專利名稱：高爐防坐料風機智能監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風機監(jiān)控系統(tǒng)，尤指防止高爐坐料的風機智能監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術：
我國金屬冶煉用高爐屬于一級負荷，其高爐風機不允許無計劃停電。 但傳統(tǒng)高爐風機電源故障的判斷，采用的判據(jù)大都是高爐風機電機接點處 的電壓。由于風機系統(tǒng)的慣性大，惰行時間長，以及同步電機會進入發(fā)電 運行狀態(tài)，導致風機電機接點處的電壓下降比較慢，等電壓下降到整定值 時，卻已經(jīng)失去避免故障發(fā)生的最佳時機，實踐證明該判據(jù)不可行，以致 坐料事故時有發(fā)生，造成巨大的直接和間接經(jīng)濟損失，此外還會造成工人 勞動強度增大、大量的能源浪費和環(huán)境污染等。如圖1所示，高爐1底部設有多個進風口 2，進風口 2通過管道與風機3連接，風機3由同步電機4 傳動，同步電機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，在風機輸入的高壓氣流的托浮下漂浮在空中進行 冶煉，融化的鐵液6在重力作用下流入下面的爐缸7。當風機供電電源(可 以是6KV、 10K或者35KV、 220KV)發(fā)生故障，導致高爐同步電機4失壓時， 風機系統(tǒng)的電網(wǎng)吸入功率會迅速下降，導致上面的固體礦石、溶劑和焦碳 落入下面爐缸，從而使進風口和排渣口因鐵水濺灌而堵塞，由于鐵水溫度 在1000。C以上，從而給風口、導管、彎頭等造成巨大損壞，嚴重影響生產(chǎn)。 一個容量為2500噸的高爐，假設利用系數(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
天便會損失高達1500萬元人民幣。 一旦發(fā)生高爐坐料事故，爐內(nèi)大量的C0 等可燃氣體必須外排并進行引燃，再加上冶煉所用的大量電能，能源浪費 驚人。再者外排的氣體中有大量的C0、 S02等有毒氣體會對周邊環(huán)境造成嚴 重污染。以上可見，解決高爐坐料事故的發(fā)生，對國家和企業(yè)都有巨大的 經(jīng)濟效益和社會效益。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對以上不足而提供能準確判斷系統(tǒng)供電故 障，及時對風機用同步電機供電電源進行BZT投切的高爐防坐料風機智能 監(jiān)控系統(tǒng)。為達到上述目的，本實用新型提供的這種高爐防坐料風機智能監(jiān)控系 統(tǒng)，包括高爐、風機、風機用同步電機，其中同步電機與主、備用電源連 接，其特征在于還包括主、備用電源、風機用同步電機和風機上設有的 檢測單元，用于接收檢測單元所采集信號的CPU單元，和根據(jù)CPU單元指 令控制備用電源BZT的控制單元。以上所述的檢測單元包括采集主、備用電源的電流、電壓信號的檢測 器及與之連接的變送器，采集同步電機轉(zhuǎn)速的角編碼器和與之連接的整形 放大器，采集風機的風壓、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、 可以實時監(jiān)控主電源的異常情況，并據(jù)此做出正確判斷，及時控制 投切備用電源，保證高爐系統(tǒng)的正常運行。2、 保證了設備的安全運行。3、 大大地節(jié)約了維護成本，也節(jié)約了電能。


圖1是現(xiàn)有高爐結構示意圖。圖2是本實用新型的主接線圖。圖3是本實用新型的監(jiān)控系統(tǒng)原理圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步的說明。如圖2、圖3所示，這種高爐防坐料風機智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括高爐、風 機、風機用同步電機，其中同步電機與主、備用電源連接，其特征在于 還包括主、備用電源、同步電機和風機上設有的檢測單元，用于接收檢測 單元所采集信號的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,其中所述的檢測單元包括采集主、備用電源的電流、電壓 信號的檢測器TA1、 TA2、 TV1、 TV2,及與之連接的變送器，采集同步電機 轉(zhuǎn)速的角編碼器和與之連接的整形放大器，采集風機的風壓傳感器、流量 傳感器和與之連接的整形放大器。下面以高爐風機電機用變壓器電源為35KV的高爐為例，結合工作原理 和控制操作過程對本實用新型作更進一步的說明。如圖所示，220KV的電壓經(jīng)TM1、 TM2和TM3、 TM4兩級變壓成10KV電 壓給同步電機使用。