專利名稱：高爐防坐料風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，尤指防止高爐坐料的風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國金屬冶煉用高爐屬于一級(jí)負(fù)荷，其高爐風(fēng)機(jī)不允許無計(jì)劃停電。 但傳統(tǒng)高爐風(fēng)機(jī)電源故障的判斷，采用的判據(jù)大都是高爐風(fēng)機(jī)電機(jī)接點(diǎn)處 的電壓。由于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的慣性大，惰行時(shí)間長，以及同步電機(jī)會(huì)進(jìn)入發(fā)電 運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電機(jī)接點(diǎn)處的電壓下降比較慢，等電壓下降到整定值 時(shí)，卻已經(jīng)失去避免故障發(fā)生的最佳時(shí)機(jī)，實(shí)踐證明該判據(jù)不可行，以致 坐料事故時(shí)有發(fā)生，造成巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失，此外還會(huì)造成工人 勞動(dòng)強(qiáng)度增大、大量的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染等。如圖1所示，高爐1底部設(shè)有多個(gè)進(jìn)風(fēng)口 2，進(jìn)風(fēng)口 2通過管道與風(fēng)機(jī)3連接，風(fēng)機(jī)3由同步電機(jī)4 傳動(dòng)，同步電機(jī)4與高壓三相交流電源8連接。通常情況下固體礦石、溶 劑和焦碳由爐頂5加入，在風(fēng)機(jī)輸入的高壓氣流的托浮下漂浮在空中進(jìn)行 冶煉，融化的鐵液6在重力作用下流入下面的爐缸7。當(dāng)風(fēng)機(jī)供電電源(可 以是6KV、 10K或者35KV、 220KV)發(fā)生故障，導(dǎo)致高爐同步電機(jī)4失壓時(shí)， 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的電網(wǎng)吸入功率會(huì)迅速下降，導(dǎo)致上面的固體礦石、溶劑和焦碳 落入下面爐缸，從而使進(jìn)風(fēng)口和排渣口因鐵水濺灌而堵塞，由于鐵水溫度 在1000。C以上，從而給風(fēng)口、導(dǎo)管、彎頭等造成巨大損壞，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。 一個(gè)容量為2500噸的高爐，假設(shè)利用系數(shù)為2，每噸利潤為300元， 一次 故障一天造成的利潤損失為2500 x 2 x 300共150萬元人民幣，若停產(chǎn)10
天便會(huì)損失高達(dá)1500萬元人民幣。 一旦發(fā)生高爐坐料事故，爐內(nèi)大量的C0 等可燃?xì)怏w必須外排并進(jìn)行引燃，再加上冶煉所用的大量電能，能源浪費(fèi) 驚人。再者外排的氣體中有大量的C0、 S02等有毒氣體會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán) 重污染。以上可見，解決高爐坐料事故的發(fā)生，對(duì)國家和企業(yè)都有巨大的 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)以上不足而提供能準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)供電故 障，及時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)用同步電機(jī)供電電源進(jìn)行BZT投切的高爐防坐料風(fēng)機(jī)智能 監(jiān)控系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供的這種高爐防坐料風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系 統(tǒng)，包括高爐、風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)用同步電機(jī)，其中同步電機(jī)與主、備用電源連 接，其特征在于還包括主、備用電源、風(fēng)機(jī)用同步電機(jī)和風(fēng)機(jī)上設(shè)有的 檢測(cè)單元，用于接收檢測(cè)單元所采集信號(hào)的CPU單元，和根據(jù)CPU單元指 令控制備用電源BZT的控制單元。