Электрооборудование современных цехов ОАО «ММК»

Список литературы

1. Стефанович В.Л. Автоматизация непрерывных и полунепрерывных широкополосных станов горячей прокатки. М.: Металлургия, 1975. 208 с.

2. Дружинин Н.Н. Непрерывные станы как объект автоматизации. М.: Металлургия, 1975. 336 с.

3. Зайцев В.С., Третьяков В.А. Проектирование параметров и режимов работы оборудования листопрокатных

цехов: учеб. пособие Липецк: ЛГТУ, 2009. 660 с.

4. Мещеряков В.Н., Диденко Е.Е. Математическое описание сил и моментов нагрузки петледержателя // Электротехнические комплексы и системы. 2010. №4. С. 18-23.

5. Фомин Г.Г., Дубейковский А.В., Гринчук П.С. Механизация и автоматизация широкополосных станов горячей прокатки. М.: Металлургия, 1979. 232 с.

Information in English

Adjustment of Strip Tension in Finishing Train of Continuous Hot-Rolling Mill on Indirect Principle

Mescheryakov V.N., Didenko E.E.

The article contains the general description of the automatic control system operation of strip tension in the finishing train of a continuous hot-rolling mill constructed on the basis of "indifferent" loopers with the indirect tension measurement. Rolling processes with looper application and without it are compared.

Keywords: the system of automatic tension control, looper, strip tension, loop regulator.

References

1. Stefanovich V.L. Avtomatizatsiya nepreryvnyh i polynepreryvnyh shirokopolosnyh stanov goryachei prokatki [Automation of continuous and semicontinuous wide strip hot rolling mills]. Moscow: Metallurgy, 1975. 208 p.

2. Druzhinin N.N. Nepreryvnye stany kak object

avtomatizatsii [Continuous rolling mills as the automation object]. Moscow: Metallurgy, 1975. 336 p.

3. Zaitsev V.S., Tretyakov V.A. Proektirovanie parametrov i regimov raboty oborudovaniya listoprokatnyh tsehov [Development of operating conditions and modes for sheet rolling mill facilities]: a tutorial. Lipetsk: LGTU, 2009, 660 p.

4. Mescheryakov V.N., Didenko E.E. Matematicheskoe opisanie sil i momentov nagruzki petlederzhatelya [Mathematical description of forces and load torques of looper]. Electrical complexes and systems, 2010, no.4. pp. 18-23.

5. Fomin G.G., Dubeikovskii A.V., Grinchuk P.S. Mehanizatsiya i avtomatizatsiya shirokopolosnyh stanov goryachei prokatki [Mechanization and automation of wide strip hot rolling mills]. Moscow: Metallurgy, 1979. 232 p.

УДК 669.013.6

Омельченко Е.Я., Козин А.Н., Маколов В.Н., Бовшик П.А., Попов С.Н.

Электрооборудование современных цехов ОАО «ММК»

Приведены основные характеристики по мощностям и производителям систем электроснабжения, систем электропривода, системам управления и крановому электрооборудованию электросталеплавильного цеха, листопрокатных цехов горячей и холодной прокатки ОАО «ММК».

Ключевые слова: электрооборудование, электропривод переменного тока, микропроцессорное управление.

Введение

В сентябре 2004 г. в г. Магнитогорске под эгидой ОАО «ММК», МЭИ и МГТУ им. Г.И. Носова проведена IV Международная (XV Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу АЭП-2004. На конференции был сделан анализ состояния силового электрооборудования на ОАО «ММК» [1]. Намечены перспективы развития систем электропривода [2-4]. За эти 10 лет в ОАО «ММК» произошли существенные перемены в технологии производства, выведено из схемы мартеновское производство, существенно расширено конверторное производство стали и запущено электросталеплавильное производство, построены и введены в работу мощные листопрокатные станы горячей и холодной прокатки, на новый уровень вышли системы управления электрооборудованием. В связи с этим в статье приводятся краткие основные характеристики силового электрооборудования новых цехов ОАО «ММК», по которым можно определить тенденции развития систем электроснабжения, систем электропривода и управляющих систем,

как составляющие современного технологического оборудования.