信息檢測單元對主、備用電源的電流、電壓、頻率相 角等參數(shù)進行實時快速跟蹤和采樣，是采用高精度抗飽和電流互感器和電 壓互感器進行的，以保證采樣的快速、準確可靠；同樣，對風機的風壓和 風量的采樣也采用高精度壓力及流量傳感器進行采集，然后對采集的信號 進行整形和放大傳給CPU單元；對于風機電機的轉(zhuǎn)速測量采用高精度角編 碼器測量，測得的編碼脈沖經(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)進行加工計算和處理，然后和根據(jù) 現(xiàn)場建立的數(shù)學模型參數(shù)進行比對，如果符合我們的理論判據(jù)，將會發(fā)出 對高爐風機電機用變壓器電源BZT投切或者各種保護需求命令，此外CPU 單元還要和企業(yè)的高爐風機電機保護及自控裝置進行通信，在進行BZT投 切前，要確保風才幾電源故障是前端35KV電源側(cè)有故障(參見圖2)，如果是 風機電機本身有故障或風機電機自身電源有故障，則不能進行BZT投切。 CPU單元采用了高速DSP芯片以保證運算的準確和快速?？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) 行結果信息，同時按照CPU單元給出的命令，向供高爐風機電源變壓器供 電的專用35KV電源開關拒發(fā)出BZT投切信號，即指示斷路器QF1、 QF2、 QF3 同時切換，或發(fā)出各種高爐風機保護及自控裝置所需的信號。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)逆功率保護動作、速度保護動作、欠壓保護動作、高爐風機電機吸入 的有功功率突變條件滿足和高爐風機風壓H和風才幾風量Q之積所消耗的有 功功率大于或等于高爐風機電機吸入的有功功率五個判據(jù)，而后兩個判據(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的啟動特性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為自啟動電流倍數(shù)；Kq為電機額定啟動電流倍數(shù)；S為轉(zhuǎn)差率。對于高爐風機監(jiān)控系統(tǒng)，高爐風機電動機吸入有功功率突變是風機系 統(tǒng)供電電源故障判據(jù)之一，風機電機啟動完畢后，正常負荷下負載率為22 %-100%，當發(fā)生故障而引起失壓時，風機電機吸入的有功功率會迅速下 降，通常在吸入有功功率下降到負載率等于10%時的吸如功率時，便可判 定該風機系統(tǒng)供電電源有故障一一不論是6KV、 IOKV還是35KV電源，而此 時風機系統(tǒng)惰行還沒有開始，即刻進行BZT投切，如圖2、圖3所示，斷路 行切換，反應時間僅為開關動作時間，為毫秒級， 從而有效避免了坐料事故的發(fā)生，此外由于反應迅速，進行BZT投切時其 轉(zhuǎn)差率4交小，由上述同步電才幾啟動特性可知此時啟動電流4艮小，對電網(wǎng)沖 擊較小。而傳統(tǒng)上采用風機電機接點處電壓降作為判據(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)下的電機力矩和電壓的平 方成正比，則此時的電機力矩僅為正常額定電壓時的力矩的0. 49倍，使電 機無法恢復到額定轉(zhuǎn)速。更為重要的是由于風機系統(tǒng)的惰行，風機電機電 壓下降到整定值時，至少為秒級，此時轉(zhuǎn)速下降較多，導致電機的轉(zhuǎn)差率 較大，因而啟動電流4妄近工頻啟動電流(參見上面的同步電才幾啟動特性)， 將對電網(wǎng)造成很大的沖擊，此外還會對風機的機械軸瓦和推力瓦造成很大 傷害，嚴重影響風機的穩(wěn)定安全運行。尤其是周邊還有電機群進行投切時， 上級變壓器有可能因此承受不了，而導致保護跳閘，引起整個系統(tǒng)停電， 導致風機電機投切失敗。再者此時再進行BZT投切往往已經(jīng)失去意義，因 為此時高爐坐料事故往往已經(jīng)發(fā)生。圖2中，假如在故障點K1發(fā)生接地故障，進而發(fā)生兩相短路。剛接地 時對于IT系統(tǒng)，因接地電流小，我國規(guī)定可以連續(xù)運行兩小時，由于此時 該風機系統(tǒng)離故障點較遠，對風機的影響較小，可以不進行BZT投切。但 如果故障點發(fā)生在如圖所示故障點K2時，風機將會受到很大的影響，應進 行BZT投切，但是對于此類故障， 一般風機電機接點電壓及風機電機吸入 的有功功率短期內(nèi)變化都不太明顯，對此類故障用風機電機接點電壓或風 機電機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。風機電機的軸功率P尸QH/ ( 102 x 3600 ri tic)=P/ n " KW ),式中P——機械需要的功率，KW;Q_—送風量，m3/s;H——風機的總 壓頭(薩水柱)；r| e——電機傳動效率，直接傳動時一般取0. 98; n —一風
