AV50风机控制系统改造

1、AV50风机电气控制系统改造 董卓标 毕勇 周国贞炼铁厂 内容提要介绍韶钢炼铁厂6高炉AV50风机电气控制系统存在的问题及改造过程，通过对AV50风机系统的改造，消除了设备隐患，杜绝了设备重大事故的再次发生，同时为AV63风机系统及AV80风机系统的改造提供借鉴。关键词AV50风机系统低油压轴位移PLC控制系统1 概述炼铁厂6高炉AV50风机系统于2002年11月建成投产使用至今，在使用过程中，曾经存在较为严重的设备隐患及发生过重大设备事故。2005年12月3日，AV50风机系统因PLC控制系统故障而导致风机轴瓦烧毁。通过对AV50风机电气控制系统的改造，除了保留原PLC控制系统的“低油压”和

2、“轴位移”保护外，另外增设“低油压”和“轴位移”两路保护回路，新增的两路保护回路是不经过PLC控制来实现，其保护的实现是经现场采样到信号后，直接送至高压柜跳闸回路引起跳闸，这样的双重保护大大提高了风机系统的安全运行系数。2 AV50风机系统简介AV50风机系统主要包括启动电机、主电机、水电阻、励磁柜、PLC柜、仪控柜、油泵和风机等8大部份组成，AV50机组控制系统采用SIEMENS公司的PLC，系统为S7-400，人机界面采用SIEMENS 公司的winCC 组态软件，整个控制系统能完成数字采集、储存、过程调节、逻辑控制及保护功能。整个风机系统的保护包括过负荷保护、差动保护、励磁保护、低油压保

3、护、轴位移保护、持续逆流保护等，其中的低油压保护、轴位移保护，持续逆流保护统称为“机组保护”，机组保护通过现场采样至仪控柜后，经仪控柜处理后发信号给PLC柜，由PLC控制来实现保护，见图1的机组保护，当风机系统出现低油压、轴位移、持续逆流等故障时，PLC采样到信号后，会发出指令驱动“9K”继电器，由该继电器统一发出“机组保护”指令给主电机柜的跳闸线圈（1TQ），从而实现保护。另附表为AV50风机系统具体参数：表1 AV50风机电机参数电机型号额定功率（kW）额定电压（V）定子电流（A）转子电流（A）额定转速（r/min）励磁电压启动电机YRKS6304180010000124.55461489

4、主电机T100004/18001000010000658550150040.5V表2 AV50风机参数风机编号风机型号风机轴径（cm）风量(m3/min)风压(MPa)风叶级数厂家备注11#风机AV50-13501722.50.37113级陕西鼓风机厂3 AV50风机系统存在的问题AV50风机系统为高炉生产重要设备，在运行过程中的机组保护完全依赖PLC控制来完成，没有设置相应的常规继电保护功能，因此AV50风机在运行时因PLC系统出现故障时，会导致所有的风机机组保护失去作用而损坏风机，造成严重的损失。 2005年12月3日，AV50风机因为PLC控制柜内通讯模块IM153电源自动开关（127S

5、A）跳闸，通讯模块断电后，PLC的所有信号和指令中断。因此，动力油泵、润滑油泵因运行控制指令消失而停机，与此同时润滑油压降低后，PLC应发的风机主机停机指令和“低油压”告警信号同样因通讯模块断电而无法发出，风机机组在断油状态下仍在运行，最终导致事故发生，风机轴瓦在无油状态下运行，导致所有的风机轴瓦全部烧毁。经分析，通讯模块IM153电源自动开关（127SA）跳闸，是造成此次事故的直接原因；原AV50风机控制系统设计有缺陷，是本次事故的间接原因，其未能考虑到如果PLC模块故障或无电，会引起什么样的后果，不能确保只要风机运行油泵就不能停，也没能满足只要机组保护参数达到限值，不管PLC正常与否都应发

6、出停车指令的要求。本次事故导致AV50风机的轴瓦烧毁不能再用，造成AV50风机需要维修，维修费用共计96万元，直接的经济损失是导致6高炉休风8小时，还有在AV50风机维修期间，6高炉不得不用AV63（AV63电机功率为18000kW）来供风，导致6高炉电能的严重浪费。由此可见，AV50风机系统设计存在较为严重的缺陷，严重影响AV50风机系统的安全运行，直接影响到6# 高炉的生产，因此对AV50风机系统的改造势在必行。4 改造的实施为确保AV50风机安全有效运行，决定在不改变风机工艺的条件下增加以下保护功能：4.1润滑油低油压保护在AV50风机高位油箱出口总管上增加电节点压力表TZ2（见图1的说