以上所述的檢測(cè)單元包括采集主、備用電源的電流、電壓信號(hào)的檢測(cè) 器及與之連接的變送器，采集同步電機(jī)轉(zhuǎn)速的角編碼器和與之連接的整形 放大器，采集風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、流量的傳感器和與之連接的整形放大器。CPU單元使用的是DSP芯片。本實(shí)用新型的監(jiān)控系統(tǒng)相比現(xiàn)有的具有如下有效益效果1、 可以實(shí)時(shí)監(jiān)控主電源的異常情況，并據(jù)此做出正確判斷，及時(shí)控制 投切備用電源，保證高爐系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2、 保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。3、 大大地節(jié)約了維護(hù)成本，也節(jié)約了電能。
圖1是現(xiàn)有高爐結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的主接線圖。圖3是本實(shí)用新型的監(jiān)控系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。如圖2、圖3所示，這種高爐防坐料風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括高爐、風(fēng) 機(jī)、風(fēng)機(jī)用同步電機(jī)，其中同步電機(jī)與主、備用電源連接，其特征在于 還包括主、備用電源、同步電機(jī)和風(fēng)機(jī)上設(shè)有的檢測(cè)單元，用于接收檢測(cè) 單元所采集信號(hào)的CPU單元，和根據(jù)CPU單元指令控制備用電源BZT的控 制單元。見圖3,其中所述的檢測(cè)單元包括采集主、備用電源的電流、電壓 信號(hào)的檢測(cè)器TA1、 TA2、 TV1、 TV2,及與之連接的變送器，采集同步電機(jī) 轉(zhuǎn)速的角編碼器和與之連接的整形放大器，采集風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓傳感器、流量 傳感器和與之連接的整形放大器。下面以高爐風(fēng)機(jī)電機(jī)用變壓器電源為35KV的高爐為例，結(jié)合工作原理 和控制操作過程對(duì)本實(shí)用新型作更進(jìn)一步的說明。如圖所示，220KV的電壓經(jīng)TM1、 TM2和TM3、 TM4兩級(jí)變壓成10KV電 壓給同步電機(jī)使用。信息檢測(cè)單元對(duì)主、備用電源的電流、電壓、頻率相 角等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)快速跟蹤和采樣，是采用高精度抗飽和電流互感器和電 壓互感器進(jìn)行的，以保證采樣的快速、準(zhǔn)確可靠；同樣，對(duì)風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和 風(fēng)量的采樣也采用高精度壓力及流量傳感器進(jìn)行采集，然后對(duì)采集的信號(hào) 進(jìn)行整形和放大傳給CPU單元；對(duì)于風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速測(cè)量采用高精度角編 碼器測(cè)量，測(cè)得的編碼脈沖經(jīng)整形放大送到CPU單元。CPU單元主要是將上述采集到的參數(shù)進(jìn)行加工計(jì)算和處理，然后和根據(jù) 現(xiàn)場(chǎng)建立的數(shù)學(xué)模型參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，如果符合我們的理論判據(jù)，將會(huì)發(fā)出 對(duì)高爐風(fēng)機(jī)電機(jī)用變壓器電源BZT投切或者各種保護(hù)需求命令，此外CPU 單元還要和企業(yè)的高爐風(fēng)機(jī)電機(jī)保護(hù)及自控裝置進(jìn)行通信，在進(jìn)行BZT投 切前，要確保風(fēng)才幾電源故障是前端35KV電源側(cè)有故障(參見圖2)，如果是 風(fēng)機(jī)電機(jī)本身有故障或風(fēng)機(jī)電機(jī)自身電源有故障，則不能進(jìn)行BZT投切。 CPU單元采用了高速DSP芯片以保證運(yùn)算的準(zhǔn)確和快速?？