法解体，这样单重超过6吨，二层平台及静电地板无法承受此重力，必须采取临时措施加固后才可安装盘柜。

3) 由于电气室面积限制，传动柜无法安装在一楼（常规设计应该在一楼），MV7000主要特点在于其PWM 3级NPC（中性点脉宽调制）逆变器，需要正弦曲线过滤器提供重要的输出波形。 因此，此传动电缆如果超过50米就不能向电动机供电，现场实际电缆长度为120米，这样必须增加电抗器。法国CONVERTEAM公司重新设计及制造了3台电抗器,于2009年5月6日运至现场（制造严重脱期），由于电抗器过大不能放置于静电地板下面，因此又设计在一楼，重新增加高压电缆及不锈钢纯水冷却管道。严重推迟了调试工期。

3.3.2 电机缺陷

3台主电机及开卷机由国内开卷机由湖南湘潭电机厂与Converteam公司合作制造，由于Converteam公司未派专家监造，导致制作质量极差。

1) 电机出厂未标注磁力中心线，导致现场电机安装无法定位，延误电机安装工期两周。

2) 左、右卷取机轴瓦漏油，导致转子无法顶升起来。

3) 电机本体固定编码器位置过于单薄，电机运行震动导致无法正常反馈。

4) 3台主电机本体热电阻安装错误，与PLC图纸不对应，厂方更改过程中将元器件遗留在电机内部，造成电机解体。

3.3.3 施工采取的特殊措施

1) 本次利用静电地板架空层代替电缆夹层的设计特点，又由于设计多次变更（电气柜移位、增设电缆等），先铺设好的静电地板反复掀开、重新铺设，导致破损严重，施工过程中多次维修，为保证施工质量，达到验收标准，更换了约270m2静电地板。由于此变更导致土建、电气专业重复施工，延误盘柜安装两周。

2) 针对传动柜单重（6吨）超过二层平台及静电地板承载力的问题，电装技术人员收到设备图纸后，积极与设计、甲方共同商定解决方案，用脚手架加固安装平台、采用角钢支座及10mm厚的钢板铺设运盘路径，待盘柜安装到位后再重新施工静电地板。脚手架方案、盘柜运输路径方案审批及施工，导致原本应该正常的施工因此延误两周安装盘柜。

3) 针对电抗器重新增加的高压电缆及不锈钢纯水冷却管道，项目部遇到很大困难。首先该电抗器整体由于依靠纯水冷却，内部中空，因此其强度只适合于连接软电缆，而实际国内高压电缆重量和硬度都非常大，为此电装与设计院及时沟通，新增高压绝缘瓷瓶、铜排、槽钢、高压软电缆等材料使电抗器与高压硬电缆可靠连接；其次增加的不锈钢纯水冷却管道没有单独路径，因此只能与电缆桥架共用路径，借用墙体桥架埋件重新制作管道支架，由于该管道纯水只能依靠原传动柜的纯水泵来实现循环，为了尽可能的减少纯水压力及流量下降，施工时只能尽量减少管道拐弯，要求机、电两专业必须密切配合，尽量做到彼此路径互不干涉。

为保证工期，项目部合理安排施工工序，保证两道工序同时施工，组织机装、电装两专业增加施工力量，加班加点，最大限度地减少了设计缺陷对工期的影响。尽管如此，由于电抗器的本体缺陷导致我方施工工期延长18天（电抗器5月6日到现场，5月23日施工完毕）。

4) 针对设备自身的制作缺陷，本着“一切问题视作二十冶的问题”的服务观念，积极为甲方着想，在SV专家的现场指导下，克服人力、物力等种种困难，对部分设备进行了现场修配改，施工质量得到了SV的认可的同时，再一次向不锈钢分公司诠释了“选择二十冶就是选择了放心”的施工理念。

四、结束语

二十辊主传动受电机及电抗器的影响，导致工期脱期2个月，2009年5月19日开始整流柜送电调试，2009年6月23日开始电机单试，2009年7月9日开始热试。整个施工过程中设备、设计改动不断，致使我方在短时间内投入大量人力用于改造。实际证明主传动调试共需要50天，是本机组调试周期最长的项目，而恰恰是各方面的疏忽大意，导致投产脱期。

在当今国际经济危机的大环境下，设备、施工均采用低价中标方式，外国设备方为在低价中赚取利润尽量采用国内合作制造或者国内分包的方式，致使设备运抵现场后发现大量问题，往往出现停工等待设备处理现象，设备处理好以后又会出现施工人员不足，在施工前的各道环节把握不好都会给施工总体安排造成困难，原本就很紧张的施工工期显得越发不足。二十辊机组投产后甲方也在总结如何避免以后工程中出现类似现象，而我们更要总结如何提前消化图纸，提高机电技术员的技术水平做到施工前心中有数，帮助甲方提前指出问题点，体现二十冶轧机之秀的实力。