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【摘要】对鞍钢无缝钢管厂Φ177石油管生产线工程低压电气设备的供配电、电气传动及基础自动化的设计进行分析阐述。
【关键词】Φ177石油管生产线；供配电；电气传动；基础自动化；设计
1.引言
根据国内外无缝管市场供求关系，结合无缝厂现有热轧管机组设备能力，鞍钢新建Φ177石油管生产线，生产热轧无缝管高端产品，如石油管、石油套管和管线管，并通过新建调质热处理线进一步提高钢级，扩大产品附加值。本文主要对该工程低压电气设备的供配电、电气传动及基础自动化的设计进行分析阐述。
2.工艺传动设备
本工程主要内容有：利旧并改造中型厂现有主厂房，新建1座环形加热炉、1台菌式穿孔机，引进5机架PQF连轧管机，新建14架微张力定径机、2台步进式冷床，引进2台排管锯，新建2台矫直机、1台探伤机，新建1条钢管精整线，总装机容量54397kW，工作容量52240kW，其中主传动装机容量10220kW，年耗电量1.75×108kWh。
3.供配电系统
3.1负荷情况
3.1.1计算负荷
P30=29300kW Q30=25000kvar S30=38500kVA COSΦ=0.761
3.1.2负荷类别与电压等级
石油管生产线用电设备除加热炉供水泵、消防水泵为一类负荷，外其它均属于二类负荷。本方案分别按一、二类负荷供电，事故时由保安电源自动切换。
电气传动设备确定电压等级如下：
变压器一次电压 l0kVAC
主传动 660VAC
低压配电网络电压 380/220VAC
安全电源电压 36VAC
照明网络电压 380/220VAC
10kV高压系统操作电压 220VDC
控制系统操作电压 220VAC/24VDC
3.2低压供配电系统
3.2.1低压配电系统
采用电源中心（PC）—电机控制中心（MCC）系统。
低压配电系统的结线：
变压器二次侧经受电开关直接馈至自耦变压器一次侧的接线方式。保安电源系统采用单母线接线方式馈电。MCC系统的低压供电系统采用单母接线方式馈电，加热炉供水泵、消防水泵等重要负荷事故时由保安电源馈电。
3.2.2设备选择及保护
变压器选择
本工程选用二十六台节能型铜芯动力/整流变压器，10kV高压侧设置负荷开关。变频装置供电变压器最大容量为两台4600kVA穿孔机干式整流变压器，MCC及其它负荷供电变压器最大容量为四台2000kVA，保安电源变压器容量为2500kVA。
低压配电柜采用抽出式开关柜，MCC采用插拨式柜。
低压配电系统的受电柜设速断、短延时过电流、长延时过电流保护；馈电柜设速断、过电流保护。
4.电气传动
4.1概述
根据用电负荷的分布情况，生产线分别设置主电室、管坯区电气室、环形炉电气室、钢管感应加热炉电气室、精整电气室、冷床区液压站电气室等，分别控制各自区域的用电设备。
本工程轧线工艺布局紧凑，轧制节奏快，轧制过程温降低、PQF连轧管机等设备响应速度快，各区域机组的任何一个设备出现故障均影响全线的生产，因此要求电气传动装置应具有高可靠性。
4.2电动机
轧线的电动机大部分为各区域可调速的辊道变频电机，此外还有装出料机、炉底机械、移钢机、切头、切尾锯、鼓风机、引风机、液压站、润滑站油泵电机等，最大容量的为四台1500kW穿孔机上/下辊主传动电机，调速和不调速电机，均采用交流电动机。
4.3变频调速系统
对于需要调速的交流电机，采用带自耦变压器的公共整流—逆变单元，即直流公共母线供电。主轧区连轧管机和芯棒循环区主传动的传动装置为意大利ANSALDO公司的GT 3000系列变频器，整流装置采用SPDMR 3K6W系列，可保证较高的网侧功率因数和较快的系统动态反应速度；逆变器采用SVGTA1系列，为电压源型IGBT全数字逆变器，PWM脉宽调制和矢量控制，使得变频器在零速下也能得到与直流驱动一样的动态响应，完成转矩控制、速度控制环、故障保护、远程配置、监测、故障检修等多种控制。
5.基础自动化
5.1概述