刂茊卧饕墙邮誄PU單元發(fā)出的各種命令，并向CPU單元反饋執(zhí) 行結(jié)果信息，同時(shí)按照CPU單元給出的命令，向供高爐風(fēng)機(jī)電源變壓器供 電的專用35KV電源開關(guān)拒發(fā)出BZT投切信號(hào)，即指示斷路器QF1、 QF2、 QF3 同時(shí)切換，或發(fā)出各種高爐風(fēng)機(jī)保護(hù)及自控裝置所需的信號(hào)。該系統(tǒng)采用了和傳統(tǒng)的理論判據(jù)和方法有本質(zhì)區(qū)別的新的理論判據(jù)， 本系統(tǒng)主要有如下理論判據(jù)逆功率保護(hù)動(dòng)作、速度保護(hù)動(dòng)作、欠壓保護(hù)動(dòng)作、高爐風(fēng)機(jī)電機(jī)吸入 的有功功率突變條件滿足和高爐風(fēng)機(jī)風(fēng)壓H和風(fēng)才幾風(fēng)量Q之積所消耗的有 功功率大于或等于高爐風(fēng)機(jī)電機(jī)吸入的有功功率五個(gè)判據(jù)，而后兩個(gè)判據(jù) 是該智能監(jiān)控系統(tǒng)成功的最重要理論依據(jù)。在此說明前先筒要介紹一下同步電機(jī)的啟動(dòng)特性S<0. 05 Kzq - (0. 2^0. 3)Kq0. 05< S <0. 1 Kzq - 0. 6K(1 0. K S <0. 2 Kz, 0. 9Kq 0. 2< S Kzq Kq其中U為自啟動(dòng)電流倍數(shù)；Kq為電機(jī)額定啟動(dòng)電流倍數(shù)；S為轉(zhuǎn)差率。對(duì)于高爐風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，高爐風(fēng)機(jī)電動(dòng)機(jī)吸入有功功率突變是風(fēng)機(jī)系 統(tǒng)供電電源故障判據(jù)之一，風(fēng)機(jī)電機(jī)啟動(dòng)完畢后，正常負(fù)荷下負(fù)載率為22 %-100%，當(dāng)發(fā)生故障而引起失壓時(shí)，風(fēng)機(jī)電機(jī)吸入的有功功率會(huì)迅速下 降，通常在吸入有功功率下降到負(fù)載率等于10%時(shí)的吸如功率時(shí)，便可判 定該風(fēng)機(jī)系統(tǒng)供電電源有故障一一不論是6KV、 IOKV還是35KV電源，而此 時(shí)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)惰行還沒有開始，即刻進(jìn)行BZT投切，如圖2、圖3所示，斷路 行切換，反應(yīng)時(shí)間僅為開關(guān)動(dòng)作時(shí)間，為毫秒級(jí)， 從而有效避免了坐料事故的發(fā)生，此外由于反應(yīng)迅速，進(jìn)行BZT投切時(shí)其 轉(zhuǎn)差率4交小，由上述同步電才幾啟動(dòng)特性可知此時(shí)啟動(dòng)電流4艮小，對(duì)電網(wǎng)沖 擊較小。而傳統(tǒng)上采用風(fēng)機(jī)電機(jī)接點(diǎn)處電壓降作為判據(jù)，而電壓整定值的 最大值也只能是額定電壓的70%，由于異步狀態(tài)下的電機(jī)力矩和電壓的平 方成正比，則此時(shí)的電機(jī)力矩僅為正常額定電壓時(shí)的力矩的0. 49倍，使電 機(jī)無法恢復(fù)到額定轉(zhuǎn)速。更為重要的是由于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的惰行，風(fēng)機(jī)電機(jī)電 壓下降到整定值時(shí)，至少為秒級(jí)，此時(shí)轉(zhuǎn)速下降較多，導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)差率 較大，因而啟動(dòng)電流4妄近工頻啟動(dòng)電流(參見上面的同步電才幾啟動(dòng)特性)， 將對(duì)電網(wǎng)造成很大的沖擊，此外還會(huì)對(duì)風(fēng)機(jī)的機(jī)械軸瓦和推力瓦造成很大 傷害，嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。尤其是周邊還有電機(jī)群進(jìn)行投切時(shí)， 上級(jí)變壓器有可能因此承受不了，而導(dǎo)致保護(hù)跳閘，引起整個(gè)系統(tǒng)停電， 導(dǎo)致風(fēng)機(jī)電機(jī)投切失敗。再者此時(shí)再進(jìn)行BZT投切往往已經(jīng)失去意義，因 為此時(shí)高爐坐料事故往往已經(jīng)發(fā)生。圖2中，假如在故障點(diǎn)K1發(fā)生接地故障，進(jìn)而發(fā)生兩相短路。剛接地 時(shí)對(duì)于IT系統(tǒng)，因接地電流小，我國規(guī)定可以連續(xù)運(yùn)行兩小時(shí)，由于此時(shí) 該風(fēng)機(jī)系統(tǒng)離故障點(diǎn)較遠(yuǎn)，對(duì)風(fēng)機(jī)的影響較小，可以不進(jìn)行BZT投切。