1 引言
寶鋼股份寬厚板廠是寶鋼股份“十五”規(guī)劃的重點建設(shè)工程項目之一。全廠總投資47億元人民幣。設(shè)計年產(chǎn)熱軋寬厚板180萬噸。該工程分兩期建成:一期工程建成5000mm寬精軋機一架以及第一剪切線、第一熱處理線、精整區(qū)、涂漆線、特厚板和相關(guān)設(shè)施。年產(chǎn)熱軋寬厚板140萬噸。待建二期預(yù)留5000mm寬厚板初軋機一架以及第二剪切線、第二熱處理線等。設(shè)計軋制常規(guī)寬厚板產(chǎn)品規(guī)格為長度:(max)25000mm，寬度:900～4800mm，厚度:5～150mm(二期時為400mm)。產(chǎn)品單重:max.～24t(二期時max.～45t)。

2 工藝設(shè)備概況
寶鋼股份寬厚板廠主要設(shè)施有板加區(qū)(板坯庫及加熱爐)、磨輥間、軋機區(qū)、冷床區(qū)、剪切線、精整區(qū)、特厚板處理設(shè)備、熱處理線、涂漆線、成品庫、主電室和各區(qū)域電氣室等。輔助設(shè)施包括:集中加油站、檢驗室、鐵皮旋流沉淀池、acc水處理、淬火水處理、空壓站和辦公樓。預(yù)留二期的初軋機、第二剪切線、第二熱處理線。
寬厚板廠一期工程的主作業(yè)線設(shè)備是從德國sms-demag公司引進，熱處理爐也從德國引進，板加區(qū)設(shè)備主要由國內(nèi)設(shè)計、國內(nèi)供貨，全線主要電氣傳動設(shè)備由siemens公司提供。

3 電氣供電概況
寶鋼寬厚板廠的供配電:一期裝機容量149067kw，工作容量為144749kw，年耗電量:1.232×108kwh; 二期建成后裝機容量將增至206647kw，工作容量增加至201537kw，年耗電量增加至1.53×108kwh。寬厚板廠的供電電源自寶鋼鑄板變電所35kv兩段母線各引1回路。一期由數(shù)臺35kv/6kv的動力變壓器降壓后供給區(qū)域電氣室，再由各個區(qū)域電氣室降壓、配電后供給現(xiàn)場各用電設(shè)備。
一期精軋機主傳動電機2臺，單機容量10mw。由2臺單機容量18000kva，35kv/1.448kv的三線圈整流變壓器供給循環(huán)(交－交)變頻裝置。為了解決循環(huán)變頻裝置帶來的電流滯后和諧波問題，在供電系統(tǒng)的35kv側(cè)設(shè)置了一套50mvar的動態(tài)無功補償(svc)裝置;又在6kv側(cè)設(shè)置了三套總的基波補償容量為9mvar的諧波濾波裝置和三套總的基波容量為14mvar的靜止無功補償裝置。
凡有調(diào)速要求的傳動系統(tǒng)均采用了交流變頻調(diào)速。潤滑站、液壓站、除麟泵站、水處理泵、風(fēng)機等無調(diào)速要求的傳動系統(tǒng)采用工頻交流傳動。功率為250kw以上的非調(diào)速電機采用6kv供電，以下的非調(diào)速電機采用380v供電。