機機械效率，約為0. 4-0. 75;由上式可以看出，風機正常運行下風壓H和風機風量Q之積所消耗的有 功功率小于風4幾電積^及入的有功功率，當發(fā)生上述故障時，風才幾系統(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下降。由于風機系統(tǒng)慣性 的原因，導致風壓H和風機風量Q之積的有功功率大于或等于風機電機吸 入的有功功率，此時風機將進入(但還沒有進入)制動狀態(tài)，此時就可判定 風機系統(tǒng)電源有故障，從而迅速進行BZT投切，或進行必要的保護動作，從 而避免事故發(fā)生。經(jīng)實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。同步電機的投切投切方法有兩種， 一是自同步，二是準同步。(1) 、自同步電機滅磁后進入異步電機運行狀態(tài)，即當轉(zhuǎn)差率小于 臨界轉(zhuǎn)差率(同步電機能夠拉入同步所允許的最大轉(zhuǎn)差率)時，才進行同 步電機的投切，然后強行使同步電機拉入同步，但其啟動電流大，對電網(wǎng) 的沖擊較大，可參見前面的同步電機啟動特性。(2) 、自動準同步即當同步電機電壓和備用電源(高爐風機用變壓 器用的35KV電源)電壓、頻率相序相等，且相位角相同時進行BZT投切。 此時具有對電網(wǎng)零沖擊的優(yōu)點。我們采用了先進的同步檢測裝置，通過計 算系統(tǒng)自身的處理時間和BZT投切所需要的開關動作時間Sn并根據(jù)檢測 計算到的同步電機和備用電源同步角折算時間S2,提前時間AS- S2 -Si 進行BZT投切，從而保證高爐用同步電機和備用電網(wǎng)在完全同步的時刻完 成BZT投切，從而保證了對電網(wǎng)的零沖擊。而BZT投切要滿足五個理論判 據(jù)之一(逆功率保護動作、速度保護動作、欠壓保護動作、高爐風機電機 吸入的有功功率突變條件滿足和風壓H和風機風量Q之積所消耗的有功功 率大于或等于風機電機吸入的有功功率五個判據(jù))，同時還要滿足風機本身 沒有故障和風機自身電源沒有故障，以及備用電源電壓滿足高爐風機電機 自啟動的需要。當這三相同時滿足時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)出的各種控制信號能及時傳輸，完成BZT投切或其他各種保護任務。經(jīng)實 踐證明該智能監(jiān)控系統(tǒng)運行安全可靠，確實能有效避免高爐坐料事故的發(fā) 生，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。事實上，本實用新型的智能監(jiān)控系統(tǒng)不只適用于高爐風機上，依同樣 原理，同樣可以適用于其他大型電機帶動旋轉(zhuǎn)的機械上，諸如壓縮機、水 泵等。以上內(nèi)容是結合具體的優(yōu)選實施方式，對本實用新型所作的進一步詳 細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用 新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提 下，其架構形式能夠靈活多變，可以派生系列產(chǎn)品。只是做出若干簡單推 演或替換，都應當視為屬于本實用新型由所提交的權利要求書確定的專利 保護范圍。
權利要求1、 一種高爐防坐料風機智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括高爐、風機、高爐風機用同步電機，其中同步電機與主、備用電源連接，其特征在于還包括主、 備用電源、風機用同步電機和風機上設有的檢測單元，用于接收檢測單元 所采集信號的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)權利要求1所述的高爐防坐料風機智能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于 所述的檢測單元包括采集主、備用電源的電流、電壓信號檢測器及與之連 接的變送器，采集同步電機轉(zhuǎn)速的角編碼器和與之連接的整形放大器，采 集風機的風壓、流量的傳感器和與之連接的整形放大器。
3、 根據(jù)權利要求1或2所述的高爐防坐料風機智能監(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機智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括高爐、風機、高爐風機用同步電機，其中同步電機與主、備用電源連接，其特征在于還包括主、備用電源、風機用同步電機和風機上設有的檢測單元，用于接收檢測單元所采集信號的CPU單元，和根據(jù)CPU單元指令控制備用電源BZT的控制單元；檢測單元包括采集主、備用電源的電流、電壓信號檢測器及與之連接的變送器，采集同步電機轉(zhuǎn)速的角編碼器和與之連接的整形放大器，采集風機的風壓、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H02J9/06GK201038827SQ20072012015
公開日2008年3月19日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權日2007年5月18日
發(fā)明者劉漢喜, 李瑞堂, 羅自永 申請人:深圳市庫馬克新技術有限公司;劉漢喜