Электросталеплавильный цех

Создан на основе Мартеновского цеха №2. Предназначен для выплавки стали электродуговым способом и получения стальных заготовок для сортопрокатного передела и листопрокатных цехов.

Основное технологическое оборудование:

- дуговые сталеплавильные печи ДСП-1,2 (запущены в работу 03.09.06 и 24.04.06);

- агрегаты «печь-ковш» АПК-1,2,3 (запущены в работу 02.07.04, 11.07.06 и 10.12.08 соответственно);

- машины непрерывного литья заготовок МНЛЗ-1,2 сортовые и МНЛЗ-5 слябовая двухручьевая (запущены в работу 30.09.04, 2.07.04 и 27.08.06).

Мартеновский цех в 1988 г. выпустил 8345 тыс. т мартеновской стали. Переименован в электросталеплавильный 01.03.06. ЭСПЦ выдал 10.12.06 первый миллион тонн электростали, а в 2007 году выдал 3185 тыс. т стали при плане 3410 тыс. т. Проектная

мощность ЭСПЦ - 4 млн т стали в год. Текущая производительность зависит от заказов.

Общая характеристика системы электроснабжения:

- 2 прямых ввода 110 кВ на питающие трансформаторы АПК-1,2 суммарной мощностью 26 МВА;

- 3 ввода 35 кВ на питающие трансформаторы ДСП-1,2 и АПК-3 суммарной мощностью 175 МВА;

- 6 кабельных вводов 10 кВ от ЦЭСиП на суммарный ток 4730 А.

Общая характеристика систем электропривода:

- суммарная установленная мощность двигателей 84,23 МВт;

- двигатели постоянного тока на 220 В - 490 шт.;

- двигатели переменного тока на 0,4 кВ - 1910 шт.;

- двигатели переменного тока на 10 кВ - 20 шт.;

- двигатели до 10 кВт - 1357 шт. суммарной мощностью 4,51 МВт;

- двигатели до 100 кВт - 900 шт. суммарной мощностью 29 МВт;

- двигатели свыше 100 кВт - 170 шт. суммарной мощностью 40,7 МВт;

- двигатели 1000 и 2000 кВт - 2 и 4 шт. суммарной мощностью 10 МВт;

- основная система электропривода «преобразователь частоты - асинхронный двигатель» (ПЧ-АД).

Фирмы-производители преобразователей частоты:

- Siemens (Simoreg, Micromaster, Simovert, Sinamics);

- Konecranes, Danfoss, Emotron, Control Techniques;

- ЗАО «Обнинск энерготех», Березовский опытный завод БОЗ «ОЦМ».

Фирмы-производители контроллеров (более 130 шт.) для управления технологическими режимами:

- Siemens (Simatic S7-200, S7-300, S7-400);

- OMRON (CJ1M), ABB;

- Веспер Проект (КВ-007).

Общая характеристика кранового электрооборудования:

- краны с питанием на постоянном токе 25 шт. , установленная мощность двигателей 9,05 МВт (400 т - 1 шт., 300 т - 2 шт., 125 т - 6 шт., 2 крана по системе ТП-Д, преобразователи Simoreg);

- краны с питанием на переменном токе 20 шт. , установленная мощность двигателей 11,35 МВт (300 т - 6 шт., 225 т - 4 шт., 65+65 тн - 2 шт., 14 кранов по системе ПЧ-АД, преобразователи Sinamics и др.).

Листопрокатный цех горячей прокатки

Начало строительства цеха: 1.12.2006. Получение первого проката: 16.07.2009. Генеральный подрядчик, разработчик технологического проекта и поставщик основного оборудования

- SMS DEMAG.

Выход на проектную мощность: 120 тыс. т/месяц, 1,44 млн. т/год 16.07.2010.

Максимальная достигнутая производительность: 135 тыс. т/месяц.

Средняя загрузка производственных мощностей в 2013 г. - 86 тыс. т/месяц.

Основное технологическое оборудование:

- 2 нагревательные печи с шагающим подом;

- система гидросбива окалины;

- прокатная клеть стана 5000;

- машина предварительной правки листа;

- участок ламинарного и спрейерного охлаждения;

- машина горячей правки листа;

- холодильник с участком противоплотенной обработки;

- инспекционный стол с кантователем и стол зачистки;

- 2 установки ультразвукового контроля;

- концевые ножницы, сдвоенные кромкообрезные ножницы, ножницы с продольным резом и делительные ножницы;

- термические печи (закалки и нормализации);

- машина холодной правки листа;

- 4 стола-штабилера готовой продукции.

