陳書仁

（江陰華潤(rùn)制鋼有限公司，江蘇 江陰 214404）

連鑄機(jī)中間包感應(yīng)加熱控制系統(tǒng)

陳書仁

（江陰華潤(rùn)制鋼有限公司，江蘇 江陰 214404）

介紹中間包感應(yīng)加熱的功率，功率因數(shù)，三相平衡的控制方法。

工頻感應(yīng)加熱；功率因數(shù)；三相平衡；PLC

連鑄中間包感應(yīng)加熱采用工頻加熱，線圈風(fēng)冷，本控制系統(tǒng)主要是控制功率因數(shù)及三相平衡。中間包安裝感應(yīng)加熱后可以降低鋼水的過熱度，提高鋼水的純凈度，做到連鑄機(jī)恒溫恒拉速。由于降低過熱度，減小精煉通電時(shí)間，精煉冶煉電耗減少；中間包加熱過程中可以去除鋼水中夾渣物，為連鑄坯質(zhì)量提供了保證。

因加熱線圈繞制在硅鋼片鐵芯上，功率因數(shù)很低，功率因數(shù)一般只有0.35左右，而且在運(yùn)行中由于負(fù)載參數(shù)的變化，使得加熱線圈側(cè)的電氣參數(shù)發(fā)生變化，為了使加熱線圈經(jīng)濟(jì)合理地運(yùn)行，必須隨時(shí)調(diào)節(jié)功率因數(shù)和三相平衡電流。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用SIEMENS S7-300 315-2DP 作為CPU，采集鋼水溫度調(diào)節(jié)變壓器檔位，改變線圈功率；采集加熱線回路的實(shí)時(shí)功率因數(shù)調(diào)節(jié)電容量的大小來調(diào)節(jié)功率因數(shù)；根據(jù)采集的三相電流調(diào)節(jié)三相平衡。本系統(tǒng)調(diào)節(jié)速度快，運(yùn)行穩(wěn)定。

1 加熱感應(yīng)線圈的控制原理

1.1 工作原理

工頻50Hz加熱電控部分由高壓隔離開關(guān)、高壓斷路器、多抽頭有載調(diào)壓變壓器（進(jìn)線電壓10KV，二次側(cè)電壓2000～3000V）、真空接觸器、平衡電容器C1，可變平衡電容器C2，平衡電抗器L1、功率因數(shù)補(bǔ)償電容器C0、可變補(bǔ)償電容器C。和中間包加熱線圈LB組成。由于加熱線圈阻抗隨被加熱鋼水溫度變化而變化，電氣參數(shù)也隨之發(fā)生變化，因此需隨時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使中間包加熱系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)（見圖1）。

圖1

1.2 并聯(lián)電容器補(bǔ)償原理

在加熱線圈運(yùn)行過程中，由于鋼水量及溫度、以及變壓器檔位的變化都會(huì)使得反映到加熱線圈側(cè)的電氣參數(shù)發(fā)生變化，從而引起功率因數(shù)的變化。為了減少線路無功損耗，使加熱線圈經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)行，必須對(duì)所吸收的無功功率進(jìn)行有效補(bǔ)償，并在加熱過程中隨時(shí)調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)功率因數(shù)補(bǔ)償電容與加熱線圈并聯(lián)連接，分為固定補(bǔ)償電容和可調(diào)補(bǔ)償電容兩部份，并聯(lián)補(bǔ)償電容是加熱線圈電抗量的80%；只要少量調(diào)整可調(diào)部份電容，就可保證功率真因數(shù)達(dá)到設(shè)定值?？烧{(diào)部份又分為7級(jí)，每一級(jí)通過接觸器投入電路，采用二進(jìn)制方式來安排各級(jí)電容的投切，有127種組合級(jí)數(shù)。

