高壓水除磷泵變頻改造的缺陷及措施淺析

董 寒，王彥查

（唐山中厚板材有限公司 河北 唐山 063610）

1 引言

唐鋼3500中厚板軋機(jī)工程高壓水除鱗泵系統(tǒng)設(shè)備由二套泵組組成，原兩套泵組均由高壓離心泵，液力偶合器，電機(jī)及相應(yīng)的檢測、控制元件組成。由于新開發(fā)軋制鋼品種所需除鱗壓力的不斷加大、原有泵組設(shè)備的可靠性差及節(jié)能降耗要求等原因，公司對其中一套泵組進(jìn)行了變頻改造，改造后泵組的可靠性得到了提高，亦能滿足除磷壓力的要求，但電機(jī)過熱等問題隨之而來，該文對除磷泵系統(tǒng)改造后的缺陷及處理措施進(jìn)行了分析和介紹。

2 高壓水除磷泵電機(jī)控制方式的改造

2.1 除磷泵電機(jī)技術(shù)參數(shù)

電機(jī)型號：KS630-2（哈爾濱電機(jī)廠）

額定功率：2800KW

額定頻率：50Hz

額定電壓：10000V

額定電流：192A

額定轉(zhuǎn)速：2989RPM

定子接法：2Y

絕緣等級：F

2.2 原電機(jī)控制方式

圖1左為中厚板一線高壓水除磷泵電機(jī)變頻改造前系統(tǒng)構(gòu)成圖，由于該現(xiàn)場元器件繁多復(fù)雜，經(jīng)常發(fā)生設(shè)備事故導(dǎo)致軋線停產(chǎn)。

圖1

2.3 改造后電機(jī)控制方式

圖1右為變頻改造后系統(tǒng)構(gòu)成圖，把除磷泵系統(tǒng)中1#電機(jī)改為變頻控制，采用PowerFlex7000系列電流源型變頻器，輸入電壓6KV，輸出電壓0～6KV，電機(jī)仍采用原有普通電機(jī)。2#電機(jī)仍為水電阻啟動(dòng)加液力耦合器調(diào)速的方式，作為備用。變頻器由PLC控制系統(tǒng)輸出4～20mA信號控制，實(shí)現(xiàn)變頻器0～50Hz線性輸出，現(xiàn)場檢測及控制元器件幾乎為零，設(shè)備事故減少，同時(shí)減小了對機(jī)械設(shè)備的沖擊，延長設(shè)備使用壽命。

3 電機(jī)控制方式變更后的問題點(diǎn)及處理措施

3.1 控制方式變更后的問題點(diǎn)問題點(diǎn)

分析電機(jī)技術(shù)參數(shù)可知，除磷泵電機(jī)為額定電壓10KV的普通三相異步電動(dòng)機(jī)，而變頻器輸出電壓為6000V，經(jīng)多方分析考察論證，最終實(shí)施方案為沿用原有10KV普通電機(jī)，電機(jī)由星接改成角接，電機(jī)承受的電壓變?yōu)?777V，而電流會增大到340A,在電機(jī)未采取任何增強(qiáng)絕緣等措施的情況下，這種方案幾乎無實(shí)例可以參考，需要論證電機(jī)尤其是電機(jī)三相繞組的引出線能否承受增大的電流。

