公共直流母线在双边剪系统中的应用

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【摘要】传统的变频传动方式存在对系统冲击大，能耗高等缺点。济钢中厚板厂2500轧钢区域在双边剪交流传动系统中使用公共直流母线系统整流单元与整流回馈单元并接使用的方法，使得设备高效稳定的运行，节约了成本，同时实现了节能降耗的目的。

【关键词】公共直流母线；整流/回馈单元；双边剪

1.前言

双边剪对传动设备的同步性要求较高，辊道传送钢板时负载惯性大[1]，制动时从电机回馈的能量将抬高直流环节电压；由于自动剪切的要求，横移及刀缝调节等辅助设施需频繁启动，电机在电动与发电状态频繁切换，对传动系统冲击较大。如果采用传统的制动方式，消耗功率大。最理想的是把电能量反馈回电网，这种系统不但性能好、运行效率高，而且运行经济、技术含量高、维护量大大减小[2]。因此，济钢中厚板厂在双边剪电气传动系统中引入公共直流母线技术，由整流/回馈单元加公共直流母线对传动系统供电，所有逆变器均挂接在直流母线上，构成一个公共直流母线系统。

2.公共直流母线系统构建思路

2.1 公共直流母线系统的应用方式

济钢中厚板厂2500轧钢区采用直流母线（以下简称为NRU）与整流/回馈单元（以下简称为RGU）并联的方式构成，选用2000A NRU + 1000A RGU（460VAC进线），电压高于456V，整流回馈电源的回馈侧可不加自耦变压器[3]。采用罗克韦尔公司AB品牌的2364F系列，型号为：2364PA-S4JB-6P-4EA-1R-710P-715P-14LSP-14AFL-14HAPC-M3EW，整套系统的的构成如图1所示。

当公共直流母线上电时，NRU直流侧电压值为交流侧电压值的1.35倍[4]，RGU输出直流侧的电压为交流侧电压的1.52倍，这样NRU并不投入，此时只有RGU提供公共直流母线电压。当公共直流母线电流超过RGU的额定电流的10%时，直流母线的电压下降为1.35倍的交流电压，这时候NRU接入。此时为公共直流母线正常的工作状态；当直流母线的电压高于或等于1.52倍的交流电压时，NRU、RGU的整流部分都无电流流过，RGU工作在回馈状态。

2.2 电气传动及自动化控制系统的选择

双边剪主体设备包含2台圆盘式双边主剪电动机（180kW）、2台碎边剪主电机（200kW），入口、出口钢板夹送辊传动电机共8台（每台22kW），双边剪出口、入口辊道台单传辊道电机6组，主剪附属电机（刀缝调整、双边剪横移电机9台），另外还有激光划线自动定位调整电动机2台。传动系统采用AB系列1336T、1336E、1336F系列逆变器对电机进行传动控制。

自动化控制系统主要包括：2只1756-L63 CPU模块，5只控制网组态模块CNB，1只设备网组态模块DNB，1只以太网组态模块ENET，11个远程、本地FLEX I/O站。

3.RGU参数的确定及软件的应用

3.1 RGU关键参数的确定

在该系统中，确定RGU的参数较为重要。其中参数12为外部电感值，包括电力变压器漏感及RGU电感。通过查手册可以确定RGU的型号2364FA-NNB对应的N-CODE的电感值为102uH[5]。在济钢中厚板厂双边剪系统中，整流变压器副边电压为460VAC，频率为50HZ，漏感百分比为6.08%，计算得：

（保留整数）

式中：――外部电感值；――变压器漏感值；――RGU的电感值。

所以设置12号参数为115uH。

第203号参数为公共直流母线外部电容的综合，查相关逆变器手册计算电容值为：

，此参数的单位为，故设置此参数为18388

第205号参数为电压环带宽，设置：

由于采用NRU+RGU并用的方式，第35号参数HOST MODE必须设为0000 0000 0000 1001。

3.2 RGU数据的采集

通过罗克韦尔公司的Logix5000软件将RGU组态至控制网上，并通过AB拥有的DATALINK方式，采集RGU的电流、功率、电压至自动化系统中，通过以太网方式与监控系统进行通讯[6]，监控系统画面采用RSview SE的开发版RSview studio软件编写。维护人员可以随时掌握关键参数的变化情况，监控现场设备的运行情况，如果发生故障，在上位机中也可以及时发出报警和故障代码，方便维护人员进行检查维护。

4.系统应用及改进

公共直流母线系统自2005年在济钢中厚板厂2500轧钢区双边剪公共直流母线系统投用后，曾经出现过一次在空载时RGU及所有逆变器报过压的情况。经观察发现此类情况多发生在双边剪未生产时，当公共直流母线系统空载时，系统状态如图四所示，这样当交流侧电压高时，就会造成直流侧电压升高。

济钢中厚板厂2500轧钢区变压器主边电压为6kV，副边电压为460VAC。当双边剪未生产时，负载极小，可视为空载状态。如果网压波动至6.5kV时，副边电压约为500V，此时直流侧电压约为760V，当直流侧电压超过750VDC时，逆变器会报过压故障[7][8]。鉴于此，在使用时需要网压波动不能超过10%，否则公共直流母线系统不能正常工作。

经过观察，济钢中厚板厂2500轧钢区变压器主边电压正常时为6.3kV，经常向上波动至6.5KV。这样将整流变压器副边变压器档位调整至440VAC，通过计算可以得出当主边电压为6.3KV时，此时副边电压为460VAC，测量结果与计算结果相同。调整后，直流母线稳定运行，再无故障发生。

5.结语

在济钢中厚板厂2500轧钢剪切线双边剪控制系统中应用公共直流母线系统传动，运行可靠，故障较少，系统用电效率最高，电机返馈能量可以被利用，功率因数高等诸多优点，比直流系统约节能35%，因此，公共直流母线技术及其变通的直流母线技术具有较好的应用推广远景。

参考文献

[1]崔凤萍，孙玮，等.中厚板生产与质量控制[M].北京：冶金工业出版社，2008.

[2]陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].北京：机械工业出版社，2000.

[3]王万新.公共直流母线在交流传动中的应用[J].电气传动：2002，5：57-58.

[4]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[5]Rockwell Automation，Parallel DC Bus Supply Configurations User manual，1999.

[6]邓李.Controllogix系统实用手册[M].北京：机械工业出版社，2008，9.

[7]Rockwell Automation，1336 IMPACT Adjustable Frequency AC Drive User manual，2002.

[8]Rockwell Automation，1336 FORCE Adjustable Frequency AC Drive User manual，1998.

作者简介：李晓辉（1983―），男，山东济南人，济钢检修工程公司助理工程师，从事冶金自动化技术工作。