但 如果故障點(diǎn)發(fā)生在如圖所示故障點(diǎn)K2時(shí)，風(fēng)機(jī)將會(huì)受到很大的影響，應(yīng)進(jìn) 行BZT投切，但是對(duì)于此類故障， 一般風(fēng)機(jī)電機(jī)接點(diǎn)電壓及風(fēng)機(jī)電機(jī)吸入 的有功功率短期內(nèi)變化都不太明顯，對(duì)此類故障用風(fēng)機(jī)電機(jī)接點(diǎn)電壓或風(fēng) 機(jī)電機(jī)吸入的有功功率突變作為故障判據(jù)都不可行。經(jīng)深入研究發(fā)現(xiàn)了另 外一種有效判據(jù)，可以解決此類問題，避免故障發(fā)生。風(fēng)機(jī)電機(jī)的軸功率P尸QH/ ( 102 x 3600 ri tic)=P/ n " KW ),式中P——機(jī)械需要的功率，KW;Q_—送風(fēng)量，m3/s;H——風(fēng)機(jī)的總 壓頭(薩水柱)；r| e——電機(jī)傳動(dòng)效率，直接傳動(dòng)時(shí)一般取0. 98; n —一風(fēng)
機(jī)機(jī)械效率，約為0. 4-0. 75;由上式可以看出，風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行下風(fēng)壓H和風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q之積所消耗的有 功功率小于風(fēng)4幾電積^及入的有功功率，當(dāng)發(fā)生上述故障時(shí)，風(fēng)才幾系統(tǒng)轉(zhuǎn)速 瞬間幾乎不變，但從電網(wǎng)吸入的有功功率立即會(huì)下降。由于風(fēng)機(jī)系統(tǒng)慣性 的原因，導(dǎo)致風(fēng)壓H和風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q之積的有功功率大于或等于風(fēng)機(jī)電機(jī)吸 入的有功功率，此時(shí)風(fēng)機(jī)將進(jìn)入(但還沒有進(jìn)入)制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)就可判定 風(fēng)機(jī)系統(tǒng)電源有故障，從而迅速進(jìn)行BZT投切，或進(jìn)行必要的保護(hù)動(dòng)作，從 而避免事故發(fā)生。經(jīng)實(shí)踐證明該方法是可行的，能做到避免因此類故障而造 成的坐料事故發(fā)生。同步電機(jī)的投切投切方法有兩種， 一是自同步，二是準(zhǔn)同步。(1) 、自同步電機(jī)滅磁后進(jìn)入異步電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，即當(dāng)轉(zhuǎn)差率小于 臨界轉(zhuǎn)差率(同步電機(jī)能夠拉入同步所允許的最大轉(zhuǎn)差率)時(shí)，才進(jìn)行同 步電機(jī)的投切，然后強(qiáng)行使同步電機(jī)拉入同步，但其啟動(dòng)電流大，對(duì)電網(wǎng) 的沖擊較大，可參見前面的同步電機(jī)啟動(dòng)特性。(2) 、自動(dòng)準(zhǔn)同步即當(dāng)同步電機(jī)電壓和備用電源(高爐風(fēng)機(jī)用變壓 器用的35KV電源)電壓、頻率相序相等，且相位角相同時(shí)進(jìn)行BZT投切。 此時(shí)具有對(duì)電網(wǎng)零沖擊的優(yōu)點(diǎn)。我們采用了先進(jìn)的同步檢測(cè)裝置，通過計(jì) 算系統(tǒng)自身的處理時(shí)間和BZT投切所需要的開關(guān)動(dòng)作時(shí)間Sn并根據(jù)檢測(cè) 計(jì)算到的同步電機(jī)和備用電源同步角折算時(shí)間S2,提前時(shí)間AS- S2 -Si 進(jìn)行BZT投切，從而保證高爐用同步電機(jī)和備用電網(wǎng)在完全同步的時(shí)刻完 成BZT投切，從而保證了對(duì)電網(wǎng)的零沖擊。而BZT投切要滿足五個(gè)理論判 據(jù)之一(逆功率保護(hù)動(dòng)作、速度保護(hù)動(dòng)作、欠壓保護(hù)動(dòng)作、高爐風(fēng)機(jī)電機(jī) 吸入的有功功率突變條件滿足和風(fēng)壓H和風(fēng)機(jī)風(fēng)量Q之積所消耗的有功功 率大于或等于風(fēng)機(jī)電機(jī)吸入的有功功率五個(gè)判據(jù))，同時(shí)還要滿足風(fēng)機(jī)本身 沒有故障和風(fēng)機(jī)自身電源沒有故障，以及備用電源電壓滿足高爐風(fēng)機(jī)電機(jī) 自啟動(dòng)的需要。