热轧带钢生产线主传动方案

热轧带钢生产线主传动方案
摘要：文章通过对西南不锈1 450 mm热轧带钢生产线主传动方案的分析和对比，详细阐述了热轧带钢生产线主传动的组成和要求。

为今后的相关设计打下了坚实的基础。

关键词：主传动；交交变频；交直交变频；同步电动机
西南不锈钢有限责任公司1 450热轧不锈带钢生产线，是我公司设计的一条较为先进的带钢生产线。

在设计过程中，本着对客户认真负责的宗旨，对整个热轧生产线的电控系统不断优化，精益求精，使西南不锈1 450热轧生产线的电气装备及自动化程度达到了国内领先水平。

1 方案概述
西南不锈1 450热轧生产线包括：两座步进式板坯加热炉、一架四辊可逆式粗轧机（R：2x6 500 kW）、热卷箱、切头飞剪、七机架四辊精轧机（F1-F4每机架6 500 kW，F5-F7每机架6 000 kW）、两台地下卷取机、钢卷收集线等设备。

2 轧线主传动
2.1 四辊可逆式粗轧机
四辊可逆式粗轧机上、下工作辊为单独传动，采用两台交流同步电动机分别对上、下工作辊进行单独拖动。

交流同步电动机额定容量6 500 kW，转速50/90 r/min，16极，频率范围6.667/12 Hz，额定相电压为1.65 kV，功率因数1，防护等级IP44，绝缘等级为F级，冷却方式采用背包式空-水冷却方式。

电动机过载能力为：115%额定负载时连续工作，200%额定负载时频繁工作60 s，250%额定负载时偶尔工作10 s。

2.2 七机架精轧机
七机架精轧机各机架的上、下工作辊为集体传动，即每机架精轧机采用一台交流同步电动机对上、下工作辊进行拖动。

精轧F1-F4同步电动机额定容量6 500 kW，转速160/410 r/min，4极，频率范围5.33/13.67 Hz。

精轧F5同步电动机额定容量6 000 kW，转速145/360 r/min，4极，频率范围12/83Hz。

精轧F6-F7同步电动机额定容量6 000 kW，转速310/970 r/min，6极，频率范围6.33/15.167 Hz。

F1-F7电动机的下列技术数据相同：额定相电压为1.65 kV，功率因数为1，防护等级IP44，绝缘等级为F级，冷却方式采用背包式空-水冷却方式；电动机过载能力为：115%额定负载时连续工作，200%额定负载时频繁工作60 s，250%额定负载时偶尔工作10 s。

3 交交变频主回路
对于西南不锈1 450 mm热轧带钢生产线，这种大型轧钢机主传动系统，目前主要有两种方案，即采用晶闸管功率器件的交交变频方案和采用可关断器件的交直交变频方案。

这两种方案各有优缺点。

交直交变频与交交变频在功能上基本类似，在技术水平的成熟度、元件的稳定性、效率、低速特性、备品备件的价格和维修成本等方面，交交变频有很多优点。

在提高电网功率因数和减少电网谐波等方面交直交变频有较大优势。

因此我们采用了交交变频方案。

3.1 供电组成
粗、精轧机主传动整流变压器一次侧电压为35 kV。

励磁整流变压器的一次侧电压为10 kV。

主回路进线经高压开关柜接到主整流变压器，每台整流变压器二次侧分别接至晶闸管变流装置。

粗、精轧机主传动每台交流同步电动机对应一台整流变压器。

主传动整流变压器容量选择按长期过载1.15倍考虑。

粗轧机上、下工作辊同步电动机对应的整流变压器容量为2台×13 000 kVA。

精轧F1-F4同步电动机对应的整流变压器容量为4台×13 000 kVA。

精轧F5-F7同步电动机对应的整流变压器容量为3台×12 000 kV A。

主传动整流变压器的结线方式分别采用Δ/Δ和Δ/Y两种交替结线方式，以获得十二相的整流效果，减少高次谐波电流分量的幅值。

粗轧励磁整流变压器容量为1台×
1 000 kV A。

精轧励磁整流变压器容量为1台×1 200 kV A，1台×1 600 kV A。

粗、精轧主传动的控制电源分别取自两台35 kV、50 kVA的同步变压器。

粗、精轧机主传动电源均取自同一35 kV母线。

轧机负载容量大，是电网产生波动的根源，其中尤其以粗轧机的冲击负荷最大。

R2粗轧机和F1～F7精轧机负载均为交交变频负载，具有旁频谐波。

整流负载按12脉波整流配置，其特征谐波为12 K±1次，谐波含量5次、7次较小；11次、13次较大。

因此，在35 kV 电源母线上需要设置动态无功功率补偿装置（SVC），以消除冲击负荷与交交变频对电网的影响，满足供电局对电压降和谐波治理的要求。

3.2 主回路
交交变频器主接线为星形连接。

星形连接是交交变频系统最典型的主电路接线方式。

三组晶闸管反并联桥式变流器星形连接，输出三相电压给同步电机，同步电机的定子绕组也是星形连接，电机星接中点和变流器星接中点并不相连。

星形连接的优点是：线路连接简单。

可采用交交变频器相电压梯形波供电，提高交交变频器的功率因数。

晶闸管变流柜的主回路采用三相全控桥式线路，采用有准备逻辑无环流电流切换方式。

4 交交变频控制系统
数字控制采用西门子公司的SIMADYN D数字控制系统。

该数字控制系统
是采用图形化自由编程、模块化自由配置、多处理器并行工作的实时处理的通用数字控制系统。

适用于高技术性能要求的大功率闭环电气控制，满足各种复杂的和精确的控制要求。

例如在高精度要求的轧机主传动大功率交、直流传动、大功率卷取机传动、飞剪传动、多电机控制等领域有广泛的应用。

4.1 硬件组成
硬件设备主要由主机箱和辅助机箱及接口端子板等组成。

主机箱主要由通用微处理器单元、专用微处理器单元及各种辅助单元，接口单元、通讯单元及电源等组成。

辅助机箱主要由晶闸管接口单元组成。

接口端子板主要用于直接连接模拟量和开关量I/O，以及连接码盘信号等。

4.2 处理器功能
完成系统启停的速度逻辑控制和速度调节。

完成矢量控制、磁通控制、三相交流电流控制。

完成励磁电流控制、故障综合处理、主回路合分闸逻辑控制、操作面板控制、通讯等任务。

4.3 矢量控制功能
交交变频同步电动机控制系统采用磁场定向矢量控制原理。

通过码盘采集电动机实际速度和转子位置、以及通过传感器采集定子实际电压和电流信号。

通过电压模型和电流模型软件，计算出磁通矢量。

通过采用磁通矢量定向控制，使定子电流可以按照励磁和力矩分量分别控制，达到与直流电动机调速系统相同的静态、动态品质。

4.4 粗轧上下辊间的工艺配合
粗轧上、下辊系统间通过通讯方式实现速度分配、速差限制、负荷平衡等工艺功能，以及频繁可逆运行的要求。

4.5 其他控制功能
其他控制功能还包括：功率因数控制功能、扭振抑制功能、负荷观测器功能、换辊准确停车功能。

参考文献：
[1] 郭德权，陈梅.热轧带钢主传动电动机负荷不平衡及改进[J].冶金自动化，2012，（3）.。