劉 洋，李倩倩，范旭庚，魏曉偉，李昕洋，杜建華

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

0 引言

某鋼鐵廠高爐現(xiàn)場(chǎng)除塵風(fēng)機(jī)配備3 臺(tái)10 kV 大容量電機(jī)。為避免電機(jī)直接起動(dòng)引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)，設(shè)計(jì)采用固態(tài)軟啟動(dòng)器限流啟動(dòng)方式，使電機(jī)起動(dòng)電流控制在額定電流的3～4倍，電網(wǎng)電壓波動(dòng)率在10%以內(nèi)。工程建設(shè)時(shí)，為節(jié)約設(shè)備成本，采用“一托三”的軟啟動(dòng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，即1 臺(tái)軟啟動(dòng)器拖動(dòng)3臺(tái)負(fù)載設(shè)備啟動(dòng)，其工作機(jī)理為當(dāng)軟啟動(dòng)器啟動(dòng)第一臺(tái)設(shè)備完畢，設(shè)備旁路運(yùn)行，待主回路可控硅組件溫度降低到正常值后，再啟動(dòng)第二臺(tái)設(shè)備，以此類推，直至3 臺(tái)設(shè)備全部啟動(dòng)完成。

但是運(yùn)行過(guò)程中，因軟啟設(shè)備老化，故障率不斷提高。一旦軟啟動(dòng)器發(fā)生故障，其所拖動(dòng)的3 臺(tái)負(fù)載電機(jī)都將無(wú)法啟動(dòng)；同時(shí)因3 臺(tái)電機(jī)共用軟啟控制系統(tǒng)，軟啟故障處理時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行中的風(fēng)機(jī)發(fā)生停機(jī)事故，大大增加故障排查的難度。目前，環(huán)保形式日益嚴(yán)峻，監(jiān)管部門(mén)及企業(yè)對(duì)環(huán)保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的要求越來(lái)越高，除塵風(fēng)機(jī)軟啟動(dòng)裝置故障率高的問(wèn)題亟需得到解決。

1 方案制定

解決軟啟故障率高的問(wèn)題，除更新軟啟動(dòng)設(shè)備外，更重要的是重新設(shè)計(jì)軟啟動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。目前企業(yè)最常采用的電機(jī)軟啟動(dòng)設(shè)計(jì)為“一拖一”，即1 臺(tái)軟啟動(dòng)器拖動(dòng)1 臺(tái)電機(jī)負(fù)載。其優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。但缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，一旦軟啟動(dòng)器故障則電機(jī)負(fù)載也將無(wú)法啟動(dòng)運(yùn)行。另外，“一拖一”結(jié)構(gòu)需要為每臺(tái)負(fù)載電機(jī)單獨(dú)配備軟啟動(dòng)器，裝配成本較高。為降低成本，“一拖多”的軟啟動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)也在一部分工藝流程上也在使用，本鋼鐵廠就曾使用這種運(yùn)行方式，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，最大限度的減少軟啟動(dòng)器的裝配數(shù)量，節(jié)省成本。但其缺點(diǎn)也很明顯，一是共用的軟啟動(dòng)器故障影響所有負(fù)載設(shè)備的啟動(dòng)運(yùn)行；二是負(fù)載設(shè)備共用啟動(dòng)設(shè)備，導(dǎo)致故障發(fā)生后處理困難。上述的兩種10 kV中壓軟啟動(dòng)器在結(jié)構(gòu)與功能上顯然都存在缺陷，亟待加以改進(jìn)。如何能設(shè)計(jì)一種既能克服上述“一拖一”和“一拖多”式的缺點(diǎn)且方便操作與檢修維護(hù)的軟啟動(dòng)系統(tǒng)，成為大電機(jī)軟啟動(dòng)裝置改造的明確目標(biāo)。

除塵現(xiàn)場(chǎng)采用“二拖三”的軟啟動(dòng)控制方式是一個(gè)優(yōu)選的解決方案，相對(duì)于“一拖一”的軟啟結(jié)構(gòu)，此方案減少1 臺(tái)軟啟動(dòng)器，并可實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)器間的互備運(yùn)行；相對(duì)于“一拖三”軟啟動(dòng)結(jié)構(gòu)，增加1 臺(tái)備用裝置，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，兼顧“一拖一”型和“一拖三”型兩種軟啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了二者的不足。基于“二拖三”控制方式以上所述的優(yōu)點(diǎn)，評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)短時(shí)檢修中改造施工的可行性，現(xiàn)場(chǎng)決定采用“二拖三”運(yùn)行方式作為軟啟動(dòng)器改造的方案。

