热轧宽带钢生产线主传动装置的选型分析

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【摘 要】热连轧宽带钢生产线的主要传动电机有粗轧机上辊电机、粗轧机下辊电机、精轧机组电机、立辊轧机电机、飞剪电机和卷取机电机等。近几年国内钢铁企业建设的1450mm以上热连轧宽带钢生产线较多，其主传动系统采用的有交-交传动与交-直-交传动两种方式。对于这两种方式的选择一直是争论的焦点，本文从技术参数指标和经济指标两个方面进行了对比，目的在于为日后的选择者提供些帮助。

【关键词】主传动 交-交传动 交-直-交传动 节电

1前言

热连轧宽带钢生产线的主要传动电机有粗轧机上辊电机、粗轧机下辊电机、精轧机组电机、立辊轧机电机、飞剪电机和卷取机电机等，其中粗轧机和精轧机组电机的传动系统为主传动，立辊、飞剪和卷取机电机等的传动系统为辅传动。主传动电机采用大功率凸极同步电动机，辅传动电机大多采用低压异步电动机。由于辅传动系统的传动方式大多采用交-直-交系统，基本没有争议，故本文不再论述。

本文以一典型1780mm热连轧带钢生产线的主电机配置为例（见下表1），以此为基础来比较两种主传动系统的各项指标。

序号 设备名称 电动机功率（KW） 数量（台） 过载（60S） 备注

1 粗轧机上/下辊 8500*2 2 250% 同步机

2 飞剪 2300 1 300%（10S） 异步机

3 精轧机F1-F5 8000*5 5 200% 同步机

4 精轧机F6-F7 7500*2 2 200% 同步机

表1

2主传动系统介绍

（1）主传动系统采用的有交-交传动与交-直-交传动两种方式，交-交传动系统主要是由三台电网自然换流无环流可逆变流器、整流变压器、励磁主回路及矢量调速控制系统等组成。装置的控制系统采用SIEMENS 公司SINAMIC系列SL150全数字矢量控制交交变频控制系统，完成电动机控制、保护及故障诊断等任务；交-直-交传动系统主要是由三电平PWM控制整流-逆变器、整流变压器、励磁主回路及矢量调速控制系统等组成。装置的控制系统采用TMEIC公司的新型全数字交直交变频控制器TM-70E2，采用了三电平PWM控制、矢量控制等先进、适用的控制技术，可以大大提高系统的控制性能，充分满足热轧轧机主传动对控制性能的要求。

（2）交-交变频控制系统的优越性。采用交流偏置技术，使整流变压器二次电压降低、可控硅电压安全系数提高、变频器容量降低、电机内无三次谐波，高过载能力、触发单元简单、高功效（没有直流环节）、结构简单、鲁棒性和可靠性好，在低频段仍可以有较大转矩。SL150 系统具有如下功能：开环控制、闭环控制、速度控制、电枢电流控制、矢量控制、磁场控制、电枢控制的逻辑无环流切换、功率因数控制、主轴定位控制、负荷平衡控制和轧机机电振荡控制等。

（3）交-直-交变频控制系统的特点。使用的功率器件（IEGT），采用的三电平PWM控制和矢量控制技术，均具有先进性，代表国际高性能变频调速的发展方向，具有良好的使用的经济性及优异的控制性能。由于有整流缓冲环节，对电网的要求较低，抗电网电压波动的能力较高，更适合目前的电网情况。可以提供更平滑的正弦波输入电压、电流波形和正弦波输出电压、电流波形。配置了防扭振控制环节SFC（Simulation Following Control），可以有效的对轧机的扭振现象起到抑制和消除作用。具有高可靠性，在正常使用的情况下，在主要器件的使用寿命内，基本无须维护。

3主传动系统的比较

上述两种传动控制方式在国内均有广泛应用，完全可以满足生产工艺的要求。在系统的构成及控制策略上各有千秋，比较如表1，表2所示。

表1技术参数及指标对比

序号 比较项目 交交变频 交直交变频

1 电动机 交流变频同步电动机 交流变频同步电动机

2 电动机额定电压 1.65KV 3KV―3.5KV

3 核心控制器 西门子公司的数字控制器 TMEIC 公司的数字控制器

4 主要功率器件 晶闸管 可关断器件 （IEGT）

5 静态调速精度 0.01% 满足工艺要求 0.01% 满足工艺要求

6 动态调速性能 好，满足工艺要求 好，满足工艺要求

7 输出电流 近似正弦 正弦

8 输出电压 近似正弦 PWM 斩波逼近正弦波

9 频率范围 0-16.67（最大 20）HZ 0-75Hz

10 电网侧功率因数 约（0.65-0.7） 约（0.96-0.98）

11 产生的高次谐波 高，且类型复杂 低

12 是否需要电网侧补偿装置 必须增加谐波滤波和动态无功补偿装置（SVC+FC）及配套的 高压开关柜 不需要动态无功补偿装置

13 日常维护量 简单，容易掌握 免维护设计，维护工作量很小

14 变压器容量 较大，约200%电动机额定功率 较小，约125%电动机额定功率

15 综合效率 较低 较高

16 设备价格 较便宜 较贵

17 电缆量 多 少

18 损耗 较多 较少

19 综合电耗 大 小

20 设备占地面积 较多 较少

表2经济指标对比

序号 比较项目 交交变频 交直交变频

1 电动机 与交交价格基本一致

2 变频装置在主电室的占地面积 与交交比低30%

3 变频装置本体价格 与交交比多约3800万元

4 谐波滤波和动态无功补偿装置（SVC+FC）及高压柜 与交交比少约850万元

5 变压器 与交交比少约200万元

6 电缆 与交交比少约350万元

合计 与交交比多约2400万元

上表1，表2中的经济指标对比是以目前的市场价格为依据的，仅作为参考。

4节电效益

据调查，河北的某1780mm热连轧生产线，采用的交-直-交变频主传动系统，自投产以来吨钢电耗始终稳定在 80KWh/t-90KWh/t，而广西的同样的1780mm热连轧生产线，采用交-交变频主传动系统，自投产以来吨钢电耗始终稳定在 90KWh/t-100KWh/t。相比较可以看出，前者的吨钢电耗至少低约10KWh/t 。

若按照1780mm热连轧生产线的设计产能约350万吨计算，吨钢电耗每降低10KWh/t ，一年就可以节约用电约3500万 KWh。工业用电价格按照0.5元/KWh 计算，则相应的每年可以节约电费约 1750万元。

5结语

通过上述对比可以看出，相对于交-交变频主传动系统，虽然交-直-交变频主传动系统的初次投资比较高，但是其经济、技术指标优势显著，特别是投产两年以后，在企业用电管理得当、生产线正常运行的前提下，节电产生的经济效益将非常可观。

参考文献：

[1]天津电气传动设计研究所编著.电气传动自动化技术手册第2版.机械工业出版社，2006.

[2]何春鸿.热轧主传动变频调速系统方案探讨.华东科技，2009，（5）.

[3]刘睿.八钢热轧主传动交直交变频调速系统. 钢铁技术，2006，（4）.

[4]刘芦陶.热带轧机主传动交交变频与交直交变频调速系统的技术经济比较.设计通讯，2007，（2）.

作者简介：苑喜文（1979―），男，河北秦皇岛人，高级工程师，硕士，从事冶金企业电气设计工作，主要研究方向为电气传动系统、自动化控制系统及工厂高低压供配电系统。