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ABB电磁搅拌系统在钢厂的应用和改进 |
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作者：李奕 艾军林 李守林 |
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摘要：阐述了武钢钢铁公司第一炼钢厂所引进的ABB电磁搅拌装置的原理，以及在实际运用中电搅线圈和逆变柜常见故障的解决方法和相关管理经验。
关键词：电磁搅拌器；变频器；IGBT(大功率晶体管)；逆变；线圈；改进
1前言
连铸用电磁搅拌能有效地改善铸坯的内部组织结构，提高表面质量，减少中心偏析和中心疏松。基本消除中心缩孔和裂纹，大大增加等轴晶率，为生产高碳钢的必要设备。因而已广泛应用于各种方坯连铸机上。炼钢厂五机五流大方坯连铸机采用了瑞典ABB公司制造的结晶器电磁搅拌装置。该装置采用了空心铜管纯水内冷式技术，整机结构紧凑、搅拌功率大，为国际20世纪90年代末的先进技术。
ABB电磁搅拌系统主要由3个部分组成：供电系统、电搅线圈水冷系统、ACS600多传动系统。
2系统介绍
2. 1水冷系统
在电磁搅拌线圈工作时，将产生很大的电流，会引起线圈发热，若没有保护措施，必然将线圈烧坏。一般都是给线圈通水冷却。通水冷却的方式根据各厂家的情况有不同的方法，可以将线圈浸漆绝缘后，浸入循环冷却水中，但这种方式线圈的使用寿命短，一般最多使用两年。本系统采用ABB专利技术，线圈采用中空铜管绕制而成，中间通循环冷却水冷却，但这种方式对冷却水的水质要求较高，必须采用水处理技术保证在线圈中循环流动的水不至于结垢。
为了达到控制水质并与线圈进行热交换的目的， 本系统有两套冷却水装置，一套是用于冷却线圈的纯水系统，另一套是用于冷却纯水的冷却系统。线圈所产生的热量首先通过循环的纯水带出，然后通过对水质要求不高的工业水经过板式换热器给纯水冷却。
由图1可以看出，纯水系统通过两台泵提供水循环动力，图中所用离子交换器中注入了离子交换树脂，用于吸附纯水系统中的钠离子，保证纯水的电导率不高于系统所规定的范围。
图1电磁线圈水冷系统原理图
2. 2电搅运行原理
控制原理如下：
1) 10kV高压电通过变电所送至电搅变压器一次侧由变压器变成交流525V。合上主电源开关，整流部分工作，整流成700V的直流电通过母排送到1 ～ 5流逆变器。
2) 水站水泵(一用一备) 启动，给线圈的铜管进行冷却，同时线圈的温度和水量的信号返回到水站的远程I/O。水系统的控制全部由扩展I/O完成，同时通过通讯，将水系统的信号传递给AOS操作面板和主控制系统APC。它不仅在操作面板上能够看到线圈进出水温度、流量、运行情况及水的电导率等，而且主控制系统APC通过光纤和每流的脉冲触发控制器AMC通讯，能够根据水系统的具体情况为每一流的变频器提供启动允许信号。对变频器系统进行有效的控制。
3) 当需要启动电磁搅拌时，主控制系统APC通过不同的通讯方式，根据AOS操作面板和连铸机公用HM I画面设定的电流和频率参数加上水系统共三组状态字，通过光纤发送到每流的脉冲触发控制器AMC，脉冲触发控制单元产生所需要的脉冲信号，经过脉冲输出模块输出，提供给IGBT用来高速通断。最终控制线圈磁场的强弱。脉冲触发控制器AMC同时也把实际电流、实际频率和实际运行状态传递给主控制系统APC。
4) 在以上过程中变压器的温度保护、线圈的接地保护、整流部分的短路，欠压等报警和保护以及主控制系统APC的各种保护全部都在时时监控，确保了电搅系统的设备安全可靠运行。
2. 3 ACS600多传动系统控制
ACS600变频器采用交- 直- 交变频技术，它包括两个部分：整流部分、逆变部分。此变频器采用集中整流输出，通过直流母线形式提供给5个逆变部分的直流电源。
1) 整流部分：整流部分采用二极管供电单元(DSU)的6脉冲三相半控桥式供电电路，由上半桥的三个可控硅和下半桥的三个二极管构成，在三相桥式电路中，每个周期产生6个触发脉冲，保证在上半桥和下半桥之间进行换流。