經(jīng)過一段時(shí)間的現(xiàn)場運(yùn)行考證，發(fā)現(xiàn)1#水泵電機(jī)升降速平穩(wěn)，電機(jī)運(yùn)行雜音很小，較之前的液力耦合器調(diào)速方式收到了調(diào)速平滑，故障率降低及節(jié)能降耗的良好效果評價(jià)，但電機(jī)溫度較改造前有明顯的溫升，實(shí)時(shí)監(jiān)測的溫度顯示瞬間定子最高溫度達(dá)95℃，已超過控制系統(tǒng)設(shè)定的溫度報(bào)警上限值90℃（圖3），尤其在最初軋線精軋機(jī)單機(jī)架軋制的基礎(chǔ)上增加粗軋機(jī)雙機(jī)架軋制后，軋線除磷水需求量激增，另軋制工藝對除磷效果的提升使除磷水管壓力由原來的16～18MPa提高為17～19MPa，各因素綜合分析，在雙機(jī)架軋制節(jié)奏較快時(shí)電機(jī)溫升過高問題更為突出，此時(shí)只能加裝臨時(shí)冷卻軸流風(fēng)機(jī)對除磷泵主電機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷，要求軋線降低軋制節(jié)奏以降低除磷泵的使用率達(dá)到電機(jī)降溫的目的，以免溫度過高導(dǎo)致電機(jī)絕緣受損甚至短路接地。此情況嚴(yán)重制約軋線的生產(chǎn)節(jié)奏，影響了軋線的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

圖2上為變頻器控制除磷泵電機(jī)約27次/小時(shí)頻繁升降速時(shí)的電機(jī)定子溫度曲線，最低溫度約為57℃，最高溫度約為70℃。

圖2

3.2 措施

對普通三相異步電機(jī)和變頻電機(jī)的區(qū)別進(jìn)行分析，變頻電機(jī)對電磁進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)盡可能的減小定子和轉(zhuǎn)子電阻，降低基波銅耗，以彌補(bǔ)高次諧波引起的銅耗增 ，增加電動(dòng)機(jī)的電感以抑制電流中的高次諧波。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要也是考慮非正弦電源特性對變頻電機(jī)的絕緣結(jié)構(gòu)、振動(dòng)、噪聲、冷卻方式等方面的影響，加強(qiáng)對地絕緣和線匝絕緣強(qiáng)度，提高對定、轉(zhuǎn)子部件的加工和裝配精度，以提高氣隙均勻度、轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡精度和電磁對稱性來改善電機(jī)的震動(dòng)和噪聲情況，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷降低電機(jī)運(yùn)行溫度等。

為降低改善成本，在使用原有三相異步電動(dòng)機(jī)的情況下只能考慮增加原有電機(jī)的冷卻性能以降低溫升。經(jīng)綜合分析論證后考慮由電機(jī)原有的水冷方式改造為風(fēng)水冷卻器冷卻方式。

冷卻器的外形根據(jù)原有電機(jī)的外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，空水冷卻器臥式安裝在電機(jī)頂部，在一個(gè)鋼板焊接成的通風(fēng)柜中裝有熱交換裝置、導(dǎo)流裝置、通風(fēng)機(jī)等主要部件，與電機(jī)形成一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)。此冷卻器的功能是把電機(jī)產(chǎn)生的熱空氣送至熱交換器裝置進(jìn)行冷卻，熱空氣和冷卻水經(jīng)過該熱交換裝置后，依靠熱交換裝置的特殊結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)氣、水之間的熱量交換，從而將加熱了的空氣冷卻，冷卻水將熱量吸收后，通過循環(huán)流動(dòng)帶出機(jī)外，通過氣、水的不斷循環(huán)，保持電機(jī)各部分溫度得到冷卻。

4 效果

圖2下為變頻器控制除磷泵電機(jī)冷卻方式改造后同樣工藝條件下約27次/小時(shí)頻繁升降速時(shí)的電機(jī)定子溫度曲線，最低溫度約為27℃，最高溫度約為37℃。

5 結(jié)語

經(jīng)過一定階段的運(yùn)行效果分析，高壓變頻器控制大功率三相普通異步電動(dòng)機(jī)在特定的冷卻方式改造后可以可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，既節(jié)省了更換變頻電機(jī)的成本又達(dá)到了變頻電機(jī)的使用效果，為唐鋼中厚板的節(jié)能、提產(chǎn)創(chuàng)效再添新動(dòng)力。

[1] 岑兆奇.變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)問題.電機(jī)技術(shù)1996年2期.