Схема электроснабжения цеха предусматривает два ввода напряжением 110 кВ и один ввод напряжением 10 кВ для обеспечения надежности электроснабжения особой группы электроприемников (насосов, подающих воду на охлаждение шагающих балок нагревательных печей, а также трансформаторов аварийного освещения).

Трансформаторное оборудование:

- головные трансформаторы - 2 шт. масляных трансформаторов 110/10-10 кВ мощностью 100/63-63 МВА;

- понижающие трансформаторы 79 шт., из них масляные 10 шт., остальные сухие с цельнолитой изоляцией.

Мощности трансформаторов 500, 1000, 1600, 2000, 3150, 3600 и 5700 кВА (для стана 5000).

Напряжения трансформаторов 10/3,15, 10/0,69 и 10/0,4 кВ.

Производители трансформаторов: АВВ Шанхай (Китай), ASA TRAFOBAU GMBH (Германия), Hochspannungstechniku. Transformatorbau Gmbh (Германия), STARKSTORM-GERATEBAU Gmbh (Германия), РосЭнергоТранс (Россия, Екатеринбург). Электродвигатели:

- электродвигатели переменного тока 3 427шт., суммарная установленная мощность 122,73 МВт;

- электродвигатели на напряжение 10 кВ - 4 шт. по 2500 кВт, 2 шт. по 740 кВт, 5 шт. по 450 кВт, 4 шт. по 400 кВт, 7 шт. по 220 кВт.

- электродвигатели мощностью свыше 100 кВт - 183 шт.;

- 2 синхронных электродвигателя клети стана 5000 мощностью 12000 кВт, 2900 В, 2460 А (6000 А max), 10 Гц (19,2 Гц max), 60 об/мин (150 об/мин max). Охлаждение принудительное жидкостное.

Производители электродвигателей: VEM Sachsenwerk GmbH (Германия), SEW Eurodrive Gmbh (Германия), Baumuller Nurnberg Gmbh (Германия).

Основная система регулируемого электропривода ПЧ-АД на основе активных выпрямителей, питающих автономные инверторы напряжения. Преобразователи частоты:

- главный привод клети стана 5000 Converteam серии MV7000 [5]. Для реализации восемнадцатипульсной схемы применены три трансформатора 10/3,15кВ 5700 кВА с углами сдвига векторов вторичных напряжений на +200, 00, -200 . Преобразователь частоты состоит из двух частей - активного выпрямителя и трехуровневого инвертора напряжения, построенных на базе IGCT тиристоров на ток 2100 А 24 класса. Охлаждение силовой части преобразователей принудительное жидкостное, где в качестве охлаждающей

жидкости используется деионизированная вода;

- главные и вспомогательные приводы механизмов и рольгангов: Converteam серии LV7000 (55 шт. AFE-выпрямителей на напряжение 0,4 и 0,69 кВ и 278 шт. инверторов на напряжение 0,4 и 0,69 кВ, диапазон номинальных токов инверторов от 9 до 2250 А).

Производители преобразователей: Siemens (Micromaster, Simovert, Sinamics - 294 шт.); Baumuller (5 шт.);SEW Eurodrive (4 шт.); Dunfoss (3 шт.); Lenze (12 шт.); Schneider Electric (2 шт.).

Мостовые грузоподъемные краны производства DHI (Китай) - 26 шт., из них 15 шт. магнитных. Грузоподъемность кранов от 25 до 400 т.

Крановые электроприводы построены по системе ПЧ-АД на базе преобразователей частоты Siemens (Micromaster, Simovert производства Китай) и электродвигателей DALIAN TIAN YUAN ELECTRIC MACHINE CO (Китай).

Основные отказы электрооборудования:

1. Выход из строя статора нижнего двигателя главного привода клети (разрыв шпилек, стягивающих магнитопровод статора, затягивание обломков в воздушный зазор электрической машины и механическое повреждение изоляции секций обмотки статора с выгоранием железа статора).

