西门子变频器改造以及GL150变频器在高炉鼓风机中的应用

于大彭　单立伟

摘 要：本文介绍了西门子公司的中压变频器SIMADYN D在高炉鼓风机控制系统中的应用以及由SIMADYN D向GL150的升级改造，并阐述了GL150控制系统的基本结构和运行特点，各个部位设备的实现功能，以及两个系统的区别，阐述一台GL150变频器控制两台电动鼓风机，实现“一拖二的”应用，以及改造后的应用效果。

关键词：GL150 SIMADYN D 升级改造 区别

中图分类号：TF321 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（a）-0052-02

大型高炉炼铁鼓风机采用超大型同步电动机传动取代透平传动，已成为当今世界炼铁装备发展的趋势。这得益于电力电子技术及微电子技术、计算机技术的发展，成功地利用交-直-交变频器。解决了超大型同步电动机的软启动问题，平滑启动功率只需电动机功率的25%左右，从而避免了同步机异步启动时对电网难以承受的冲击。平滑的启动过程经过200s左右将加速到准同步速度即95%额定转速，然后并入电网，拉入同步运行。

1 升级原因

2008年投产以来，SIMADYN D系统在启动电动鼓风机中表现的非常稳定，但进入2013年以来，集中出现了大量的故障，尤其是变频器内部板卡损坏，严重影响了炼铁高炉的稳定运行。直到系统改造之前，运行平稳。但由于SIMADYN D控制系统备件已经不生产，需要从国外采购，并且难以买到，对运行中的控制系统存在安全隐患，一旦控制系统板卡出现故障，将难以恢复。基于上述原因，我厂计划对原有控制系统进行升级改造。

2 系统配置

2.1 励磁控制系统

PLC s7-300：是整个系统的控制中心，负责启停逻辑、运行逻辑、信号监控和多种保护。

励磁系统6SG70：是给电动机的励磁机供励磁的装置。因为此同步电机的励磁机启动时需要单独提供励磁电源，6SG70是三相调压装置，直接与UPS相连接。

7UM62：是电机综合保护装置。在电机并网之后运行过程中全程保护，包括两级的过流保护、热过载变化、负载不平衡、差动、逆功率、欠压、过压、频率超限、定子接地、欠励等多种保护。

7VE61：是同期并网装置，负责电机与电网进行并列运行的装置。

OP17B：是操作和监控面板。系统运行的控制模式选择，各种电气数据的显示，电动机的各种温度的显示，以及故障记录和事件记录等等。

2.2 变频器系统

2.2.1 控制单元

CU320-2DP：CU320是整个GL150的控制中心，是变频器系统的核心部位，负责整个变频器的运行、通信、故障显示等功能。如图1。

TM15：数字量输入/输出接口模块，负责整个CU320的输入和輸出。

TM31：模拟量、数字量输入/输出模块，负责整个CU320的输入和输出。

VSM：同步电压检测模块，MBC1进线电压采集，采集电网100v电压，作为启动可控硅的参考电压。

DriveCliQ：新的一种通讯网线，负责CU320-2DP与TM51、TM31、VSM、PSA等之间的通讯线。

AOP30操作面板：负责与变频器各驱动装置之间的通讯，包括变频器启动过程中的状态显示、故障保温以及调试等功能。

PSA：电源模块适配器，是作为电源模块和控制器之间的接口。通过DRIVE-CLIK高速串行通讯接口实现电源适配模块（PSA）和控制单元（CU）之间的数据通讯。

2.3 功率单元

该功率单元有四组功率器件模块和中间电抗器柜。四组功率器件是由可控硅组成，形成两路进线、两路出线的结构。采用可控硅作为整流及逆变单元。中间采用电抗器作为稳流元件。

2.4 去磁单元

SIMOVERT MASERDRIVE：负责消除电动机启动结束后变频器输出侧的升压变压器的剩磁。当电动机启动、并网完成后，升压变压器会残留有剩磁，如果不把剩磁及时消除，会影响电动机的下一次快速启动，因此就需要一个去磁单元处理这些剩磁。

3 GL150变频器启动器的应用方案

根据系统工艺机电机控制要求，制定了变频软启动器“一拖二”方案，电机的启动和同步是由电机控制单元MMCP控制，以1#机组启动过程为例，首先由主控室DCS发出1#鼓风机请求启动命令，MMCP1在接到命令后判断主电机启动条件满足后，反馈“允许启动信号”给DCS。DCS发给主电机启动命令，MMCP1闭合输出侧与电机相连的断路器MBM1，然后发出一个“启动”信号给MMIP（主电机接口单元）。MMIP启动它所有的辅助设施并检查是否就绪，在收到所有必要的反馈信号后，MMIP闭合进线侧与变频变压器相连的断路器MBC1，之后检测电机转子位置，找到位置后，SFC（变频器控制单元）按照事先调整好的加速转矩曲线给电机加速，直至约95%的额定转速。从此时开始，MMCP1中的并行切换装置接过电机的速度控制功能并继续给电机加速直至变频器输出的频率和相位与电网上的频率和相位相同。一旦电机与电网同步，并行切换装置立即闭合旁路主断路器MBL1是电机直接由电网拖动定速运行；同时，变频器直流环节的电流将迅速降为零，逆变器的脉冲被关断，断路器MBM1断开，1#机组启动完毕，GL150变频软启动器回到备用状态，此时如果得到2#电机启动请求，同样，GL150变频器将引导2#电机启动，实现“一拖二”控制方式。如图2所示。

4 升级后的效果

自2015年9月系统升级改造投产以来，此GL150系统运行稳定，未发生异常故障，升级改造后的系统在“一拖二”的运行方式下稳定运行，一台风机启动成功后，对变频器进行复位、消磁后就可以启动另一台风机，启动成功率100%，消除了之前系统老化不稳定的问题，保证高炉的稳定生产。

参考文献

[1] 陆思党，赵中川.国产超大功率高压变频器在炼铁高炉鼓风机中的应用[J].变频器世界，2011（1）：70-74.

[2] 张家强. 电压源型变频器应用于高炉鼓风机可行性研究[A]. 钢铁研究总院、《钢铁研究学报》编辑部.钢铁流程绿色制造与创新技术交流会论文集[C].钢铁研究总院、《钢铁研究学报》编辑部：《钢铁研究学报》编辑部，2018.

[3] 刘世英.电动风机励磁掉电引起停机原因分析[J].冶金动力，2018（2）：22-23，32.