4 交流變頻調(diào)速的應(yīng)用情況
寬厚板廠精軋機的主、輔傳動均采用全數(shù)字化、全交流化變頻調(diào)速傳動系統(tǒng)(西門子公司的產(chǎn)品)。精軋機電機及其立輥電機采用同步電機驅(qū)動。精軋機由功率10000kw兩臺電機上下輥單獨驅(qū)動。電動機采用雙繞組結(jié)構(gòu)，“開放型”三角形接線(即電機的三相繞組之間并沒有電的直接連接)。電機的轉(zhuǎn)速為:0/±50r/120r/min。速度在0r/min～50r/min范圍內(nèi)為衡轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在50r/min～120r/min范圍內(nèi)為恒功率調(diào)速。其調(diào)速裝置采用德國西門子公司制造的全數(shù)字化交－交變頻裝置simovetr-md。立輥電機采用西門子公司simovetr md(dc－bbbb igbt)電壓型交-直-交變頻裝置驅(qū)動。而其余輔機則采用西門子的simovetr md或6es70變頻調(diào)速裝置驅(qū)動。所有的生產(chǎn)性行車的主卷揚、大車走行、小車走行電動機采用了德國西門子公司生產(chǎn)的具有全數(shù)字化、具有矢量控制功能(cuvc)的6es7041系列變頻器作為控制裝置驅(qū)動。
主機使用的交－交變頻裝置由18000kw/35kv/ 1.448kv的整流變壓器供電。整流變壓器的二次測為 3組獨立繞組。變頻器的主回路結(jié)構(gòu)如示意圖1所示。它采用vdrm=3.5kv、itavm=2.2ka、dv/dt=1.0kv/μs的6只晶閘管(scr)組成一個6波頭三相全控橋式反并聯(lián)無環(huán)流整流裝置。每一個整流裝置的輸出直接供給電動機的一個獨立繞組。雙繞組同步電動機由6個繞組組成如圖1中所示的2個“開放型”三角形連接。故由6個如上所述的整流裝置構(gòu)成驅(qū)動一臺軋機主電動機的變頻器。變頻器的輸出相電壓為1.149kv。設(shè)計系統(tǒng)速度靜差≤±0.01％、速度響應(yīng)≤50ms、電流響應(yīng)和轉(zhuǎn)矩響應(yīng)均≤10ms、轉(zhuǎn)矩波動≤0.8％，調(diào)速范圍為1:1000(在1.2rpm～120rpm之間)。

圖1 主傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
冷床、翻板機、熱矯直機、冷矯直機、切頭剪、剖分剪、雙邊剪、定尺剪等的驅(qū)動電機以及熱處理線的輸送輥道驅(qū)動電機均采用一對一的異步電機速度反饋閉環(huán)矢量控制(每1臺電機由1臺逆變器單獨驅(qū)動)。其余的輸送輥道則按生產(chǎn)工藝的需要分成若干個輥道組，每1個組的數(shù)臺輥道驅(qū)動電機由1臺逆變器驅(qū)動并采用v/f方式的速度反饋閉環(huán)控制，檢測其中1臺電機的速度信號并將此信號提供給逆變器作為整組輥道的速度反饋信號。所有的交－直－交變頻調(diào)速系統(tǒng)均采用帶有能量回饋功能的整流器組成直流公共母線系統(tǒng)向逆變器供電，以保證調(diào)速系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能，同時也把制動時機械的能量回饋到電網(wǎng)以節(jié)約能源，如圖2和圖3所示。整流裝置的功率器件全部采用晶閘管(scr)。圖2中的自耦變壓器是為了提高整流器的功率因素，防止逆變顛覆而設(shè)的。每1臺逆變器的輸出由1根4芯電纜直接送到現(xiàn)場機組，電纜的第4根芯線分別與電動機的外殼和逆變器的外殼相連。所有輥道組驅(qū)動電動機的變頻器的輸出，事先由1根4芯電纜引到輥道組附近的電纜隧道的輥道箱內(nèi)，再通過安裝在輥道開關(guān)箱內(nèi)的開關(guān)分線后送至各臺輥道驅(qū)動電機。全生產(chǎn)線約有200個輥道開關(guān)箱，開關(guān)箱內(nèi)的開關(guān)均設(shè)有過載和漏電保護。整流器和逆變器均通過profibus dp總線與plc進行數(shù)據(jù)通訊。全廠共采用調(diào)速電機(不計主軋機、立輥電機以及行車驅(qū)動電機)2434臺/61892kw。電動機所配的逆變器容量的選取保證滿足電動機過載倍數(shù)不低于2.5倍，保證電動機有足夠的起動轉(zhuǎn)矩保證電機具備足夠短的加速時間。根據(jù)電動機的容量大小選用了電壓為380v和690v的西門子公司生產(chǎn)的變頻電機或國產(chǎn)變頻電機。寬厚板廠全廠共選用simovert md系列整流回饋裝置60臺，總的容量為57800kw;選用6es7041系列公共整流器15臺，總?cè)萘繛?000kw。選用simovert md系列逆變器205臺，總?cè)萘繛?17200kw;選用6es7041系列逆變器28臺，總?cè)萘繛?3415kw(均未計及行車上使用的變頻器)。無論是公共整流器還是逆變器其自身的過載能力均為136％/60s。

