中板厂高压水变频改造优化设计

王 洁，张 帅，檀丽静，刘 玺，李晓华

（河钢集团邯钢公司中板厂，邯郸 056015）

1 引言

所谓高压水除鳞就是利用水的冲击力和切向力除去物体的表面的氧化铁皮。钢铁在高温状态下被氧化，在其表面形成一层致密的氧化铁皮（鳞皮）。钢材在轧制加工前，必须将将氧化铁皮清除干净，否则氧化铁皮在轧制过程中被轧辊压入，表面形成凹凸痕迹，使钢材表面产生凹坑、麻点、氧化铁皮压入等多种产品缺陷，严重影响产品表面质量，同时也对轧辊造成不同程度的损伤[1]。因此，钢坯在轧制前和轧制过程中，必须除去表面的氧化铁皮。

2 现状

原中板厂高压水系统泵站包括高压电机共2台，型号是：YKS630-2，电压10kV，功率都为2800kW。工况是开一备一，电机采用高压断路器和电抗器启动，通过液力耦合器调速，在起停过程中对电网及负荷的冲击大，容易造成对设备或电网的破坏，形成设备事故。在生产过程中，由于电机长期接近满负荷运行，水的压力要通过蓄能罐提供，而蓄能罐压力需要高压电机满负荷运转，这样就造成了电和水资源的大量浪费。

3 改造方案

3.1 泵站改造

为了保证喷射点压力为≥20.5MPa，考虑到系统压力的波动因素和管路损失，泵的额定压力（额定转速下）确定为23.5MPa，泵的最高工作压力可以达到24.5MPa。系统压力设定范围为21-23MPa。更换1号除鳞泵，取消原除鳞泵、液力偶合器、电机，新增除鳞泵组和变频控制系统。将高压电机控制系统改为变频控制方式，通过调整变频器的输出来控制电机转速，自动调节水量大小，可以大量节约电能。新增高压电机YKSPT630-2一台，功率为3150kW，高压变频器柜1面及辅助控制柜3面实现对1台高压电机的起、制动及运行控制。

高压电机基本参数如下：

型号 YKSPT630功率 3150kW电压 10kV结构安装方式 IM1001冷却方式 空水冷IC81W绝缘等级 F防护等级 IP44运转方式 S1最大转矩/额定转矩 1.8启动转矩/额定转矩 0.6温升 B级轴承 滑动轴承，强制润滑

电动机能在母线电压波动范围为±10%Un，频率为（-1%～1%）fn内变化时正常满载运行；电机设有可靠的接地端子，并有指示接地的明显标志。接地端子的位置与接线盒在同一侧；电机绕组及轴承装设测温装置（PT100，0-100℃），绕组测温每项装设2个PT100（1个备用）；电机装设空间防潮加热器。电机的出线端子盒按照功能独立设置，包括主出线端子盒、防潮加热器端子盒、检测装置端子盒等。

3.2 控制系统改造

新增一套SIEMENSS7-300PLC控制系统，将现场电机轴瓦温度监测、水位检测、润滑泵压力监测等数字量和模拟量信号接入PLC系统，实现整个系统的逻辑联锁控制。

新增WINCC操作控制站一台，HMI画面上实现水泵电机、润滑泵电机的远程启停控制，显示水位、轴瓦温度、压力等相关运行参数；操作控制屏上实现润滑泵、水泵的就地控制；高压水泵的运行方式有自动手动两种方式，根据实际用水量实现自动上水。根据机械设备的变动，电气控制系统要做相应改造：原有PLC控制柜和ET200M箱利旧，新增一套低压控制柜、操作台，实现对高压水除鳞系统原有系统和新系统的控制。控制系统程序重新编制，系统画面重新制作。现场新增panelpc（OPA型）一台，实现就地远程转换；急停；故障信息显示；系统运行状态显示；就地操作；画面切换等。出钢操作台设置HMI实现远程监控；实时、历史数据的查看；报警记录查看、系统运行状态显示等。设置工程师站，实现远程操作，远程监控；实时、历史数据的查看；报警记录查看、系统运行状态显示等。泵站PLC通过DP网络实现与轧区自动化的通讯，通讯介质采用光纤连接，主要通讯设备为光纤、OLM和DP/DPCOUPLER。

4 节能效果分析

为了保证水的流量和压力满足一次除鳞机和二次除鳞的需要，通过变频控制降低电机的转速，将高压水进行自动调整。根据GB12497对电机经济运行管理的规定有如下的计算公式[2]，采用阀门调节流量对应电动机输入功率P1V与流量Q的关系为：

式中，P1e—额定流量时电动机输入功率（kW）。

QN—额定流量。

取Q/QN=0.8由（2）计算得P1V≈2526.3kW

高压电机输出的轴功率为118.36KW；电机开动率按87%计算，年节电量：

年节电费（电价0.55元/kWh），0.55×475.3342=261.4338万元

5 方案实施效果

高压水系统变频升级后，除鳞系统压力提升，除鳞效果显著增强。变频电机启动时避免电机起制动时对电网和电机的冲击，而且能够最大程度的起到对设备的保护作用。蓄能罐压力通过调整变频器的输出来控制电机转速自动调节水量大小，可以大量节约电能。高压水除鳞系统的变频升级改造技术具有广泛的推广意义。