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钢铁企业烧结区域柜顶冷却风机的可靠性改善研究论文

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  关键词:冷却风机;故障症因;设计改造;设计思路;方式改善

  某钢铁公司新建的2台380m2烧结机,自投产运行3年以来,其关键配套设施主抽风机高压变频器的柜顶冷却风机累计发生故障4次。由于冷却风机全部设计在密闭的通风管道内,当发生问题时,存在故障点无法快速查找,严重拖延了事故处理时间。同时,风机结构紧凑,维护难度较大,需要对原设计的不足之处进行改进,完善风机控制、报警机制等,从而确保设备的高效稳定运行。

钢铁企业烧结区域柜顶冷却风机的可靠性改善研究论文

  1烧结机工序简介

  烧结矿作为钢铁企业炼铁生产的重要工序,其直接影响着炼铁生产的连续性。主抽风机是烧结机主要配套设备,它直接影响烧结机的产量、质量和能耗,是烧结机生产的“心脏”。其主要作用是对烧结机进行抽风,使烧结料中的固体燃料充分燃烧,为烧结供给能量,同时将烧结过程中产生的废气排出,而高压变频器作为主抽风机传动装置,主要调节风机的运转速度,以保证风机满足生产工艺的需求。某钢铁公司新建的2台380m2烧结机,配备4套主抽风机及对应的高压变频器。其中高压变频器型号为艾默生MegaVert-G7600-10/10B,额定容量为7600kVA,冷却方式采用空-水冷系统[1]。

  某钢铁公司炼铁事业部烧结区域主抽风机高压变频器柜顶安装9台冷却风机,所有冷却风机共同运行使高压变频器内部空气不断循环流动,从而将高压变频器柜体内移相变压器、功率单元等元器件运行时发出的热量排出柜外,再通过柜顶风道将热风引至安装在靠变频室外墙水冷柜交换后回至变频室,最终达到变频器散热的效果[2-3]。

  2烧结机故障症因

  烧结主抽风机高压变频器运行3年以来,冷却风机累计发生故障4次,通过分析主要发现原因有以下几个方面:

  (1)烧结主抽风机高压变频器柜顶冷却风机短路故障。所有冷却风机供电回路中只有一个电源开关和一个接触器,风机都没有配置过载保护装置,整个回路主要通过总电源开关实现短路保护,当任意一台风机发生短路时,主回路总电源开关就会发生跳闸,随后所有风机就立即停机。如图1所示。

  (2)烧结主抽风机高压变频器柜顶冷却风机检测元件故障。每台冷却风机内部埋设Pt100热电阻检测元件,当风机进风口温度达到60℃或风机轴承温度超过150℃时就会发出过热故障信号。然而9台风机检测元件报警触点全部串联在一起,输出一个总的信号送给变频器的控制板,因此当风机发生过热故障时,现场人员无法快速确定是哪一台风机出现问题。如图2所示。

  (3)烧结主抽风机高压变频器柜顶冷却风机温度异常故障。主抽风机变频器产生的热量通过柜顶风机引至上方风道,再由风道统一排出到室外的水冷柜进行热交换。当在风道封闭的末端,偶尔会产生窝风的现象时,变频器内部的部分热量不能及时排出去,致使冷却风机风压升高、负载增大、电流升高、热量不断积累,最终导致风机内部温度持续升高。

  3设计改造理念与思路

  本次对烧结主抽风机变频器柜顶风机控制方式的改造,主要将每台冷却风机改成独立的电控回路,实现单台风机的启停控制,同时增加短路保护和过载保护的功能,并且风机运行的电流实时可视。每台风机过热故障信号独立显示,故障报警精确定位,当单台风机发生故障时,可实现迅速、准确、切除问题风机,在短时间内对变频器运行不造成影响。具体设计思路有以下四个方面。

  (1)现有高压变频器柜旁新增独立的柜顶风机控制柜,该控制柜既保留原有的全部风机“一键启动”功能,也新增对单台风机分开控制及信号独立处理的功能。每台风机设计成独立的电控回路,增加短路保护及过载保护功能,同时风机运行电流实时显示,便于设备维护人员进行比对,及时发现电流偏差大的现象,可早期发现柜顶风机轴承老化、机构磨损、绕组匝间短路等故障现象。

  (2)柜顶风机报警情况进行分开显示,当柜顶风机报故障时,报警信号在控制柜液晶面板上显示具体哪台风机发生故障。然后通过控制柜液晶面板可以对故障风机进行切除操作,其他风机仍可继续运行,短时间高压变频器运行不受影响。

  (3)当高压变频器一台或几台柜顶风机发生故障时,在风机的主控室电脑画面和新增控制柜液晶面板同时显示故障报警,但风机的停机不参与高压变频器的连锁停机。

  (4)柜顶风机主回路供电采用双回路供电方式,实现双电源转换开关自动切换,不会对控制柜供电造成影响,保证风机运行的稳定。

  4具体改造措施

  4.1电控方式改善

  电路系统稳定性是高压变频器冷却风机运行的可靠保障,原变频器柜顶冷却风机电控系统存在一定弊端,因此需要对其进行相应改善。

  (1)对新增加的控制柜供电回路重新布线与接线,在已有供电回路的基础上,再增加一路备用电源,组成双回路供电方式。新增的供电电源取自烧结主抽风机低压配电室的另一段母线,与原供电电源分开,通过PC级双电源自动切换装置,切换时间等级为毫秒级,当一路电源突然失电时,双电源自动切换装置会自动切换另一路电源继续为风机供电,这期间不会对风机运行产生影响。