圖2 整流回饋裝置示意圖

圖3 直流共母線系統(tǒng)示意圖
全廠于2005年3月全面完成設(shè)備的安裝調(diào)試，2005年4月28日隨寶鋼股份十五規(guī)劃的4號高爐、3號連鑄、1800冷軋正式宣布投產(chǎn)。在3月份試軋時，試軋的第一塊鋼板即為合格產(chǎn)品。由此證實寬厚板廠從技術(shù)上以及設(shè)備方面的選擇都是十分成功的。

5 討論
如前所述，交流電動機變頻調(diào)速在寶鋼股份寬厚板廠的應(yīng)用是相當成功的,各系統(tǒng)的各項技術(shù)指標均達到了工藝、設(shè)計以及生產(chǎn)的要求。但也存在一定的不足之處。
在技術(shù)交流談判時，主傳動的變頻裝置有三種方案供選擇。其一是現(xiàn)行的方案即以scr功率器件(元件風(fēng)冷)構(gòu)成的交－交變頻器作為主電機的驅(qū)動裝置;其二是日本三菱電機方案:用兩套6kv/6ka gct元件(水冷)構(gòu)成的2套容量為12mva雙pwm型v3000(三電平輸出)系統(tǒng)變頻器驅(qū)動一臺電動機，變頻器的標稱輸出電壓3.0kv;其三是日本東芝-ge公司的方案:用3套4.5kv/4ka iegt元件(風(fēng)冷)構(gòu)成的容量為8mva的雙pwm型tosvert650w(三電平驅(qū)動)變頻器驅(qū)動一臺電動機，變頻器的標稱輸出電壓3.0kv。比較3種方案:總的來說，每一種方案的性能指標都能滿足工藝、設(shè)備的要求。第1種方案的變頻裝置結(jié)構(gòu)簡單，造價便宜，裝置占地面積小，系統(tǒng)早已成熟，維護方便，成為最終的選擇。但是，變頻器的輸出電壓是后兩者的1/3，在驅(qū)動相同容量的電動機時，其輸出電流則必然是后二者的3倍，故電動機和線路的銅損為后二者的3倍。另外，此方案需要另設(shè)一套動態(tài)無功補償裝置，需要額外的投資。第2種方案的變頻裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜且用水冷，維護較前者難度大，造價高。使用電流控制型器件，控制上有一定的難度,但是，其系統(tǒng)和元件都有較高的技術(shù)含量，不需要另設(shè)動態(tài)無功補償裝置，是當今大型傳動裝置發(fā)展的方向。第3種方案的系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價高。但是，功率器件采用風(fēng)冷，維護不甚難,功率器件和系統(tǒng)均為最先進，是當今大型傳動控制裝置發(fā)展的主流,可以說是最佳的方案(寶鋼在建的第3熱軋廠的主傳動就是選用的此種方案)。但是，招投標的結(jié)果選擇了第1種方案。
綜上所述:第1種方案在電網(wǎng)的35kv側(cè)增設(shè)了容量為50mvar(含二期)的一套動態(tài)無功補償裝置(svc)。無功電流后二者的必須流經(jīng)整流變壓器，自然導(dǎo)致在變壓器和線路上的熱損耗加大，變壓器的容量也要加大，即變壓器的利用率降低。變頻器的輸出電壓為后二者的1/3，輸出電流是后二者的3倍，意味著其熱損耗為3倍，導(dǎo)致最終的經(jīng)濟技術(shù)指標并不一定是最佳的。

6 結(jié)束語
從交流電動機變頻調(diào)速在寶鋼股份寬厚板廠應(yīng)用的結(jié)果看，交流變頻調(diào)速技術(shù)已經(jīng)成熟。由于實現(xiàn)了全數(shù)字化控制，其控制精度高、穩(wěn)定性好、可靠性高、通用性強、操作、維護方便，可以滿足現(xiàn)場任何復(fù)雜的工藝條件的控制要求。只要方案選擇得當，應(yīng)用起來就得心應(yīng)手。