2 方案實(shí)施

實(shí)施方案的主回路如圖1 所示，改造后的軟啟動(dòng)裝置，包括1#軟啟柜、2#軟啟柜、切換柜、隔離柜、軟啟電源柜、1#運(yùn)行柜、2#運(yùn)行柜、3#運(yùn)行柜。1#軟啟柜與2#軟啟柜并聯(lián)于軟啟電源柜出線下火，由KM1、KM2 真空接觸器分別控制1#軟啟柜與2#軟啟柜的可控硅組件是否得電。KM3 是1#軟啟柜的輸出真空接觸器，與隔離柜的隔離開(kāi)關(guān)QS1 串聯(lián)，連接在隔離柜與切換柜之間的匯流排上，KM4、QS2 與KM3、QS1 類同。切換柜內(nèi)的真空接觸器KM11～KM13 并聯(lián)于匯流排上，并分別連接負(fù)載電機(jī)1M～3M。1#運(yùn)行柜～3#運(yùn)行柜、軟啟電源柜并聯(lián)于配電室10 kV 母線上，1#運(yùn)行柜的負(fù)載出線端、切換柜真空接觸器KM11 出線端及1#負(fù)載電機(jī)1M 相連。2#運(yùn)行柜、3#運(yùn)行柜、KM12、KM13、2M、3M 連接方式與前述的1#運(yùn)行柜、KM11、1M 類同。

圖1 二拖三裝置一次系統(tǒng)

控制方面在切換柜中設(shè)置PLC，將PLC 與系統(tǒng)中的智能設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線及I/O 配置連接，獲取軟啟動(dòng)柜、隔離柜及運(yùn)行柜的運(yùn)行數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行過(guò)程控制。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化配置，簡(jiǎn)化系統(tǒng)內(nèi)部接線，便于故障診斷及日常維修。

為提高系統(tǒng)的可靠運(yùn)行的水平，現(xiàn)場(chǎng)在實(shí)施過(guò)程中進(jìn)一步優(yōu)化軟啟動(dòng)控制系統(tǒng)。在依靠PLC 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制、通信功能的同時(shí)，通過(guò)繼電器組合、手自動(dòng)切換及本地啟停操作可實(shí)現(xiàn)在PLC 故障情況下的完全本地手動(dòng)控制操作。解決主回路上實(shí)現(xiàn)“二拖三”，而控制系統(tǒng)依然是“一拖三”的問(wèn)題，大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

控制方案實(shí)施是通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)PLC 來(lái)控制軟啟動(dòng)器、切換柜、運(yùn)行柜的使能選擇，通過(guò)系統(tǒng)啟動(dòng)、停止及故障信號(hào)的邏輯控制，實(shí)現(xiàn)二拖三軟啟系統(tǒng)的自動(dòng)啟?？刂啤Ｒ?#軟啟動(dòng)器自動(dòng)控制啟動(dòng)1#電機(jī)為例，其控制流程如圖2 所示。首先向軟啟動(dòng)PLC 輸入1#軟啟動(dòng)使能指令；當(dāng)軟啟動(dòng)PLC 接收到DCS 系統(tǒng)發(fā)出的1#電機(jī)啟動(dòng)命令，檢測(cè)軟啟動(dòng)電源柜備妥狀態(tài)即軟啟電源柜真空斷路器QF 應(yīng)在工作位、電源柜控制狀態(tài)為“遠(yuǎn)程”；檢測(cè)使能軟啟動(dòng)器備妥狀態(tài)，備妥狀態(tài)應(yīng)包括隔離柜QS1 閉合、1#軟啟動(dòng)器自檢通過(guò)、1#軟啟動(dòng)器PLC 使能；在以上檢測(cè)全部通過(guò)后，PLC 發(fā)出軟啟動(dòng)電源柜合閘指令，軟啟動(dòng)電源柜真空斷路器QF 合閘，同時(shí)合切換柜真空斷路器KM11；PLC 向1#軟啟動(dòng)器發(fā)出啟動(dòng)命令；1#軟啟動(dòng)器輸入輸出真空接觸器KM1、KM3 合閘，可控硅組件開(kāi)始導(dǎo)通，電機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)階段；軟啟動(dòng)裝置檢測(cè)電機(jī)電流、電壓，當(dāng)在規(guī)定的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，軟啟動(dòng)器輸出電壓升至電機(jī)額定電壓，運(yùn)行電流降至電機(jī)額定電流以下時(shí)切旁路；1#運(yùn)行柜真空斷路器QF1 合閘、切換柜1#真空接觸器KM11 分閘，電機(jī)全壓運(yùn)行；軟啟動(dòng)裝置PLC 發(fā)出系統(tǒng)復(fù)位指令，1#軟啟動(dòng)裝置停止工作、真空接觸器KM1、KM3分閘、軟啟電源柜真空斷路器QF11 分閘，啟動(dòng)結(jié)束，軟啟動(dòng)器處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)軟啟動(dòng)PLC 接收到DCS 系統(tǒng)發(fā)出的1#電機(jī)停止命令時(shí)，會(huì)直接向1#運(yùn)行柜發(fā)出分閘指令，1#運(yùn)行柜真空斷路器QF1 分閘，電機(jī)停止。