當(dāng)這三相同時(shí)滿足時(shí)CPU才立即發(fā)出BZT投切命令。為了 保證精度和速度，控制元件采用高速隔離型光電元件，從而保證控制器發(fā)出的各種控制信號(hào)能及時(shí)傳輸，完成BZT投切或其他各種保護(hù)任務(wù)。經(jīng)實(shí) 踐證明該智能監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，確實(shí)能有效避免高爐坐料事故的發(fā) 生，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。事實(shí)上，本實(shí)用新型的智能監(jiān)控系統(tǒng)不只適用于高爐風(fēng)機(jī)上，依同樣 原理，同樣可以適用于其他大型電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的機(jī)械上，諸如壓縮機(jī)、水 泵等。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳 細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本實(shí)用 新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提 下，其架構(gòu)形式能夠靈活多變，可以派生系列產(chǎn)品。只是做出若干簡單推 演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型由所提交的權(quán)利要求書確定的專利 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、 一種高爐防坐料風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括高爐、風(fēng)機(jī)、高爐風(fēng)機(jī)用同步電機(jī)，其中同步電機(jī)與主、備用電源連接，其特征在于還包括主、 備用電源、風(fēng)機(jī)用同步電機(jī)和風(fēng)機(jī)上設(shè)有的檢測(cè)單元，用于接收檢測(cè)單元 所采集信號(hào)的CPU單元，和根據(jù)CPU單元指令控制備用電源BZT的控制單元。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐防坐料風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于 所述的檢測(cè)單元包括采集主、備用電源的電流、電壓信號(hào)檢測(cè)器及與之連 接的變送器，采集同步電機(jī)轉(zhuǎn)速的角編碼器和與之連接的整形放大器，采 集風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、流量的傳感器和與之連接的整形放大器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高爐防坐料風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征 在于所述的CPU單元是DSP芯片。
專利摘要一種高爐防坐料風(fēng)機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括高爐、風(fēng)機(jī)、高爐風(fēng)機(jī)用同步電機(jī)，其中同步電機(jī)與主、備用電源連接，其特征在于還包括主、備用電源、風(fēng)機(jī)用同步電機(jī)和風(fēng)機(jī)上設(shè)有的檢測(cè)單元，用于接收檢測(cè)單元所采集信號(hào)的CPU單元，和根據(jù)CPU單元指令控制備用電源BZT的控制單元；檢測(cè)單元包括采集主、備用電源的電流、電壓信號(hào)檢測(cè)器及與之連接的變送器，采集同步電機(jī)轉(zhuǎn)速的角編碼器和與之連接的整形放大器，采集風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓、流量的傳感器和與之連接的整形放大器；CPU單元是DSP芯片。
文檔編號(hào)H02J9/06GK201038827SQ20072012015
公開日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月18日
發(fā)明者劉漢喜, 李瑞堂, 羅自永 申請(qǐng)人:深圳市庫馬克新技術(shù)有限公司;劉漢喜