主传动工程详细设计审查文档N.docx

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主传动工程详细设计审查文档N

1主传动技术数据

1.1供电系统

主传动供电电压：

35KV+10%，-5%

10KV+10%

低压供电电压：

380V10%；3相4线操作电源

380V10%,同步变压器控制电源

电源频率：

50Hz2%

1.2环境要求

●温度要求

储存时：

－250C～＋500C

运输时：

－250C～＋500C

运行时：

00C～＋400C

放置交交变频主柜的房间室温要求小于等于300C，放置控制柜及辅助电源柜的房间室温要求为小于等于300C。

环境温度为＋250C时，相对湿度不大于85％，且无结露现象。

周围空气中无足以损坏绝缘和腐蚀金属的气体及导电尘埃、无易燃易爆介质。

安装地点没有剧烈振动与冲击，安装倾斜度不大于5％。

放置交交变频功率柜的房间要求封闭，空调冷却。

各柜电缆进口要求封闭，与外界隔绝。

装置采用风冷方式，每台变频柜均有风机强迫风冷。

●施工要求

高低压动力电缆与控制信号电缆隔层铺设，控制线采用多股软线，所有接线采用压接工艺。

●接地要求

每套SIMADYND控制系统要求，接地电阻小于1，连接导线50mm2，引至电控柜下，每个柜体要求可靠地与厂房大地连接。

1.3主传动电机技术数据

●水平轧机电机电气数据

名称

粗轧

精轧F1-F3

精轧F4

数量

型式

同步机

功率（kW）

8000

额定电压（V）

1650

额定电流（A）

2915

2875

2870

转速（r/min）

45-100

100-230

113-260

频率（Hz）

6-13.33

6.67-15.33

7.53-17.33

过载

250%1分钟

225%1分钟

功率因数

1.0

极数

16p

励磁电流（A）

769

593

592

励磁电压（V）

247

190

174

效率

96.1%

97.4%

97.5%

名称

精轧F5

精轧F6

精轧F7

飞剪CS

数量

型式

同步机

功率（kW）

7500

7000

2300

额定电压（V）

1650

额定电流（A）

2700

2696

2510

825

转速（r/min）

176-416

209-500

240-585

600

频率（Hz）

5.87-13.87

6.97-16.67

8-19.5

过载

225%1分钟

300%5秒

功率因数

1.0

极数

励磁电流（A）

902

908

873

540

励磁电压（V）

效率

97.1%

97.3%

97.5%

97%

2主传动变频控制装置

2.1概述

主传动电动机为交交变频变流装置供电的交流同步机，控制装置采用SIEMENS公司的SIMADYND全数字矢量控制系统。

2.2交交变频主回路

2.2.1高压供电

电动机的主整流变压器一次侧为35KV供电，励磁变压器一次侧为10KV供电。

定子主回路分别由1台35KV高压开关对一台电机单独供电，同时，向电机供电的主整流变压器接法互相错开，以减少供电高次谐波。

由一台副边双分裂整流变压器分别为粗轧机上、下辊电机的励磁供电；由五台整流变压器分别为为精轧机F1-F7机架以及飞剪电机的励磁供电。

粗轧系统供电系统单线图如附图1所示。

精轧系统供电系统单线图如附图2所示。

2.2.2低压辅助供电

全线轧机主传动电机的低压控制回路由35KV经两台50KVA的同步变压器供电。

电机的低压操作回路由现场来的三相四线380V/50Hz电源供电。

低压辅助供电单线图见附图3。

2.2.3主回路系统结构

交交变频器由三台电网自然换流无环流可逆的三相桥式变流器组成，对应同步电机定子A，B，C三相，每相连接成三相桥式电路。

三相交交变频器采用逻辑无环流、三相有中点方式，由副边三分裂整流变压器供电，各台整流变压器接法互相错开，以减少供电高次谐波。

输出端采用星点联接，电机定子绕组为三相星接，电机星点和变频器星点独立。

主回路系统结构原理图如附图4所示。

这种结构的优点是:

