130t转炉地面车辆改造.doc
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摘要
本文主要介绍转炉厂130t转炉钢包车电气系统的构成及运行过程，以及对130t转炉钢包车电气系统存在的隐患和钢包车电缆卷筒设计上的不足做了简要说明。
针对以上问题，通过现场的实际研究及论证以及对武钢三炼钢钢包车电缆车载滚筒的考察，结合现场实际情况制定了相应的优化方案，并利用新区停炉检修的生产间隙逐步实施。
改造以后，钢包车故障率明显降低，同时增加了电缆使用寿命，降低了设备成本。
关键词：
钢包车、控制、应急备用、车载滚筒、扁平电缆
目录
一、鄂钢转炉厂新一号转炉钢包车电气系统 3
1、 设备简介：
3
2、基本参数：
4
3、 电气原理图：
5
4、电缆卷筒工作原理：
6
二、故障及故障危害分析：
6
1、常见故障：
6
2、故障危害：
8
三、改进措施：
9
1.卷筒车载安装。
9
2.增大电缆卷筒的内径，改用内径为1.2米的电缆卷筒。
10
3.将耐高温圆电缆改为不锈钢扁电缆，并在扁电缆特殊段加耐热套管。
10
4.加电缆沟。
11
5.增加备用变频控制系统 12
四、改进效果 13
1.增加了经济效益。
13
2.保证了生产的顺利进行。
14
3.降低了劳动强度。
14
五、结束语：
14
参考文献 15
一、鄂钢转炉厂新一号转炉钢包车电气系统
1、设备简介：
130吨转炉钢包车是转炉生产和运输的关键设备之一，运行频繁，要求调速范围大，定位精度高，钢包车电动机的控制必须稳定可靠才能可保证生产的正常进行。
在鄂钢转炉厂新1#转炉投产之初，由于设计缺陷，钢包车故障频发，多次对生产造成重大影响。
受转炉厂委托，我们结合多年对30吨小转炉钢包车使用和维修积累的经验，对钢包车运输过程中出现的故障进行了深入的分析。
根据工艺需求和整个控制系统的控制要求，详细分析钢包车上线以后发现的问题后，研究并制定了有效的方案对钢包车进行改造，从而使钢包车的运行满足了生产的需要。
鄂钢130t转炉炉钢包车变频调速系统采用AB公司Powerflex700系列装机装柜型变频器控制三相异步电动机，其中变频器进出线端都接有Cat1321-3R160-B型电抗器，以抑制电路中高次谐波和干扰，钢包车分为炉后、吹氩和机旁三个操作点以及快速、中速和低速三种行走速度。
投产初期，钢包车电缆系统采用中间路段高支架架设滚筒，型号为岳阳某公司JDF-180-45-12型力矩电机电动滚筒，电缆规格为35*0+1*25+9*2.5的高温电缆。
钢包车传动控制系统采用双电机驱动，变频器的整流电路把三相交流电变成直流电向变频电路部分提供直流电源。
制动电阻经制动单元连接到直流母线。
此设计的优点是：
（1）制动电阻可以“消耗”掉因电机制动或突然减速时产生的回馈到直流母线的电能。
因为，在制动或突然减速时，异步电动机由于存在机械惯性，处于再生发电状态，机械能转变为电能，经过逆变器的续流二极管回馈到变频器的直流回路中，此时的变频器处于整流状态。
这时，如果变频器中没采取消耗能量的措施，这部分能量将导致中间回路的储能电容器的电压上升，从而对变频器造成损坏。
（2）采用能耗制动，对电网无污染，可靠性高。
（3）设计简单，成本低。
同时制动力强，制动平稳。
在变频器控制主回路分别设置了进线断路器、网侧熔断器、网侧接触器、进线电抗器、出线电抗器和断路器。
变频器箱内安装有CUVC控制板、CBP2通讯板，用于PLC和变频器的通讯。
相应的自动化系统配置SIMATICPLCS7—300和HMI。
钢包车控制系统主回路单线图见下图：
2、基本参数：
最大载荷量：
260t
速度：
3-30m/min
电机型号：
YPT280S-6
功率：
45*2kw
车身自重：
50t
变频器：
Powerflex700VVVF控制
制动方式：
能耗制动
3、电气原理图：
4、电缆卷筒工作原理：
电动式电缆卷筒由主机、控制器两部分组成。
主机用于卷取和释放电缆，控制器控制力矩并用于调试。