  (2)将柜顶风机的原线路进行拆除,在变频器柜顶上方铺设线槽,重新将每台风机的电源线引至新增的控制柜内,按照既定的设计图纸对各电气元件进行连接。至此,每台风机都有自己的独立控制电路系统,可以实现单独启动及停止控制功能,通过电动机保护器实现风机的短路保护、过载保护功能,还实时显示风机的运行电流,随时监控风机的运行状态。当任意风机发生故障,设备维护人员可凭借控制柜液晶面板上的显示信息快速、准确、可靠的切除故障风机,而这个过程对变频器正常运行不会造成影响。具体配电回路图如图3所示。

  (3)将柜顶风机的控制及报警信号从原变频器控制器内摘除,同时取消原来报警信号串联形式。按照改造设计图,所有柜顶风机的控制及检测元件分别与控制柜PLC模块连接,该PLC模块选用西门子S7-200型号。至此,风机的启停控制、运行状态、电动机保护器动作、风机报警信息全部由PLC模块控制处理,相应反馈信息直接在控制柜液晶面板上显示,然后再传到变频器控制板,同时不再参与变频器的连锁停机。如图4所示。

  4.2启停控制方式改善

  原变频器柜顶冷却风机的启停控制只能通过远端集中控制,维护人员对设备的操作非常不便,因此利用新增的控制柜,对冷却风机启停控制方式进行相应改善。

  (1)远程启停控制方式。主抽风机高压变频器与新增的控制柜PLC模块接口有三处,主要是柜顶风机启动指令、运行反馈、故障信号对应接口。二者利用硬线实现信号的传输。当主抽风机启动时,变频器启动的同时向控制柜发出启动信号,控制柜内PLC模块接收到信号后,立即启动柜顶全部风机运转;当主抽风机停止运行时,变频器的控制板同样发给控制柜停止信号,控制柜PLC模块接到信号后延时15min,才会将柜顶风机停止运转,至此控制柜实现对变频器柜顶风机的自动远程启停控制。

  (2)本地启停控制方式。控制柜操控冷却风机启停的方式有两种。一是通过柜体上按钮实现“一键启停”功能,在控制柜门上设有“风机启动”和“风机停止”两个按钮,可以直接控制全部柜顶风机启动及停止;二是通过控制柜液晶面板直接控制风机启停。液晶面板上设有“全部投入”和“全部退出”按钮,分别直接控制全部柜顶风机的启动及停止。同时每台风机还设有单独风启停按钮,这样就可以实现单套风机的试车、切除等功能,便于维护人员清楚了解每台风机的启停情况。

  4.3报警方式改善

  在原变频器故障报警设计中,所有柜顶冷却风机的Pt100热电阻检测元件全部串联在一起,无论哪台风机出现故障,都只能输出一个故障信号给变频器控制板。当风机温度达到重度报警情况时,变频器会立即保护连锁停机。通过新增的控制柜,改善了风机故障报警方式。

  (1)当单台风机发生故障停机或启动未运转时,控制柜液晶面板上就会提示“单套风机报警”信息,并且液晶面板上“风机运行状态”栏会显示具体哪台风机出问题。同时控制柜上“单台风机未工作”蜂鸣器发出报警提示音,以引起工作人员的注意。

  (2)当控制柜内PLC模块宕机时,控制柜液晶面板上就会提示PLC运行异常信息,同时控制柜上“PLC正常工作”信号灯报警,并将信息上传给变频器控制板,并在主控室的操作画面上显示报警情况。

  (3)当两台及以上风机发生故障停机时,控制柜上“风机故障”信号灯报警,并且液晶面板上“风机运行状态”栏会显示具体哪几风机出问题,并在主控室的操作画面上显示报警情况。

  (4)控制柜内电机保护器实时显示运行电流。将电流基准值进行标定记录,点检时进行比对,可及时发现电流偏差大的现象,可早期发现柜顶风机轴承老化、机构磨损、绕组匝间短路等故障现象。

  5结束语

  综上所述,高压变频器运行稳定是烧结主抽风机运行的关键,而柜体散热正常是保障正常变频器运行的重要因素之一。通过对变频器柜顶冷却风机控制系统相应改善,满足设备维护人员的操作性,提升现场设备的稳定性,为其他相同类型的变频设备改造提供了可借鉴的方案,具有广阔的应用前景。

  参考文献

  [1]杨河清,叶正文.高压变频技术在烧结主抽风机上的应用[J].山东冶金,2012,34(1):27-28+30.

  [2]王晓红,边美柱.烧结主抽风机变频自动控制系统特点[J].包钢科技,2013,39(6):57-60.

  [3]杜克平.高压变频器在烧结主抽风机中的运用分析[J].科技传播,2016(2):92-93.

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