冷却塔双速风机 在宁钢的改造和应用

聂月明 黄东宁 史继伟 牛启顺

宁波钢铁有限公司能环部 宁波 315807

【摘要】本文以宁钢能源环保部水处理作业区层冷泵站4台冷却塔双速风机的应用为例，介绍了我公司水处理作业区冷却塔的原始结构及操作方式，和在实际使用过程中所碰到的问题，本文根据冷却塔双速风机的开停机特点，详细描述了改造方法和过程、围绕风机低、高速切换所进行的一系列静态和动态实验，并对风机低、高速切换过程中出现的各种问题给出了切实可行的解决方案，以供同行业参考。

【关键词】冷却塔风机；低、高速切换；自动；双速；

1概述

宁波钢铁有限公司能源环保部层冷泵站，冷水池上有4台12.5m×12.5m玻璃钢结构冷却塔 ，风机直径 φ8000mm，风机传动轴采用碳纤维轴，型号Addax650.425，长度DBSE=3376mm；电动机型号YD315L1-6/4 额定电压380V，额定电流103/193A,转速989/1487r/Min，设计风量G 1480000m³/h。

原设计操作人员根据热轧生产节奏及水池水温等情况来选择冷却塔风机低、高速运行模式。远程操作方式为：在HMI风机操作窗口上点击相应的“低速运行”、高速运行、“停止”等独立指令来完成，但在实际使用过程中，直接“带负载高速启动”时，电动机对联轴器、传动轴、减速机等部件瞬间冲击力非常大，经常发生联轴器螺栓断裂、传动轴扭断的情况，如图1。为了避免此类问题的发生，要求操作员“高速运行”前必须先“低速运行”一段时间停止后，在预估风机叶片未完全静止的情况下才能启动“高速运行”，以此减少风机在高速启动瞬间电动机与风机联轴器、传动轴以及减速机等部件的冲击力。但在实际操作中，对于低速切换高速这一过程，每个人的操作掌控不尽相同、操作步骤繁琐，操作人员很容易忽略一些步骤而造成设备损坏，不但维修费用高昂，还可能因温度升高而影响用户的正常生产。为了响应领导关于降低设备故障、节能降耗、设备智能化的有关指示精神，由设备室领导牵头，仪控、机械、电气专业共同参与，共同完成此次改造。

宁钢能源环保部层冷泵站4台冷却塔风机的集控系统主要由西门子的WINCC、PLC及风机控制箱内的电气传动保护回路组成。其中风机远程控制部分由WINCC、PLC程序实现，风机的实际执行单元为风机控制箱内部的电气传动保护回路组成。

图1

2 改造方案

在不增加测速仪表、及改动冷却塔风机传动控制柜的情况下，通过修改PLC程序内的控制逻辑，简化冷却塔风机低、高速的启、停机操作步骤，在判断转速达到要求、满足高速启动条件情况下自动发出启动高速指令；并实现冷却塔风机“低、高速一键切换”、“高、低速一键切换”，提高设备运行的稳定性，较少设备故障。

2.1修改逻辑

PLC控制逻辑主要部分即实现冷却塔风机低、高速切换功能的实现，其控制思路是：在满足冷却塔风机“高速切低速”或“低速切高速”运行的允许条件时，通过对冷却塔弹出操作窗口的按钮发出切换指令，由控制程序根据算法自动向开关柜发出实际的冷却塔风机启、停指令，完成一次由低→高或由高→低切换任务，并在同一台风机上实现低、高速互锁，避免低速、高速同时得电，烧毁电动机。