释放电缆：
当钢包车离开电源箱时，电缆卷筒在拉力作用下将电缆拖出。
收取电缆：
当钢包车向电源箱运行时，电缆卷筒的电机通过传动装置，将运动传给卷筒，使之收取电缆。
二、故障及故障危害分析：
1、常见故障：
（1）钢包车卷筒为高支架电缆滚筒，要收起电缆需要承受电缆巨大的重量，调节器电压需调得很高，经常造成电缆内细小的线拉断；电缆截面积较大，车辆行走时，电缆从高空来回牵引拖拉，极易被拉断和磨损；电缆固定点由于长时间受力，磨损严重，经常发生短路及接地现象。
地面车辆的电缆卷筒是固定安装在高处的，车辆在来回运行的过程中，大截面电缆始终不能和地面接触，这样大截面电缆所受的拉力就较大。
所以，当电缆被来回牵引时，因所受拉力大，电缆就极易被拉断。
图1
（2）因为高架滚筒处在钢包经过的车辆路线上，接近且高于钢包包口，钢包车经过电缆滚筒所处位置时，高温电缆无法承受钢水的高温，频繁被烧坏和烧损，钢水产生的高温经常造成滚筒上的电缆烧坏；甚至于烧坏卷筒电机和电路。
（3）虽然使用的是高温电缆，但其外面的耐高温外皮不仅很难抵御钢水的高温，还因其耐磨和受力抗拉性能差，容易被拉破和磨破，无法适应钢包车运行的需要。
而且高温电缆的价格高出普通电缆的数倍，电缆每根40米，按每米600元算，每根电缆成本数万元。
（4）电缆卷筒的半径太小，且使用的是圆形电缆，易造成大截面电缆内断。
高温电缆内部线径9*2.5线做在3*50+1*25线外圈，当在滚筒上弯曲或者在收缆时受力时，外圈的9*2.5线受力和弯曲半径更大，电缆在卷筒上因卷起造成的变形，使圆形电缆的外圈受力，这样长时间的弯折变形，造成大截面电缆的外圈导线容易折断，造成电缆报废。
图2
（5）变频器故障。
130t转炉钢包车变频器设计只有1台，无备用变频器，重量约100kg。
一旦变频器出现故障，更换耗时较长。
2、故障危害：
（1）新转炉炼钢工艺的要求炼一炉钢所需时间为40分钟左右，除去准备、
出钢和吊包时间，在炼钢间隙中可用来处理钢包车故障的时间不足20分钟，新转炉钢包车电缆故障大多属于内部断线和短路，肉眼很难判断故障部位的故障，处理这样的故障20分钟远远不够，因此钢包车电缆故障首先会严重打乱转炉生产的节奏，造成生产无法顺利进行。
更换一根钢包车电缆，最快需要两个小时，对生产的影响程度相当大。
（2）变频器故障虽然不像电缆故障那样频繁，但如果发生故障，处理和恢复生产的时间可能会更长，对生产的影响更大。
（3）生产过程中如果出现钢包车故障，可能出现泡炉和连铸停浇等事故，如果是在出钢过程中车辆不能移动，甚至还可能酿成泼钢这样的重大事故，其造成的连锁反应和间接经济损失会远超过直接经济损失。
（4）据我们统计，由于以上原因，钢包车的电缆寿命远远低于正常寿命，有的甚至使用不到一个星期就不得不更换，严重影响了生产的顺利进行，造成极大的成本浪费，预计达百万元以上，同时也大大增加了我们的劳动量。
通过分析得知，钢包车电缆故障频发的原因和隐患主要有如下几点：
1、电缆滚筒的安装位置不合理。
2、电缆滚筒的选型不当，电缆卷筒的半径太小。
3、电缆的选型不合理。
4、没有备用变频器，出现变频器故障不能立即恢复，存在隐患。
三、改进措施：
1.卷筒车载安装。
通过分析地面车辆的运行和大截面电缆的受力情况得知，减少大截面电缆被拉断的关键是减小电缆所受的拉力。
如果把电缆卷筒装到地面车辆上，使电缆卷筒与地面车辆融为一体，大截面电缆就可以和地面接触，那么电缆卷筒所需的力矩就小，从而电缆所受的拉力较小，电缆就不容易被拉断。
（见下图3）。
电缆所受拉力较小
图3
2.增大电缆卷筒的内径，改用内径为1.2米的电缆卷筒。
图4
车载式电缆卷筒使用了内径是1.2米的力矩电机卷筒，比原来的卷筒内径大，这样电缆在卷筒上卷起时造成的变形小，电缆所受的变形伤害也随之减小，电缆不易被折断（见上图4）。
3.将耐高温圆电缆改为不锈钢扁电缆，并在扁电缆特殊段加耐热套管。
将耐高温圆电缆改为不锈钢金属网缠绕扁电缆。