圖2 1#軟啟動(dòng)器自動(dòng)啟動(dòng)1#電機(jī)控制流程

風(fēng)機(jī)電機(jī)軟啟系統(tǒng)的應(yīng)急啟動(dòng)功能控制流程如圖3 所示，以1#軟啟動(dòng)器應(yīng)急啟動(dòng)1#電機(jī)為例：首先通過(guò)操作切換柜選擇按鈕1#軟啟使能；操作隔離柜的1#電機(jī)手動(dòng)選擇按鈕，連鎖切換柜1#真空接觸器KM11 合閘；手動(dòng)合軟啟電源柜真空斷路器QF；將1#軟啟動(dòng)器選擇開(kāi)關(guān)選至本地，點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕，1#軟啟動(dòng)器輸入輸出真空接觸器KM1、KM3 合閘，可控硅組件開(kāi)始導(dǎo)通，電機(jī)進(jìn)入啟動(dòng)階段；軟啟動(dòng)裝置檢測(cè)電機(jī)電流、電壓，當(dāng)在規(guī)定的啟動(dòng)時(shí)間內(nèi)，軟啟動(dòng)器輸出電壓升至電機(jī)額定電壓，運(yùn)行電流降至電機(jī)額定電流以下時(shí)切旁路；1#運(yùn)行柜真空斷路器QF1 合閘、切換柜1#真空接觸器KM11 分閘，電機(jī)全壓運(yùn)行；QF1 合閘返回同時(shí)作為軟啟動(dòng)器的復(fù)位信號(hào)，對(duì)軟啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)位，1#軟啟動(dòng)裝置停止工作、真空接觸器KM1、KM3 分閘、軟啟電源柜真空斷路器QF11 分閘，啟動(dòng)結(jié)束，軟啟動(dòng)器處于待機(jī)狀態(tài)。此時(shí)，電機(jī)的啟停徹底脫離軟啟動(dòng)PLC 控制，故負(fù)載停止命令，另外需DCS 系統(tǒng)直接向運(yùn)行柜發(fā)出，或者在運(yùn)行柜柜前進(jìn)行操作。

圖3 1#軟啟動(dòng)器應(yīng)急啟動(dòng)1#電機(jī)控制流程

3 結(jié)語(yǔ)

“二拖三”軟啟動(dòng)結(jié)構(gòu)形式是一種可靠的大電機(jī)啟動(dòng)方式。它適用于運(yùn)行要求較高、檢修機(jī)會(huì)較少的重要負(fù)載。通過(guò)鋼鐵廠現(xiàn)場(chǎng)的改造、運(yùn)行實(shí)踐，“二拖三”軟啟動(dòng)系統(tǒng)雖較“一拖三”或“一拖一”形式接線復(fù)雜度高、控制邏輯復(fù)雜，但現(xiàn)場(chǎng)有較高的可操作性，如施工前期準(zhǔn)備妥當(dāng)，現(xiàn)場(chǎng)可利用短時(shí)檢修進(jìn)行改造實(shí)施。