可以采用交流偏置技术,使整流变压器二次电压降低、晶闸管电压安全系数提高、变频器容量降低、电机内无三次谐波。

同步机定子三相交交变频采用逻辑无环流三相有中点方式，其特点为：

·采用耐压4200V晶闸管元件，交交变频器最大输出峰值电压2333V。

·采用全关断光电检测零电流技术，使无环流切换死区减少到≤1.1ms；

·采用LEM电压变换器，以实现实际电压值的检测。

·采用变频器输出侧直流电流检测做电流闭环控制、及电流保护。

·采用六脉冲传输同轴电缆，提高了触发系统的抗干扰能力；

·每台主柜门板都装有集中显示器，以显示各功率单元的工作情况及主柜的通风情况。

2.2.4主回路的参数计算

1.主整流变压器的选择

根据《钢铁企业电力设计手册》，晶闸管直流供电整流变压器二次电压U2L的计算公式：

UDH

--直流输出电压

（UDH=0.85*

）

ID/IDH

--电流过载倍数

（ID/IDH=2.5）

Udf

--晶闸管元件压降

（Udf=1V）

--晶闸管元件串联数

（n=1）

--电路联接系数

（A=1.35）

--电网波动系数

（β=0.98）

--系数（0.04-0.08）

（Y=0.04）

αmin

--最小移相角

（αmin=19∵βmin=161）

Ude

--变压器短路比

（Ude=7%+0.2%）

Ie/Ien

--变压器过载倍数

（IB/IBH=3.0）

--系数值

（C=0.5）

实际选择变压器二次电压为1100V。

-粗轧R1机架变压器容量选择按长期过载1.15倍考虑:

p=1.732×u×Imn×0.816×1.15=1.732×1100×2860×0.938=5111KVA

式中：

Imn--电机额定电流。

实际粗轧整流变压器选为16000KVA。

-精轧F1-F4机架变压器容量选择按长期过载1.15倍考虑:

p=1.732×u×Imn×0.816×1.15=1.732×1100×2860×0.938=5111KVA

式中：

Imn--电机额定电流。

实际整流变压器选为16000KVA。

-精轧F5-F6机架变压器容量选择按长期过载1.15倍考虑:

p=1.732×u×Imn×0.816×1.15=1.732×1100×2700×0.938=4825KVA

式中：

Imn--电机额定电流。

实际整流变压器选为15000KVA。

-精轧F7机架变压器容量选择按长期过载1.15倍考虑:

p=1.732×u×Imn×0.816×1.15=1.732×1100×2520×0.938=4503KVA

式中：

Imn--电机额定电流。

实际整流变压器选为14000KVA（3x4700KVA）。

-飞剪变压器容量选择按长期过载1.15倍考虑:

p=1.732×u×Imn×0.816×1.15=1.732×1100×850×0.938=1520KVA

式中：

Imn--电机额定电流。

实际整流变压器选为5000KVA。

整流变压器一次侧电压为35KV，均采用原、副边三分裂绕组油浸式变压器，网侧和阀侧之间加设屏蔽层，屏蔽层接地。

为减少电网侧高次谐波，整流变压器依次分别采用、Y联结方式，互相错开300。

主整流变压器技术数据

机架

R1上/下辊

F1-F4机架

数量（台）

单台容量

16000KVA

一次电压

35KV

二次电压

1.1KV

频率

50Hz

连接组别

D,D,D/d0,d0,d0

D,D,D/y11,y11,y11

2*D,D,D/d0,d0,d0

2*D,D,D/y11,y11,y11

短路阻抗

>=8.5%

冷却方式

风冷

温度保护

有

报警

650C

跳闸

800C

分接抽头

+5%

机架

F5-F6机架

F7机架

飞剪

数量（台）

单台容量

15000KVA

14000KVA

5000KVA

一次电压

35KV

二次电压

1.1KV

频率

50Hz

连接组别

D,D,D/d0,d0,d0

D,D,D/y11,y11,y11

D,D,D/d0,d0,d0

D,D,D/y11,y11,y11

短路阻抗

>=8.5%

冷却方式

风冷

温度保护

有

报警

650C

跳闸

800C

分接抽头

+5%

2.晶闸管元件的选择

粗轧R1机架

粗轧机R1上/下辊每台电机由6台晶闸管反并联6脉冲功率柜组成，每个功率柜装12只晶闸管元件，选用ABB公司四英寸3960A/4200V元件共72只，分别装入6个功率柜中，每相变频器采用TCP2-120/400-11功率柜2台。

