加热炉供电及控制系统改进

加热炉供电及控制系统改进

危燕

(大庆油田有限责任公司第三采油厂第一油矿北二二联合站黑龙江大庆163000)

摘要：随着我国的快速发展，社会在不断的进步，本文介绍了影响辊底式加热炉系统稳定性的几点因素，及对辊底式加热炉燃烧控制系统及供电系统进行了一系列改造。

关键词：供电系统不稳定；安全回路误操作；参数不合理

引言

辊底式加热炉是薄板坯连铸连轧生产线上的一个重要设备，在我国新生代连铸连轧生产线中有50%采用辊底式加热炉。辊底式加热炉既能加热钢坯以达到轧制钢坯的温度，又能将其从铸机出口运送到轧机入口，剔除不合格的钢坯，并且当连铸或轧机换辊或出事故时能起到缓冲的作用以减少连铸的停浇率，节约能源，增加产量。工频加热炉系感应电炉(以下简称电炉)是铁路部门用来将机车车轮加热淬火的一种设备。此设备单相用电负荷(380伏)容量较大。如果电源系统容量较小,而将此负荷单独接于三相系统时,三相系统平衡就会一交到破坏,因此,必须采取措施来解决三相系统不平衡的问题。利用电容器、电抗器与炉子组成三角形负荷,将单相负荷改为三相负荷是实现三相系统平衡的一种方法。本文着重从理论方面进行分析,导出几个有关的计算式,以了解三相平衡的条件、数值关系及其规律.

1影响加热炉系统稳定性的因素

1.1加热炉供电系统不稳定

加热炉供电系统不稳定的一个重要原因是电源“晃电”。“晃电”一般指电网由于雷击、对地短路、及其他外部、内部原因造成电网短时故障、引起的电网电压短时大幅度波动、甚至短时断电数秒钟的现象。加热炉A/B两条线共有7台助燃风机变频器，每年因上述原因均造成3~7次变频器停止运行，从而导致加热炉双线停炉的重大事故。而每次停炉后，大量人员参与从氮气吹扫、空气吹扫、做爆炸试验、引煤气、点炉升温至正常温度的全过程须5~7小时，给双线连铸连轧每年造成数百万的严重经济损失。而且，每次停炉后，高温煤气、空气混入助燃风机风道内，如果氮气吹扫不合格会直接引起风道内煤气爆炸，对人身、设备安全构成了极大威胁。

1.2无功功率自动补偿

设备的电容投切判据是某相或某两相电压与电流的相位差,因此很可能由于该设备的某相进线电流超前相电压一个夹角致使电压升高,危害电网。为此,以现有器件为基础,对感应加热炉供电系统进行自动化改造,最大程度地平衡三相功率,改善功率因数。1.3加热炉设备检测元件参数设置不尽合理因煤气加压站、空压站故障或检修造成煤气空气压力、流量波动以及热电偶自身原因而导致加热炉执行机构和仪表检测元件异常动作并造成切炉的现象，为此根据现场实际情况有必要对AB两条线的设备控制参数进行优化，达到了生产和设备稳定可靠运行。

2系统的改造

2.1助燃风机变频器控制回路改造

因UPS具有“失压”或零切换时间的功能，助燃风机变频器柜内控制电源决定采用UPS（不间断电源）供电。因为我厂UPS配电柜均为220V供电，而变频器柜内控制电源要求为380V，所以变频器控制电源回路可设计修改为：取自UPS配电柜220V电源备用开关，经220/380V升压变压器后，依次分配给A线1-3区、4-5区、7区变频柜，B线1-3区、4-5区变频柜；各变频柜内分别增设一只两相380V控制电源开关，分别供柜内的两个控制电源变压器。（将变频器柜内两个控制电源变压器的配接线进行整改，电源由增设的两相380V控制电源开关进行控制。）这样，如果变频器主回路电源出现瞬间低电压或断电时，变频器控制电源会始终不间断供给，保证控制回路正常工作，变频系统稳定、可靠运行。说明：原柜内两个控制电源变压器作用如下：一台变压器快熔输入侧取自柜内主回路断路器380V两相输出端，供风扇电源和控制板电源；另一台变压器快熔输入侧取自柜内整流器交流输入380V两相输入端，供触发板电源。主回路为二级管整流，经预充电、制动单元、逆变器输出控制电机运行；本设计将后增设的整流器输出并联到预充电前的直流母线两端，以确保变频器直流电压不因电网波动或电机加减速过程中能量交换而引起突变从而造成变频器内部短路或运行故障。

2.2软件设计

据实际经验,设备运行稳定后感应电流变化不会很大,电容、电感的各项参数也不会突变,闭环控制有可能引发投、切振荡,综合考虑系统采用开环控制,PLC通过采样负载电流有效值I1、cosφ1计算补偿电容,平衡电容、电抗的投切量,在Q1、Q2没有触发信号时控制KM2～KM11的开、关组合,在Q1、Q2有触发信号时控制可调电容C5、C6、C15在1s周期内的投、切占空比。根据设备工作特点,程序设计采用一种有别于快速傅立叶变换(FFT)的算法求取电压、电流基波分量A1、B1,进而计算电压、电流有效值和cosφ。为避免用户程序冗长,系统采用外围电路检测电压频率及倍频:电压、电流经过低通滤波处理后经电压比较器(LM393)转换为方波信号,再由锁相环芯片(CD4046)、分频芯片(CD4040)、整形芯片(74HC123)等完成锁相且128倍频,接入PLC的数字输入端I0.0,PLC进行上升沿检测,控制A/D转换的采样时刻,保证每个电压信号周期准确、均匀地采样128点。改造后设备运行表明,单位产量月能耗平均下降5%,设备故障率也大幅下降。

2.3煤气安全回路改造

在煤气安全回路速断阀停止按钮两侧并联一个空气断路器，电源也设置在点火盘内。在正常生产过程中，该空气断路器保持合闸状态；切炉前，将该断路器分闸。这样便有效地防止人为碰触速断阀控制按钮造成区域停炉事故的发生。

2.4变频器零序互感器改造

加热炉供电网络采用三相四线制，因工作电源电压比保安电源电压高，而且直流侧通过变频器与电机进行的能量交换所产生的电流流经变频器交流入线侧的零序电流互感器，造成双路电源送电后该变频器报接地故障而无法使变频器正常工作。为此，将变频器交流输入侧的零序互感器引出线摘除，在变频器输出端（电机侧）增设一个零序互感器，将其引出线接入控制板原插口，仍保留零序保护。这样，变频器或电机出现接地短路等故障发生后变频器功率元件可靠关断，及时切断电源，保护变频器和电机。

2.5主电路设计

经分析,决定采用晶闸管投切电容器(TSC),根据功率因数的大小,通过控制双向晶闸管的通断,从电网中接入、断开电容器。TSC对于时间常数很大的温度系统,采用周波控制(设定晶闸管的通、断周期为0.5s或1s),基本可以认为是无级调节,而且不会产生通常意义的谐波污染。改造中为避免电网电压闪变,控制双向晶闸管Q1、Q2在供电开始时零电压导通,供电结束时零电流截止,外加电路使电容可变、可调,所有可变电容采用二进制配置、可调电容大小为二进制中最小的电容量.

结语

改造以来，故障次数明显降低，提高了设备可开动率，降低了生产成本加，确保了生产的顺行，机构设计也会不断的加强和完善。

参考文献:

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