秦振興，陳鐸，祁紅波

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

熱軋平整產(chǎn)線原西門子6SE70系列傳動系統(tǒng)自2017年改造前已投產(chǎn)運(yùn)行將近8年，設(shè)備逐步進(jìn)入故障高發(fā)期，2011年開始生產(chǎn)高強(qiáng)防爆鋼以來，由于此鋼種具有強(qiáng)度高、硬度大等特點(diǎn)，平整該鋼種時需要更大的軋制力及張力，導(dǎo)致傳動系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)一步加重。特別是自2016年以來，平整厚度在5mm以上的防爆鋼種在拋鋼時，平整機(jī)逆變裝置頻繁報過電流故障，產(chǎn)線加減速期間帶鋼發(fā)生失張現(xiàn)象，影響生產(chǎn)節(jié)奏，制約產(chǎn)能釋放，同時由于西門子公司已于2011年10月全面停產(chǎn)6SE70系列傳動產(chǎn)品，備件市場價格高、采購周期長的現(xiàn)狀也逐漸造成產(chǎn)線維護(hù)成本的大幅上漲，因此，有必要對熱軋平整產(chǎn)線原傳動系統(tǒng)進(jìn)行徹底升級改造。

1 熱軋平整產(chǎn)線傳動系統(tǒng)選型

本次改造采用ABB的ACS880系列變頻裝置替換原西門子的6SE70變頻裝置，按照利舊原則，現(xiàn)場變頻電機(jī)全部利舊，改造范圍僅限于電氣室內(nèi)的變頻裝置。ABB工業(yè)傳動的核心是直接轉(zhuǎn)矩控制-DTC技術(shù)，基于DTC原理的控制技術(shù)可以提供優(yōu)異的性能和顯著的優(yōu)點(diǎn),包括精確的靜態(tài)和動態(tài)速度及轉(zhuǎn)矩控制、高啟動力矩和更長的電機(jī)電纜連接等。ACS880是ACS800的更新?lián)Q代產(chǎn)品，相比ACS800系列，ACS880產(chǎn)品能量密度更高，運(yùn)算速度更快，軟件兼容性更好。ACS880多傳動系列產(chǎn)品可根據(jù)客戶需求定制傳動解決方案，它們采用公共直流母線結(jié)構(gòu)，使單一供電輸入能夠?yàn)槎嗯_傳動所用，公共直流母線上的能量循環(huán)可實(shí)現(xiàn)能量和成本的節(jié)省。IGBT整流單元用于有能量回饋的傳動系統(tǒng)，它將三相交流電壓整流為直流電壓，在功率控制中，它提供如同DTC技術(shù)在電機(jī)控制中那樣穩(wěn)定可靠的性能。整流單元與逆變單元硬件兼容，整流單元能在電動和發(fā)電兩種模式運(yùn)行，控制IGBT保持直流電壓恒定和線電流的正弦波形；同時，控制系統(tǒng)提供一個接近1的功率因數(shù)，因此，不需要功率因數(shù)補(bǔ)償裝置。

2 傳動系統(tǒng)升級改造

熱軋平整產(chǎn)線原傳動系統(tǒng)采用西門子公司6SE70系列產(chǎn)品，包括主傳動整流裝置3套，單機(jī)額定功率為1100kW；主傳動逆變裝置3套，其中開卷機(jī)逆變裝置額定功率為1400kW，平整機(jī)及卷取機(jī)逆變裝置額定功率為2000kW；輔傳動整流裝置1套，單機(jī)額定功率為400kW，輔傳動逆變裝置7套，其中，入口鋼卷小車及出口鋼卷小車逆變裝置額定功率為30kW，入口夾送輥及夾送張力輥逆變裝置額定功率為75kW，入口下夾送輥及出口下夾送輥逆變裝置額定功率為15kW，五輥矯直機(jī)逆變裝置額定功率為200kW。