本生产线采用三级计算机控制系统：零级为传动控制级，由传动装置、MCC、阀门、极限、控制台、控制箱等组成，完成现场各设备的协调控制；一级为基础自动化控制级，采用高性能的控制器完成整条生产线的速度、张力及顺序等控制；二级为生产过程管理级，由PC以及相应的服务器组成，为一级系统下发生产计划数据，数学模型计算，向三级系统提供生产管理数据；三级为管理计算机，负责制定全厂的生产计划及成品发货管理。
5.2基础自动化控制功能
从环炉上料到精整下线，系统对各段工艺设备进行逻辑控制、速度控制、张力控制、位置控制、跟踪控制、机组工艺段的化学处理，加热炉等控制、液压、润滑等辅助系统控制、生产线的启/停和紧急停车控制、HMI画面显示、故障报警及数据采集等。根据无缝厂生产的特点，基础自动化采用多区分散控制、集中监视管理的原则，各系统独立控制，保证生产连续运行。按照工艺流程，主轧线和流体系统分区域设PLC，轧线各区域设置相应操作站（人机接口HMI），在各操作室、电气室内实现集中监视、数据记录、故障诊断及报警等功能。PLC之间的通讯通过Ethernet实现，PLC与传动系统之间的控制命令及数据通讯通过Profibus-DP网实现，检测系统通过远程I/O采集现场信号。主轧线自动控制选用ANSALDO公司AMS质量保证控制系统，它由多CPU构成，可实现多任务同实时处理，还能向L2级传递数据、轧机运行使能、主令控制、速度控制及补偿、预设定、各设备联锁及逻辑、模拟轧钢、诊断和报警、轧制表管理功能等。
5.3全线操作分为三种
1）全自动操作：由HMI实现全自动操作。2）半自动操作：由机旁操作箱或操作台实现，用于检修后调试。3）手动操作：由机旁操作箱完成，用于现场检修后的调整。
全线各操作室设操作台，沿生产线设有多个现场机旁操作箱。
在操作台上配置用于操作人员操作的HMI及工业PC机，组成多功能显示系统，可以提供数据处理和资料管理工作。操作台上还配有方便操作的按钮、开关、信号灯等。
6.结语
Φ177石油管生产线工程自调试运行后，产品各项技术性能指标达均到了设计要求。电控系统运行稳定可靠、控制精度高、操作方便、维修简单等特点。
作者简介
赵亮 （1970-），女，辽宁鞍山人，工程师，主要从事电气传动设计工作。
【关键词】Φ177石油管生产线；供配电；电气传动；基础自动化；设计
1.引言
根据国内外无缝管市场供求关系，结合无缝厂现有热轧管机组设备能力，鞍钢新建Φ177石油管生产线，生产热轧无缝管高端产品，如石油管、石油套管和管线管，并通过新建调质热处理线进一步提高钢级，扩大产品附加值。本文主要对该工程低压电气设备的供配电、电气传动及基础自动化的设计进行分析阐述。
2.工艺传动设备
本工程主要内容有：利旧并改造中型厂现有主厂房，新建1座环形加热炉、1台菌式穿孔机，引进5机架PQF连轧管机，新建14架微张力定径机、2台步进式冷床，引进2台排管锯，新建2台矫直机、1台探伤机，新建1条钢管精整线，总装机容量54397kW，工作容量52240kW，其中主传动装机容量10220kW，年耗电量1.75×108kWh。
3.供配电系统
3.1负荷情况
3.1.1计算负荷
P30=29300kW Q30=25000kvar S30=38500kVA COSΦ=0.761
3.1.2负荷类别与电压等级
石油管生产线用电设备除加热炉供水泵、消防水泵为一类负荷，外其它均属于二类负荷。本方案分别按一、二类负荷供电，事故时由保安电源自动切换。
电气传动设备确定电压等级如下：
变压器一次电压 l0kVAC
主传动 660VAC
低压配电网络电压 380/220VAC
安全电源电压 36VAC
照明网络电压 380/220VAC
10kV高压系统操作电压 220VDC
控制系统操作电压 220VAC/24VDC
3.2低压供配电系统
3.2.1低压配电系统
采用电源中心（PC）—电机控制中心（MCC）系统。
低压配电系统的结线：
变压器二次侧经受电开关直接馈至自耦变压器一次侧的接线方式。保安电源系统采用单母线接线方式馈电。MCC系统的低压供电系统采用单母接线方式馈电，加热炉供水泵、消防水泵等重要负荷事故时由保安电源馈电。