选择晶闸管元件的电压安全系数为2.7倍，当电机过载2.5倍时，电流安全系数为1.50倍。

-精轧F1-F4机架

为统一备件精轧机主柜做同样选择。

精轧机F1-F4机架每台电机由6台晶闸管反并联6脉冲功率柜组成，每个功率柜装12只晶闸管元件，选用ABB公司四英寸3960A/4200V元件共72只，分别装入6个功率柜中，每相变频器采用TCP2-120/400-11功率柜2台。

选择晶闸管元件的电压安全系数为2.7倍，当电机过载2.25倍时，电流安全系数为1.67倍。

-精轧F5-F6机架

为统一备件精轧机主柜做同样选择。

精轧机F5-F6机架每台电机由6台晶闸管反并联6脉冲功率柜组成，每个功率柜装12只晶闸管元件，选用ABB公司四英寸3960A/4200V元件共72只，分别装入6个功率柜中，每相变频器采用TCP2-120/400-11功率柜2台。

选择晶闸管元件的电压安全系数为2.7倍，当电机过载2.25倍时，电流安全系数为1.76倍。

-精轧F7机架

为统一备件精轧机主柜做同样选择。

精轧机F7机架电机由6台晶闸管反并联6脉冲功率柜组成，每个功率柜装12只晶闸管元件，选用ABB公司四英寸KP3960A/4200V元件共72只，分别装入6个功率柜中，每相变频器采用TCP2-120/400-11功率柜2台。

选择晶闸管元件的电压安全系数为2.7倍，当电机过载2.25倍时，电流安全系数为1.89倍。

-飞剪

飞剪电机由3台晶闸管功率柜组成，每个功率柜装12只晶闸管元件，选用ABB公司四英寸3960A/4200V元件共36只，分别装入3个功率柜中，每相变频器采用TCP2-120/400-11功率柜1台。

选择晶闸管元件的电压安全系数为2.7倍，当电机过载3倍时，电流安全系数为2.2倍。

·各机架变频功率柜选择

轧机

R1上/下辊

F1-F4机架

F5-F6机架

F7机架

飞剪

主柜数量（台）

6/6

6/6/6/6

6/6

电机容量

8000KW

7500KW

7000KW

2300KW

电机电压

1650V

电机电流

2915A

2875A

2700A

2510A

825A

过载

250%

225%

300%

每相并联数（台）

交流额定电压

1100V

晶闸管参数

3960A/4200V

晶闸管数量（只）

2*72

4*72

2*72

1*72

1*36

主柜型号

TCP2-120/

400-11

TCP2-120/

400-11

TCP2-120/

400-11

TCP2-120/

400-11

TCP2-120/

400-11

·主回路开关

粗轧机R1上/下辊、精轧机F1-F7机架、飞剪均采用高压真空开关加主回路隔离开关方案，交流高压真空开关接在变压器一次侧负责给变频器供电，正常的合/分闸以及事故跳闸。

隔离开关接在变频器与电机定子绕组之间，作为无负荷开关隔离变频器与电机的联系，主要用于检修及长时间停机。

2.3交交变频励磁主回路

交交变频同步电机转子励磁由晶闸管直流变流器供电，同步电机转子电流随负荷变化，当电机过载2.5倍时，转子电流和转子电压也近似增加到额定值的2.5倍。

*R1上/下辊励磁变压器

交流同步电机转子额定电压247V，额定电流769A。

当电机过载2.5倍时，转子电压大约为617V。

整流变压器二次电压选择为：

u2l=600V

变压器容量按长期过载1.15倍考虑:

容量p=1.15×1.732×u×Imn×0.816=750KVA

式中：

Imn--电机额定电流。

上/下辊励磁变压器选择：

一台副边双分裂绕组油浸式变压器，容量1600KVA。

*精轧F1-F4机架励磁变压器

交流同步电机转子额定电压190V，额定电流593A。

当电机过载2.25倍时，转子电压大约为427V。

整流变压器二次电压选择为：

u2l=400V

变压器容量按长期过载1.15倍考虑:

容量p=1.15×1.732×u×Imn×0.816=386KVA

式中：

Imn--电机额定电流。

励磁变压器选择：

F1、F2共用一台副边双分裂绕组干式变压器，容量800KVA；F3、F4共用一台副边双分裂绕组油浸式变压器，容量800KVA；。

*精轧F5-F6机架励磁变压器

交流同步电机转子额定电压86V，额定电流902A。

当电机过载2.25倍时，转子电压大约为193V。

整流变压器二次电压选择为：

u2l=200V

变压器容量按长期过载1.15倍考虑:

容量p=1.15×1.732×u×Imn×0.816=295KVA

式中：

Imn--电机额定电流。

励磁变压器选择：

F5、F6共用一台副边双分裂绕组干式变压器，容量600KVA。

*精轧F7机架励磁变压器

交流同步电机转子额定电压67V，额定电流873A。

当电机过载2.25倍时，转子电压大约为151V。

整流变压器二次电压选择为：

u2l=200V

变压器容量按长期过载1.15倍考虑:

容量p=1.15×1.732×u×Imn×0.816=283KVA

式中：

Imn--电机额定电流。

励磁变压器选择：

一台三相干式变压器，容量300KVA。

*飞剪CS励磁变压器

交流同步电机转子额定电压33V，额定电流540A。

当电机过载3倍时，转子电压大约为99V。

整流变压器二次电压选择为：

u2l=100V

变压器容量按长期过载1.15倍考虑:

容量p=1.15×1.732×u×Imn×0.816=88KVA

式中：

Imn--电机额定电流。

励磁变压器选择：

一台三相干式变压器，容量100KVA。

励磁整流变压器技术数据

机架

R1上/下辊

F1-F2机架

F3-F4机架

F5-F6机架

F7机架

飞剪

数量（台）

单台容量

1600KVA

800KVA

600KVA

300KVA

100KVA

一次电压

10KV

二次电压

600V

400V

200V

100V

频率

50Hz

连接组别

D/d0,y11

D/d0

D/y11

短路阻抗

>=6%

冷却方式

自冷

温度保护

有

报警

650C

1250C

跳闸

800C

1400C

分接抽头

+5%

2.3.2励磁整流晶闸管的选择

粗轧机R1上/下辊、精轧机F1-F7机架、飞剪电机励磁回路，均选用金自天正的KP1000A/2400V元件共6只，装入1个TCP1-066/140-10功率柜中。

共10台励磁功率柜。

2.4交交变频控制系统

本系统采用西门子公司的SIMADYND全数字控制系统分别对各机架电机实现控制，在系统中实现数据交换、监视和统一管理。

系统的基本组态如下所述：

以SIMADYND为基础的传动控制级，完成对电机的调速控制，包括同步电机的矢量控制、电机的启停控制和电机保护，同时为了使SIMADYND能实现本地现场数据采集，故障显示及诊断，建立了本地通讯网。

采用一套数据通讯网实现综合控制，将SIMADYND设备及上位机有机地连接起来帮助实现高级控制和集中管理。

2.4.1矢量控制系统原理

同步电机的磁场定向控制系统的框图见附图5。

交流同步电机采用自同步控制方式，定子电流由磁场定向控制系统分解为两个独立的直流分量，即电流的转矩分量IM和激磁分量IT，与直流调速相同，转矩分量设定值由速度调节器决定，激磁分量设定值由电机功率因数COSφ及电流模型计算出来。

与同步电机同轴相联的光电编码器检测电机的转子位置信号Cosλ和Sinλ，由转子模型单元计算出负载角Cosδ和Sinδ，以及励磁电流给定值Ifd。

转子位置角λ与负载角δ相加可得磁场定向旋转角Φ。

根据当前电机运行的实际反馈值及系统设定值，计算出给定电流的转矩分量及激磁分量，给定电压的转矩分量和激磁分量，再经过矢量的旋转变换和2/3变换，形成三相定子电流给定值Ia、Ib、Ic，这些值送入带电流断续自适应调节，电压前馈控制的电流调节系统。

2.4.2SIMADYND硬件配置说明

在本热连轧主传动系统中，每台同步电机都配有一套全数字控制装置，以完成各自的电机控制、保护和故障诊断等任务。

控制装置硬件由欧洲标准尺寸的高抗干扰和容错性的插入式线路板组成，模板按功能分为通用处理器板、特殊任务处理器板、存储器板、数字输入/输出板、模拟输入/输出板，根据不同的任务需要可任意配置。