2. Образование трещин в литой изоляции обмоток сухих трансформаторов (РосЭнергоТранс - в течение гарантийного периода эксплуатации, STARKSTORM-GERATEBAU Gmbh - спустя четыре года эксплуатации).

3. Низкая эксплуатационная надежность AFE-выпрямителей и инверторов Converteam серии LV7000 (выход из строя управляющей электроники, пробой изоляции в звене постоянного тока с выгоранием силовых транзисторов, малая наработка на отказ вентиляторов охлаждения силовой части преобразователей).

Листопрокатный цех холодной прокатки

Окончание проектирования 1993 г. Получение первого проката: июль 2011 г. - первая очередь, июль 2012 г. - окончательный пуск.

Генеральный подрядчик, разработчик технологического проекта и поставщик основного оборудования

- SMS DEMAG.

Проектная производительность:

- непрерывный травильный агрегат и стан 2000 - 2,1 млн т/год;

- фактическая производительность по заказам - до 150 тыс. т/мес.

Основное технологическое оборудование:

- непрерывный травильный агрегат (НТА);

- 5-клетьевой стан холодной прокатки 2000;

- агрегат непрерывного горячего цинкования (АНГЦ);

- агрегат непрерывного отжига с агрегатом непрерывного горячего цинкования (АНОАНГЦ);

- вальцешлифовальное отделение;

- агрегат инспекции и перемотки полосы;

- линия упаковки рулонов.

Схема электроснабжения цеха выполнена по аналогии с ЛПЦ-9, предусматривает два ввода напряжением 110 кВ и один ввод напряжением 10 кВ для обеспечения надежности электроснабжения особой группы электроприемников.

Трансформаторное оборудование:

- головные трансформаторы - 2 шт. масляных трансформаторов 110/10-10 кВ мощностью 100/63-63 МВА;

- понижающие трансформаторы 99 шт.;

Мощности трансформаторов:

- для стана 2000 4,85 МВА (10 шт.), 4,2 МВА (2 шт.);

- для остальных потребителей 1,0, 1,6, 2,5, 3,15 МВА.

Электродвигатели:

- 7 синхронных двигателей с водяным охлаждением по 5 МВт для стана 2000. Питание по системе ПЧ-СД на основе полностью запираемых тиристоров [5].

- асинхронные короткозамкнутые двигатели 3277 шт.

Основная система регулируемого электропривода ПЧ-АД на основе IGBT транзисторов. Преобразователи частоты фирмы АВВ тип ACS-800 подключены по модульному принципу (несколько пассивных или активных блоков выпрямителей питают серию автономных инверторов напряжения (АИН) до 32 шт., объединенных одной технологической задачей). Рекуперация энергии между механизмами выполняется через автономные инверторы по цепи постоянного напряжения.

Система управления электрооборудованием -трехуровневая. Верхний уровень управления - технологический. Средний уровень управления реализован на программируемых логических контроллерах (122 шт.) фирмы Siemens (Simatic S7-200, S7-300, S7-400) для управления технологическими режимами. Нижний уровень - электрические, технологические датчики, электро, пневмо- и гидроприводы.

Мостовые грузоподъемные краны 31 шт. Грузоподъемность кранов от 15 до 63 т. Крановые электроприводы построены по системе ПЧ-АД на базе преобразователей частоты фирмы АВВ.

Выводы

1. Рассмотренные цеха являются крупными предприятиями с высокой степенью энерговооруженности.

2. Электрооборудование в основном импортного изготовления фирмами Siemens, ABB, Converteam и др. Большая доля в изготовлении электрооборудования по лицензиям принадлежит Китаю.

3. Электроприводы, в основном, переменного тока. Мощные установки более 1 МВт выполнены по системе ПЧ-СД. Меньшей мощности установки выполняются по системе ПЧ-АД.

4. Все преобразователи частоты выполнены на основе микроконтроллеров. Управление комплексом электрооборудования и технологией цеха выполнено трехуровневым. Нижний уровень - электрические, технологические датчики, электро-, пневмо- и гидроприводы. Средний уровень управления реализован на программируемых логических контроллерах. Верхний уровень управления - управление технологическим процессом.