升級改造后的傳動系統(tǒng)采用ABB的ACS880傳動變頻裝置，其中，主傳動裝置采用IGBT整流及IGBT逆變的型式，與原西門子6SE70傳動變頻裝置的SCR整流及回饋型式相比，可將功率因素提高到0.99，進(jìn)線電流中無功電流和諧波電流接近于零，能夠明顯減少電網(wǎng)側(cè)整流變壓器和電纜的熱負(fù)荷；輔傳動變頻裝置同樣采用IGBT整流及IGBT逆變的型式，替換原西門子6SE70傳動系統(tǒng)的二極管整流搭配制動電阻的型式。按照利舊原則，主傳動整流變壓器、主輔變頻調(diào)速電機(jī)、電機(jī)測速編碼器以及電機(jī)動力纜全部利舊。由于ACS880傳動柜尺寸緊湊并且高度模塊化，因此，改造后的柜體布置將參照現(xiàn)有柜體位置適當(dāng)調(diào)整，在保證電纜利舊的條件下適當(dāng)調(diào)整電纜接線位置?，F(xiàn)有西門子PLC控制系統(tǒng)和改造后的ACS880傳動系統(tǒng)之間的接口繼續(xù)采用原來的Profibus DP的通訊方式， 所有通訊和信號電纜盡量利舊，現(xiàn)場拆線時需做好標(biāo)記。升級改造后的傳動柜全部采用ABB公司的原裝變頻柜，主傳動與輔傳動變頻柜分開布置，其中主傳動變頻柜柜體總尺寸為：8030×600×2145mm（W×D×H），輔傳動變頻柜柜體總尺寸為：3430×600×2145mm（W×D×H）。

升級改造后的主、輔傳動系統(tǒng)單線圖如圖1、2所示，傳動系統(tǒng)全部采用交直交的變頻控制方式，主傳動系統(tǒng)的整流變壓器采用容量為3500kVA的變壓器，連接組別為Dyn11，其中整流裝置采用3組1227kW的IGBT整流單元，逆變裝置功率分別為1400kW，2000kW，2000kW，包括開卷機(jī)、平整機(jī)以及卷取機(jī)的逆變單元；輔傳動系統(tǒng)采用容量為1600kVA電力變壓器的二次側(cè)分支電路進(jìn)行供電，其中整流裝置采用一套容量為400kW的IGBT整流單元，逆變裝置包括入口鋼卷小車、出口鋼卷小車、入口下夾送輥、出口下夾送輥、入口夾送輥、夾送張力輥以及五輥矯直機(jī)的逆變單元。

圖1 主傳動系統(tǒng)單線圖

3 傳動系統(tǒng)性能測試

根據(jù)技術(shù)協(xié)議中規(guī)定的性能要求，電機(jī)空載測試時的靜態(tài)速度精度為0.01%，其中靜態(tài)速度精度計算公式如（1）所示。

式中，estatic為靜態(tài)速度精度，nref為給定速度，nactual為實(shí)際速度，n為電機(jī)額定速度。

以平整機(jī)電機(jī)靜態(tài)速度精度測試為例，額定速度為1500rpm，其中速度給定為1200rpm，讀取測試曲線中兩點(diǎn)的實(shí)際速度值1200.20rpm以及1200.18rpm，取其平均值代入式（1），具體計算過程如下所示，則靜態(tài)速度精度計算值為0.0013%，結(jié)果小于0.01%，滿足靜態(tài)性能要求。

進(jìn)一步測試電機(jī)帶載運(yùn)行條件下的速度階躍響應(yīng)，根據(jù)動態(tài)測試標(biāo)準(zhǔn)，要求速度階躍響應(yīng)超調(diào)量小于20%，速度階躍響應(yīng)上升時間小于70ms，式（2）、（3）分別是速度階躍響應(yīng)超調(diào)量以及上升時間的測試結(jié)果，通過計算可知，速度階躍響應(yīng)的超調(diào)量為1.2%，速度階躍響應(yīng)的上升時間為28.2ms，全部滿足性能要求。

4 結(jié)語

本文簡要介紹了ABB的ACS880傳動系統(tǒng)特點(diǎn)，結(jié)合熱軋平整產(chǎn)線的變頻電機(jī)參數(shù)進(jìn)行了傳動設(shè)備選型，經(jīng)過FAT性能測試，升級改造后的ACS880傳動系統(tǒng)完全能夠滿足產(chǎn)線的生產(chǎn)要求，特別是靜態(tài)速度精度以及帶載響應(yīng)時間較原系統(tǒng)有明顯提高，徹底解決了生產(chǎn)防爆鋼期間平整機(jī)傳動報過流及產(chǎn)線加減速時的帶鋼失張問題，為產(chǎn)線生產(chǎn)高強(qiáng)鋼提供了有力保障，對于相關(guān)行業(yè)應(yīng)用ACS880傳動系統(tǒng)具有一定的參考價值與指導(dǎo)意義。