各处理器之间的数据传送通过系统总线来完成，处理器模板可以独立地完成分配给它的任务，实现多处理器并行工作。

外部开关信号通过输入/输出模块连接，这些标准接口模块提供电气隔离、信号的匹配和变换，用于操作监视和服务的外围装置通过总线或串行接口联接起来。

同时，控制装置还提供多种通讯手段与其他设备、系统进行数据传输，包括控制装置与上位机间的通讯；控制装置之间的通讯以及与下位机间的数据传输等等。

SIMADYND硬件配置图如附图7所示

2.4.3SIMADYND控制系统软件说明

本项目中SIMADYND控制系统实现交交变频同步电机矢量变换运算（矢量控制原理图如附图4所示。

）。

系统还分别给各个处理器设计了管理程序，用来管理通过系统内部总线的处理器之间的数据交换，通过现场总线实现与远程I/O站的数据交换，SIMADYND设备与上位机的数据传输以及与用于实现故障诊断、运行监控画面之间的信息传递由通讯网络完成，同时，系统支持运行中的在线调试。

软件主要功能：

●闭环控制功能

●开环控制功能

●定位功能

●逻辑控制功能

●扁头定位功能

●负荷平衡控制功能

负荷平衡的控制原理图如附图7所示

●防扭振控制功能

2.4.4控制系统通讯

整个通讯系统按不同的通讯任务分为三个层次进行设计：

-SIMADYND本地通讯主要完成传动控制设备的现场数据采集、本地操作以及故障自诊断等任务。

-信息管理通讯负责系统各类信息的收集、处理、存储、检索以及输出。

-SIMADYND与上一级控制系统之间数据传输以实现连续生产过程控制、系统协调及最佳控制。

2.4.5SIMADYND本地通讯

SIMADYND作为单台电机的控制系统要实现其本身的电机控制，逻辑操作，电机保护及故障诊断等任务，这样需有一套独立的本地通讯网，以实现其本身的控制任务。

SIMADYND配置CS7通用通讯板，SS52通讯子板挂靠在CS7通讯板完成本地通讯任务：

SS52使用SINECL2DP通讯协议，用以实现SIMADYND通过现场总线与远程I/OET200之间的数据传输，主要任务是支持SIMADYND对现场的数据采集及控制信号传送。

为每台轧机的控制装置选配两套ET200远程I/W系统，完成电机侧的现场数据采集。

电机侧ET200：

定子绕组温度检测

轴承润滑状况

轴承温度检测

电机空水冷却器状况

高压侧ET200：

定子高压开关信号

转子高压开关信号

整流变压器信号

2.4.6信息管理及系统监控

为每台SIMADYND控制设备配置两块通讯子板SS4。

一块SS4使用DUST1通讯协议用以实现SIMADYND与调试用PC机的数据通讯，主要任务是支持ServiceIBS服务软件的在线访问，以协助现场调试。

另一块SS4与SIEMENS公司专用操作面板OP2N进行数据交换，实现信息管理及传动系统的故障收集、显示、诊断以及对系统运行状态的显示。

完成运行参数监视、故障报警、开环调试运行等功能。

2.4.7系统过程控制通讯

SIMADYND控制设备CS7+SS52通讯子板以支持SINECL2-DP通讯协议。

SIMADYND控制设备配置SS52通讯子板，通过SINECL2-DP网络完成与上位机的通讯，实现对传动系统的控制。

SINECL2-DP是一种欧洲标准的现场总线协议，因此，在与现场其他自动化设备接口时，其兼容性比较好。

附图8：

粗轧通讯系统框图；

附图9：

精轧通讯系统框图

2.4.8系统保护与逻辑接口设计

2.4.8.1保护系统设计

交交变频同步电机调速系统设置了以下保护：

-过电压保护

-过电流保护

-过速度保护

-设备过热保护

-接地保护

2.4.8.2过电压保护

●定子回路过电压保护

-变压器二次侧安装高能压敏电阻吸收，吸收变压器操作及高压开关动作过电压。

-变频器输出侧安装高能压敏电阻吸收，吸收电机启停及变频器升降过电压。

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