7、明1）.当润滑油压低于设定值（0.08a）时TZ2低油压的接点闭合，直接驱动主电机柜跳闸回路的跳闸线圈（1TQ），使得主电机柜能在低油压的状态下及时跳闸。此低油压跳闸保护回路是不经PLC控制的，见图2是AV50风机主电机柜的分、合闸回路，见图1是AV50风机主电机柜的保护跳闸回路，当现场检测到低油压信号时，TZ2（TZ2为现场高位油箱出口总管上电节点压力表）就会闭合，驱动信号继电器2XJ，同时向主电机柜发出低油压跳闸指令。4.2轴位移保护利用现有轴位移节点，增加继电器分为两路，一路供PLC，一路直接驱动高压跳闸回路。见图1当现场检测到轴位移过大时，就会发信号给仪控柜的轴位移控制器（3300），

8、第一路由3300驱动继电器KA10， KA10常开触点闭合，驱动信号继电器1XJ，同时向高压柜发出轴位移过大的跳闸指令。第二路由3300同时发信号给PLC，PLC检测到信号后，驱动9K继电器，实现跳闸保护。两路信号为同时发出，假如第二路的PLC控制出现故障时，第一路能及时起到保护作用，从而实现双重保护作用。4.3按原图纸PLC高压跳闸回路输出点由现在的常开点改为常闭点。见图1的“机组保护”回路，“9K” 点按原来的设计为常开点，当机组保护动作时，“9K” 点闭合使主电机柜跳闸。现“9K” 点改为常闭点，风机启动前或正常运行时，“9K” 点断开，当PLC模块故障或断电时，“9K” 点会瞬间闭合，

9、从而杜绝12月3号事件的再次发生。4.4动力油泵和润滑油泵控制增加自保回路在常规电气回路中增加自保点，需另外增加停止点。现以1#润滑油泵为例。见图3是1#润滑油泵二次控制回路图，继电器“31K”为新增的停止点，“1KM”为自动控制回路新增加的自保点，当使用自动控制回路时，PLC驱动17K使得主接触器1KM动作启动油泵，这时回路上的1KM（原设计没用1KM自保点）辅助触点闭合实现自保功能，即使PLC系统故障跳闸使17K失电跳开，由于1KM已经实现自保使得油泵不受其影响继续运行。同理，其余的三台油泵也按此方法进行了改造。4.5PLC保护取消原有的轴瓦温度、轴振动跳高压保护，只设报警功能。4.6进一

10、步完善PLC抗干扰能力，减少PLC系统出现故障的几率。5 改造的效果通过这次对AV50风机电气控制系统的改造，主要取得了如下效果：(1)解决原来系统设计存在的缺陷，在不改动原来保护的基础上，主要的低油压和轴位移保护各多增加了一路，实现PLC与常规继电保护同时作用的双重保险，杜绝了类似2005年12月3日重大设备事故的发生，有效保护AV50风机系统的安全稳定运行。 （2）把原来的机组保护（9K）的常开点改为常闭点,如果PLC故障，9K点立即闭合，起到保护机组的目的。(3)油泵系统的运行更趋于合理，改造后油泵系统的运行不受PLC故障影响，杜绝了因PLC故障引起的油泵系统跳闸。(4)进一步完善PLC

11、抗干扰能力，减少PLC系统出现故障的机率。(5)确保了6高炉的高产，稳产，减少了因电气设备事故而引起的休风。6 经济效益分析6#高炉AV50风机系统经过改造以后，每年创造的经济效益为16914412.81元，其主要表现在如下三个方面：（1）经过改造，杜绝风机出现类似2005年12月3日的事故，本次事故就AV50风机检修的费用高达96万元。所以改造后其年维修费用可节约96万元。（2）本次事故引起6#高炉休风按8小时计算，平均每小时出铁是87.1098t，吨铁市场价格是1910.94元，那么6#高炉休风8小时的损失是：87.1098（吨）*1910.94（元）*8（小时）=1331692.81元（3）本次事故后，6#高炉使用AV63供风，AV63的电机功率为18000kW，AV50的电机功率为10000kW。那么AV63开一个小时要多耗电8000度，AV50风机检修期为2005年12月3日至2006年4月18日，检修期间AV63共记开了136天，按韶钢厂每kWh电费0.56元计，在这106天当中多耗电费为：8000（度）*0.56（元）*24（小时）*136（天）=14622720元由上可见每年创造的经济效益为：960000+1331692.81+14622720=16914412.8