此調(diào)節(jié)系統(tǒng)是以不等容量逐步設(shè)切方式工作的，可編程控制器（PLC）作為可逆步進(jìn)器用，當(dāng)反映功率因數(shù)滯后或超前的數(shù)據(jù)輸入與時(shí)鐘脈沖輸入同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，步進(jìn)器即動(dòng)作，時(shí)鐘脈沖是PLC內(nèi)設(shè)計(jì)的，脈沖間隔時(shí)間要滿足電容器放電電間長(zhǎng)短的需要。當(dāng)功率因數(shù)滯后時(shí)，步進(jìn)器進(jìn)一步，通過輸出繼電器驅(qū)動(dòng)接觸器投入一級(jí)電容；當(dāng)功率因數(shù)為超前時(shí)，步進(jìn)器退回一步，切除一級(jí)電容量，只要步數(shù)輸入不消失，每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖，步進(jìn)器就動(dòng)作一次，直到功率因數(shù)達(dá)到設(shè)定值，功率因數(shù)輸入數(shù)據(jù)是兩個(gè)電觸點(diǎn)，一個(gè)滯后時(shí)閉合，一個(gè)超前時(shí)閉合。

兩部份并聯(lián)電容補(bǔ)償是在感應(yīng)器兩端并聯(lián)補(bǔ)償電容器C，由于頻率是工頻50Hz，可把加熱線圈當(dāng)作串聯(lián)電路，該電路由電感LB和電阻R組成。在負(fù)載阻抗變化時(shí)通過調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容器C使其加熱回路功率真因數(shù)接近1，達(dá)到補(bǔ)償要求。

2 三相平衡原理

工頻50Hz加熱線圈為單相負(fù)載，造成供電電網(wǎng)不對(duì)稱運(yùn)行，對(duì)于平衡三角形供電電網(wǎng)來說由于沒有中線，不對(duì)稱的負(fù)荷電流沒有零序分量，只有正序和負(fù)序分量。使用平衡電容器和電抗器給單相負(fù)載提供所需的負(fù)序分量，使供電系統(tǒng)三相對(duì)稱運(yùn)行。要達(dá)到三相電流完全平衡，必須滿足三個(gè)條件，（1）感應(yīng)線圈的功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)?；（2）平衡電容器的無功功率和平衡電抗器的無功功率相等，并為感應(yīng)線圈功率的0.577倍；（3）相序連接正確，如感應(yīng)圈接AB相，則平衡電容器只能接BC相，平衡電抗器接CA相。

在運(yùn)行中為了滿足工藝要求，感應(yīng)圈功率隨時(shí)改變，當(dāng)功率改變后，平衡裝置的無功功率也相應(yīng)改變。平衡裝置無功功率的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)平衡電容相的電容量和平衡電抗相并聯(lián)電容量來實(shí)現(xiàn)，因此從平衡裝置電容器切除電容器必定要投入到平衡電抗相，使電抗相與電容相無功功率同步增減。

本系統(tǒng)采用PLC可編程控制器用三相電流的大小來判斷三相平衡狀態(tài)，當(dāng)A相電流大于C相時(shí)說明平衡裝置的無功功率小平衡所需的值，這時(shí)步進(jìn)器前進(jìn)一步，從平衡電抗器相切除一級(jí)電容并投入到電容相，當(dāng)A相電流小于C相電流時(shí)說明平衡裝置的無功功率大于平衡所需的值，這時(shí)步進(jìn)器退回一步，從平衡電容相切除一級(jí)電容并投入到電抗器相。

加熱線圈功率的大小，通過測(cè)量鋼水溫度，來控控制變壓器的檔位，控制二次測(cè)的輸出電壓，控制加熱線圈的電流，達(dá)到控制功率。每調(diào)一次功率，可編程控制器根據(jù)線路的功率因數(shù)優(yōu)先進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)功率因數(shù)接近1時(shí)再進(jìn)行三相平衡調(diào)節(jié)。

3 可編程控制器（PLC）自動(dòng)控制系統(tǒng)

3.1 硬件組成

加熱感應(yīng)線圈采用自動(dòng)和手動(dòng)兩種控制方式。手動(dòng)操作（難度較大）時(shí)，操作者根據(jù)觀察功率因數(shù)表，來控制接觸器的合分，增減電容數(shù)量，使功率因數(shù)近似等于1后，再觀察三相電流表數(shù)值，調(diào)節(jié)三相電流平衡。由于負(fù)載隨時(shí)變化，依賴操作者的技術(shù)水平及責(zé)任心，手動(dòng)操作是不能確保加熱線圈可靠運(yùn)行。只有通過可編程控制器（PLC），采集線路各項(xiàng)參數(shù)自動(dòng)控制，方式采用PLC（SIEMENS）自動(dòng)控制系統(tǒng)，硬件組成如表1所示。

TG155.2+1

A

1671-3818（2016）10-0099-02