高压水除磷泵变频改造的缺陷及措施浅析

2018-06-12王彦查

信息记录材料 2018年7期

董寒，王彦查

（唐山中厚板材有限公司河北唐山 063610）

1 引言

唐钢3500中厚板轧机工程高压水除鳞泵系统设备由二套泵组组成，原两套泵组均由高压离心泵，液力偶合器，电机及相应的检测、控制元件组成。由于新开发轧制钢品种所需除鳞压力的不断加大、原有泵组设备的可靠性差及节能降耗要求等原因，公司对其中一套泵组进行了变频改造，改造后泵组的可靠性得到了提高，亦能满足除磷压力的要求，但电机过热等问题随之而来，该文对除磷泵系统改造后的缺陷及处理措施进行了分析和介绍。

2 高压水除磷泵电机控制方式的改造

2.1 除磷泵电机技术参数

电机型号：KS630-2（哈尔滨电机厂）

额定功率：2800KW

额定频率：50Hz

额定电压：10000V

额定电流：192A

额定转速：2989RPM

定子接法：2Y

绝缘等级：F

2.2 原电机控制方式

图1左为中厚板一线高压水除磷泵电机变频改造前系统构成图，由于该现场元器件繁多复杂，经常发生设备事故导致轧线停产。

图1

2.3 改造后电机控制方式

图1右为变频改造后系统构成图，把除磷泵系统中1#电机改为变频控制，采用PowerFlex7000系列电流源型变频器，输入电压6KV，输出电压0～6KV，电机仍采用原有普通电机。2#电机仍为水电阻启动加液力耦合器调速的方式，作为备用。变频器由PLC控制系统输出4～20mA信号控制，实现变频器0～50Hz线性输出，现场检测及控制元器件几乎为零，设备事故减少，同时减小了对机械设备的冲击，延长设备使用寿命。

3 电机控制方式变更后的问题点及处理措施

3.1 控制方式变更后的问题点问题点

分析电机技术参数可知，除磷泵电机为额定电压10KV的普通三相异步电动机，而变频器输出电压为6000V，经多方分析考察论证，最终实施方案为沿用原有10KV普通电机，电机由星接改成角接，电机承受的电压变为5777V，而电流会增大到340A,在电机未采取任何增强绝缘等措施的情况下，这种方案几乎无实例可以参考，需要论证电机尤其是电机三相绕组的引出线能否承受增大的电流。

经过一段时间的现场运行考证，发现1#水泵电机升降速平稳，电机运行杂音很小，较之前的液力耦合器调速方式收到了调速平滑，故障率降低及节能降耗的良好效果评价，但电机温度较改造前有明显的温升，实时监测的温度显示瞬间定子最高温度达95℃，已超过控制系统设定的温度报警上限值90℃（图3），尤其在最初轧线精轧机单机架轧制的基础上增加粗轧机双机架轧制后，轧线除磷水需求量激增，另轧制工艺对除磷效果的提升使除磷水管压力由原来的16～18MPa提高为17～19MPa，各因素综合分析，在双机架轧制节奏较快时电机温升过高问题更为突出，此时只能加装临时冷却轴流风机对除磷泵主电机强制风冷，要求轧线降低轧制节奏以降低除磷泵的使用率达到电机降温的目的，以免温度过高导致电机绝缘受损甚至短路接地。此情况严重制约轧线的生产节奏，影响了轧线的产量和经济效益。

图2上为变频器控制除磷泵电机约27次/小时频繁升降速时的电机定子温度曲线，最低温度约为57℃，最高温度约为70℃。

图2

3.2 措施

对普通三相异步电机和变频电机的区别进行分析，变频电机对电磁进行设计时尽可能的减小定子和转子电阻，降低基波铜耗，以弥补高次谐波引起的铜耗增，增加电动机的电感以抑制电流中的高次谐波。在结构设计时，主要也是考虑非正弦电源特性对变频电机的绝缘结构、振动、噪声、冷却方式等方面的影响，加强对地绝缘和线匝绝缘强度，提高对定、转子部件的加工和装配精度，以提高气隙均匀度、转子的动平衡精度和电磁对称性来改善电机的震动和噪声情况，采用强迫风冷降低电机运行温度等。

为降低改善成本，在使用原有三相异步电动机的情况下只能考虑增加原有电机的冷却性能以降低温升。经综合分析论证后考虑由电机原有的水冷方式改造为风水冷却器冷却方式。

冷却器的外形根据原有电机的外形结构进行设计，空水冷却器卧式安装在电机顶部，在一个钢板焊接成的通风柜中装有热交换装置、导流装置、通风机等主要部件，与电机形成一个封闭的循环系统。此冷却器的功能是把电机产生的热空气送至热交换器装置进行冷却，热空气和冷却水经过该热交换装置后，依靠热交换装置的特殊结构，实现气、水之间的热量交换，从而将加热了的空气冷却，冷却水将热量吸收后，通过循环流动带出机外，通过气、水的不断循环，保持电机各部分温度得到冷却。