5. Преобразователи частоты, работающие на общий технологический процесс, выполнены по модульному принципу, объединяющему активные или пассивные выпрямители с автономными инверторами напряжения с рекуперацией энергии между механизмами по звену постоянного напряжения.

6. Регулирование переменными ЭП (скорость, момент и т.д.), выполняемое с помощью АИН: скалярное с компенсацией скольжения; датчиковое или без-

датчиковое векторное регулирование; прямое управление моментом. Управление ПЧ выполняется по локальной сети от программируемого контроллера среднего уровня.

7. Крановое электрооборудование выполнено по системе АДФ с реостатным регулированием или для мощных кранов по системе ПЧ-АД с общим выпрямителем.

8. Диагностика работы электроприводов выполняется с помощью микроконтроллера ПЧ и объединяется на среднем уровне управления. Большая часть ПЧ допускают расширение алгоритмов регулирования с помощью свободно программитруемых блоков в памяти контроллера.

Список литературы

1. Осипов О.И., Славгородский В.Б. Состояние и перспективы модернизации автоматизированного электропривода прокатных станов в черной металлургии. // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития». Магнитогорск, 2004. С. 16-23.

2. Кочетков В.Д., Козырев С.К. Состояние и перспективы развития автоматизированного электропривода в XXI веке // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития». Магнитогорск, 2004. С. 5-8.

3. Никифоров Г.В. Энерго- и ресурсосбережение - основные направления развития электроприводов ОАО «ММК» в условиях рыночной экономики. // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития». Магнитогорск, 2004. С. 9-15.

4. Козаченко В.Ф. Микроконтроллерные системы управления электроприводами: современное состояние и перспективы развития // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития». Магнитогорск, 2004. С.52-65.

5. Bordignon Paolo. Многоуровневые преобразователи источников напряжения для мощных приводов и управления электропотреблением // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития». Магнитогорск, 2004. С. 90-101.

Information in English

Electrical Equipment of Modern Shops of Magnitogorsk Iron and Steel Works

Omelchenko E.Ya., Kozin A.N., Makolov V.N., Bovshik P.A., Popov S.N.

The authors listed the main characteristics of power supply systems and electrical equipment from different suppliers as well as electrical drives, control systems of electrical steel-making shop and sheet hot and cold rolling shops of «Magnitogorsk Iron and Steel Works".

Keywords: electrical equipment, alternating current drives, microprocessor control.

References

1. Osipov O.I., Slavgorodskiy V.B. Sostoyanie i perspektivy modernizatsii avtomatizirovannogo elektroprivoda prokatnyh stanov v cheprnoy metallurgii [State and prospects of automatic drive modernization of rolling shops of iron making industry]. Proceedings of the IV International (XV All-Russian) conference on automatic electric drive. Magnitogorsk, 2004, pp. 16-23.

2. Kochetkov V.D., Kozirev S.K. Sostoyanie i perspektivy modernizatsii avtomatizirovannogo elektroprivoda v XXI veke. [State and prospects of automatic electric drive development in

XXI century]. Proceedings of the IV International (XV All-Russian) conference on automatic electric drive. Magnitogorsk, 2004, pp. 5-8

3. Nikiforov G.V. Energo i resursosberezhenie - osnovnye napravleniya pazvitiya elektroprivodov OAO "MMK" v usloviyah rynochnoy ekonomiki. [Energy and Resource saving are main prospects of electric drive development at Magnitogorsk Iron and Steel Works operating in market economy conditions]. Proceedings of the IV International (XV All-Russian) conference on automatic electric drive. Magnitogorsk, 2004, pp. 9-15

4. Kozachenko V.F. Mikrokontrollernye sistemy upravleniya elektroprivodami: sovremennoye sostoyanie i perspektivy razvitiya. [Intelligent controller control systems of electric drives: current state and prospects]. Proceedings of the IV International (XV All-Russian) conference on automatic electric drive. Magnitogorsk, 2004, pp. 52-65.

5. Bordignon Paolo. Multilevel voltage converters for high power electric drives and controlled energy consumption. Proceedings of the IV International (XV All-Russian) conference on the automatic electric drive. Magnitogorsk, 2004, pp. 90-101.