2) 逆变部分：逆变部分由合闸回路、脉冲触发控制单元NAMC - 03、脉冲发生模块NGDR 和大功率晶体管IGBT组成。
3) 脉冲发生模块：包括接口模板和脉冲输出模块，通过NAMC - 03的控制，产生所需要的脉冲信号，经过脉冲输出模块输出，提供给IGBT的高速通断控制。
4) 大功率晶体管：本系统采用进口绝缘栅极双极晶体管IGBT，开关频率高，工作稳定可靠。
3应用、改进和管理经验
电磁搅拌系统从1999年投产以来至今已使用了将近五年，在实际运用中也遇到了一些技术难题，通过大量的数据采集和技术改进，使电搅故障率由前几年的12次/年下降到1次/年。不仅大大地提高了电搅设备的作业能力，而且极大地降低了备件的消耗和废品的数量。年节约IGBT、门电路卡、电源板等备件费达100万元，挽回废品损失近400万元。
3. 1技术方面的改进
3. 1. 1逆变柜故障的分析和改进
故障现象：电磁搅拌在运行中无任何征兆的情况下IGBT烧毁。
原因分析：电磁搅拌的逆变部分采用IGBT (型号为PP20012 (ABB2P) SEL、1200V、200A) ，由于它的过压能力差，在电网波动时造成IGBT烧毁。
解决方法：把电搅变压器的高压侧由原来的1-4、2-7的接线方式改成1-3、2-8的接线方式。得出下列数据。表1电搅变压器的高压侧接线方式的改进
 从以上数据可看出在高压电网正常时整流公共直流母线带负载电压下降了三十多伏，降压效果十分明显。如果高压电网发生波动那么直流母线电压将有很大的上升，达到IGBT的耐压值，最终烧毁IGBT。
3. 1. 2逆变柜的检测
在逆变柜运行一段时间后IGBT会造成损伤，就必须检测IGBT的好坏。
3. 2管理经验
1) 加强电搅使用中的点检维护，遵循预知维修的管理思路。规定每次使用电搅前必须测量电搅线圈的在线绝缘值。在电搅使用时每班必须点检和记录两次线圈冷却水的流量、水温、中间端子箱的母线接头温度。如有异常必须监护，确保线圈正常运行。
2) 确保电搅设备的稳定运行掌握在线更换，离线检修的原则。规定电搅线圈和逆变柜每三个月下线保养。线圈的出线电缆绝缘破损的必须更换。出线电缆裸露在二冷段的部分必须加包石棉布。离线存放的线圈冷却水必须吹干，保持线圈内部干燥(特别在冬天应该做到，否则冷却水结冰涨破水管) 。冷却水的出口上堵头，防止灰尘进入，降低绝缘电阻。对逆变柜受损的元件检查更换，电路板和IGBT分解清灰，再安装。所有的联接螺丝必须紧固。对有故障的线圈必须通过绝缘检测和内部试压实验判断故障点，然后再有的放矢的处理。
3) 注重过程管理，提高维护人员的素质和操作人员对设备的认识。
4) 改善电搅设备的环境，提高设备使用寿命。针对操作工在吊装结晶器时由于结晶器的晃动撞破线圈内筒体的冷却水管导致损坏线圈这一问题，规定吊装结晶器时必须用导链慢慢落到位，使线圈的寿命平均提高两年。由于逆变器的元件是一个很大的发热体，电搅工作时电气室的温度非常高，导致有些元件容易烧毁。为了降低电气室的温度，加装了在冬天也可以制冷的溴化锂制冷机组使电搅电气柜的环境温度最高在28℃左右。保障了电气元件的正常运行。
4结束语
经过不断摸索和潜心研究，总结出了一套非常实用的技术成果和管理经验， 故障率逐年下降， 为生产“双高”(高技术含量、高附加值) 产品奠定了坚实的设备保障。
参考文献
[ 1 ] 熊蕊、朱秋花， SWPM逆变电源输出电压波形控制技术的研究，电力电子技术， 2001 (2) ： 45 ～ 47
作者简介：李奕，男， 1972年出生，毕业于武汉钢铁公司职工大学电器专业，武钢第一炼钢厂，电气助理工程师(end)
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(12/22/2006) |
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