扁电缆在卷筒上卷起时由于电缆滚筒内径比较大（1.2米左右），半径一致，很不容易被折断（见下图5）；该扁电缆采用了不锈钢保护层，有很好的耐磨性和防护能力，不容易被溅出的液态金属烧坏（见下图6）。
当地面车辆运行到出钢位时，有一段不锈钢扁电缆长期裸露在钢水容易溅出的位置，所以特别的在这一段容易被液态金属烧坏的不锈钢扁电缆部分又增加了耐热套管（见下图5），保护电缆不会被溅出的液态金属烧毁。
图5
图6
4.加电缆沟。
在扁电缆拖放处加挖电缆沟，当地面车辆车来回移动时，电缆随地面车辆在电缆沟中来回收放，可以有效防止电缆被铲车或运钢渣的大型车辆辗压造成损伤。
（见下图7）
图7
5.增加备用变频控制系统
前面已经阐述过，无论是电缆故障还是变频器故障，会影响生产的顺利进行，甚至酿成大的事故，因此我们考虑设计一套钢包车电气应急系统，在钢包车电缆或者变频器等主要设备损坏的情况下，能保证钢包车的工作，从而保证生产的顺利进行。
由于是应急处理系统，从节约成本的角度出发，我们选用了一台施耐德Altivar71132Kw的旧变频器，采取两线控制，通过按钮，为0时停止，为1时启动，即输入的打开或者闭合状态控制启动和停车，输出30HZ固定的频率，使钢包车保持固定的车速。
将原来的高温电缆改装为备用电缆，在变频器或者电缆出现故障时可以视情况选择主变频-主电缆、主变频-备用电缆、备用变频-主电缆和备用变频-备用电缆四种工作模式。
在现场钢包车旁安装控制电源箱，箱内安置了四个开关，在钢包车卷筒电缆烧坏或者变频器故障时，能切换模式，从而有效杜绝了故障停车的情况，保证生产能顺利进行。
备注：
1、主变频器电源来自转炉电磁站钢包车变频器柜+21EE2G05;
2、备用变频器电源来自转炉1楼外围照明电气室；
3、备用电缆存放在现场控制电源柜旁的铁柜里；
4、在存放备用电缆的铁柜里安装有备用变频器配套的控制钢包车行走的按钮开关。
四、改进效果
1.增加了经济效益。
由于原来使用的耐高温圆电缆内部导线常被折断、拉断，加上常被溅出的液态金属烧毁，一截50米的电缆使用半个月就需要进行更换。
而此种耐高温圆电缆的价格是500元/米，那么换一次电缆所需成本要25000元，一个月需换2次电缆成本就是50000元。
这样算下来，一年12个月，换电缆所需成本就是600000元。
在经过卷筒车载安装、增大卷筒内径，耐高温圆电缆换成不锈钢扁电缆的同时增加电缆保护层、加电缆沟等一系列改造后，不锈钢扁电缆不再容易被折断和拉断，电缆故障减少。
改造后的不锈钢扁电缆到现在为止已经使用了6个月都没出现过需要更换电缆的故障，保守估计，这种不锈钢扁电缆最少可以使用一年不用更换。
由改造前后对比可以看出，在这种大截面电缆方面，一年可以节约成本600000元，这就直接增加了经济效益。
2.保证了生产的顺利进行。
由于原来使用的耐高温圆电缆频发故障，而每次出现故障后更换电缆需花2个半小时，这会影响到生产的节奏，影响生产效益。
而从改造后到现在，不锈钢扁电缆使用了6个月没有发生任何故障，不需花费时间更换电缆，每辆车年减少故障处理时间60小时。
3.降低了劳动强度。
改造前，每次处理电缆故障，环境恶劣，温度高，劳动强度很大。
改造后，只需要在生产间隙对钢包车进行巡视、检查即可，大大降低了维护的劳动强度。
五、结束语：
通过这次改造，解决了130T大转炉投产以来，转炉钢包车在生产过程中的故障问题，使转炉的生产得以顺利进行，更避免了因钢包车电气系统发生故障而造成的泼钢、泡炉等事故隐患，节约了大量的成本。
转炉厂对本次改造给予了很高的评价，并予以表彰。
同时此次改造也为以后的其他设备改造项目摸索了丰富的经验，在对其他设备的改造中，我们以130T钢包车改造为参照，以生产过程0故障率为目标，大大提高了我们的保产服务质量。
参考文献
1徐海施利春等高职高专机电一体化专业规划教材变频器原理及应用北京：
清华大学出版社2010年
2施耐德Altivar71异步电动机变频器使用简明手册
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