2.1.1冷却塔风机低速→高速切换模式：

切换条件：

⑴．冷却塔风机“低速运行”反馈正常；

⑵．冷却塔风机“高速未运行”反馈正常；

⑶．冷却塔风机高速回路“准备好信号”正常。

点击HMI“风机操作窗口”按钮发出“低速切高速”指令后，执行如下步骤：

⑴．冷却塔风机停止“低速运行”（低速分闸）；

⑵．冷却塔风机确认“低速运行”停止后开始计时20S自动发出启动“高速运行”指令；

⑶．冷却塔风机低速运行“停止”操作失败后，本次操作中止，恢复正常目前运行模式；

⑷．冷却塔风机启动“高速运行”（高速合闸）后，低速切高速操作完成，程序复位；

⑸．启动高速失败，风机在停机状态，并在WINCC操作画面上发出故障信息。

2.1.2冷却塔风机高速→低速切换模式：

切换条件：

⑴．冷却塔风机“高速运行”反馈正常

⑵．冷却塔风机“低速未运行”反馈正常

⑶．冷却塔风机低速回路“准备好信号”正常。

点击HMI“风机操作窗口”按钮发出“高速切低速”指令后，执行如下步骤：

⑴．冷却塔风机停止“高速运行”（高速分闸）

⑵．冷却塔风机确认“高速运行”停止后开始计时20S自动发出启动“低速运行”指令

⑶．冷却塔风机高速“停止”操作失败后，本次操作中止，恢复正常目前运行状态

⑷．冷却塔风机启动“低速运行”（低速合闸）后，高速切低速操作完成，程序复位

⑸．冷却塔风机启动低速运行失败，风机在停机状态，并在WINCC操作画面上发出故障信息。

2.1.3 改造相关逻辑部分的增加和修改

PLC 主要逻辑部分实现了无论切换成功与否，在切换后均能使机组运行处于相对稳态，但在执行风机转速切换时，由于单元机组控制条件的复杂性和相关性，还必须要考虑实现以下相关逻辑，才能保证整个过程的严密性，避免对机组运行形成干扰甚至造成跳级事故。

⑴．在冷却塔风机执行任意一次的切换过程中，自动闭锁首先将其停止再启动引发的连锁保护

⑵．在冷却塔风机执行任意一次的切换过程中，自动闭锁首先将其停止连锁计算时间保护动作。

⑶．在冷却塔风机执行任意一次的切换过程中，自动闭锁停单台风机高低速完全分、合闸关联连锁。

⑷．在冷却塔风机执行任意一次的切换过程中，遇启动失败时,程序后面段落不再被执行，并发出故障信息。

（5）．当风机低速启动后，满足条件可切高速，高速运行时，满足条件后可以切低速等；同一时间内只允许完成一项切换。风机在停止状态下，无法直接高速启动。

2.2 画面组态

在WINCC系统中的风机系统操作窗口的左上角，加入“切换高速”、“切换低速”按钮，如图2所示：

图2

2.3 冷却塔风机低、高速切换实验

2.3.1 冷却塔风机低、高速切换静态实验

在控制逻辑全部完成编写、编译后，即可进行风机高低速切换静态实验，主要是将风机选择开关从“就地”打到“远程”位，在wincc操作画面中将风机高速切换条件全部强置为满足，修改PLC主控制逻辑的时间参数后执行全部切换操作。通过实验结果验证逻辑的合理性、完整性、准确性和连锁的可靠性。针对实验中发生的故障和出现的问题，对控制逻辑不断修正与改进。

2.3.2 冷却塔风机低、高速切换动态实验

⑴.冷却塔风机低速运行停止试验。主要目的：一是确认低速启动和停止回路完好；二是确定风机在低速运行时作为切高速的重要依据。

⑵.冷却塔风机高速运行停止试验。主要目的：一是确认切高速的过程逻辑正常，二是确定低速完全分闸与高速合闸之间所需的电气动作时间；三是确认高速合闸时风机任然在惯性的作用下旋转，以降低电机在高速启动瞬间传动轴等部位的扭力。

⑶.冷却塔风机低、高速切换试验。主要目的：一是在低、高速切换静态试验的基础上敲定主要逻辑部分的各个具体参数及连锁条件，做到前后步序配合，确保切换过程不会对电动机以及电气回路造成过大影响。

全部试验完成后，冷却塔风机风机低、高速切换功能随即投入了使用。

3.结论

本次改造涉及机械、电气、仪控等三专业，作者全程参与了整个过程，深刻体会到同样的设备在不同工艺状况及现场环境下所产生的不同状况，理论值与实际运行过程中的各种差异问题，实施过程中三个专业的协调配合，从各自专业角度审视设备各部件的性能，给出具体数据。实施后的静态、动态试验都十分重要。

由于4台冷却塔风机控制系统为西门子WINCC+PLC及冷却塔风机传动控制箱组成，控制逻辑都在plc中完成，便于修改调试。追求最大程度的简单与严密，越简单越可靠，而完善是指考虑到机组整体和风机控制局部的方方面面，越严密就越稳定。

4台冷却塔风机低、高速切换改造方案实施完成后，随即投入了使用，运行人员在风机操作过程中，减少了操作步骤，避免了操作失误，操作过程稳定，方案获得成功，随后我们将水处理其他18台冷却塔风机都按此方案进行了改造。

参考文献：

【1】罗万金。电厂热工过程自动调节。中国电力出版社，1991