3.2.2设备选择及保护
变压器选择
本工程选用二十六台节能型铜芯动力/整流变压器，10kV高压侧设置负荷开关。变频装置供电变压器最大容量为两台4600kVA穿孔机干式整流变压器，MCC及其它负荷供电变压器最大容量为四台2000kVA，保安电源变压器容量为2500kVA。
低压配电柜采用抽出式开关柜，MCC采用插拨式柜。
低压配电系统的受电柜设速断、短延时过电流、长延时过电流保护；馈电柜设速断、过电流保护。
4.电气传动
4.1概述
根据用电负荷的分布情况，生产线分别设置主电室、管坯区电气室、环形炉电气室、钢管感应加热炉电气室、精整电气室、冷床区液压站电气室等，分别控制各自区域的用电设备。
本工程轧线工艺布局紧凑，轧制节奏快，轧制过程温降低、PQF连轧管机等设备响应速度快，各区域机组的任何一个设备出现故障均影响全线的生产，因此要求电气传动装置应具有高可靠性。
4.2电动机
轧线的电动机大部分为各区域可调速的辊道变频电机，此外还有装出料机、炉底机械、移钢机、切头、切尾锯、鼓风机、引风机、液压站、润滑站油泵电机等，最大容量的为四台1500kW穿孔机上/下辊主传动电机，调速和不调速电机，均采用交流电动机。
4.3变频调速系统
对于需要调速的交流电机，采用带自耦变压器的公共整流—逆变单元，即直流公共母线供电。主轧区连轧管机和芯棒循环区主传动的传动装置为意大利ANSALDO公司的GT 3000系列变频器，整流装置采用SPDMR 3K6W系列，可保证较高的网侧功率因数和较快的系统动态反应速度；逆变器采用SVGTA1系列，为电压源型IGBT全数字逆变器，PWM脉宽调制和矢量控制，使得变频器在零速下也能得到与直流驱动一样的动态响应，完成转矩控制、速度控制环、故障保护、远程配置、监测、故障检修等多种控制。
5.基础自动化
5.1概述
本生产线采用三级计算机控制系统：零级为传动控制级，由传动装置、MCC、阀门、极限、控制台、控制箱等组成，完成现场各设备的协调控制；一级为基础自动化控制级，采用高性能的控制器完成整条生产线的速度、张力及顺序等控制；二级为生产过程管理级，由PC以及相应的服务器组成，为一级系统下发生产计划数据，数学模型计算，向三级系统提供生产管理数据；三级为管理计算机，负责制定全厂的生产计划及成品发货管理。
5.2基础自动化控制功能
从环炉上料到精整下线，系统对各段工艺设备进行逻辑控制、速度控制、张力控制、位置控制、跟踪控制、机组工艺段的化学处理，加热炉等控制、液压、润滑等辅助系统控制、生产线的启/停和紧急停车控制、HMI画面显示、故障报警及数据采集等。根据无缝厂生产的特点，基础自动化采用多区分散控制、集中监视管理的原则，各系统独立控制，保证生产连续运行。按照工艺流程，主轧线和流体系统分区域设PLC，轧线各区域设置相应操作站（人机接口HMI），在各操作室、电气室内实现集中监视、数据记录、故障诊断及报警等功能。PLC之间的通讯通过Ethernet实现，PLC与传动系统之间的控制命令及数据通讯通过Profibus-DP网实现，检测系统通过远程I/O采集现场信号。主轧线自动控制选用ANSALDO公司AMS质量保证控制系统，它由多CPU构成，可实现多任务同实时处理，还能向L2级传递数据、轧机运行使能、主令控制、速度控制及补偿、预设定、各设备联锁及逻辑、模拟轧钢、诊断和报警、轧制表管理功能等。
5.3全线操作分为三种
1）全自动操作：由HMI实现全自动操作。2）半自动操作：由机旁操作箱或操作台实现，用于检修后调试。3）手动操作：由机旁操作箱完成，用于现场检修后的调整。
全线各操作室设操作台，沿生产线设有多个现场机旁操作箱。
在操作台上配置用于操作人员操作的HMI及工业PC机，组成多功能显示系统，可以提供数据处理和资料管理工作。操作台上还配有方便操作的按钮、开关、信号灯等。
6.结语
Φ177石油管生产线工程自调试运行后，产品各项技术性能指标达均到了设计要求。电控系统运行稳定可靠、控制精度高、操作方便、维修简单等特点。
作者简介
赵亮 （1970-），女，辽宁鞍山人，工程师，主要从事电气传动设计工作。