傅昆
西距北京220公里，北距唐山市80公里的曹妃甸島，是一個曾經(jīng)名不見經(jīng)傳的渤海灣荒涼沙島。然而自從被選為首鋼搬遷廠區(qū)的新址，曹妃甸一夜聞名。座落于此的 “首鋼京唐鋼鐵有限公司”是我國的第一個臨海鋼鐵企業(yè)，總投資高達(dá)677.31億元人民幣，由首鋼和唐鋼共同建設(shè)。 首鋼曹妃甸新鋼廠計(jì)劃建設(shè)兩座5500m3高爐（世界第三、全國最大），并將憑借898萬噸鐵、970萬噸鋼和913萬噸鋼材的年產(chǎn)能力，成為中國最大的鋼鐵基地，其主要將建設(shè)5500m3高爐2座，7.63 m焦?fàn)t4座，300t轉(zhuǎn)爐5座，2250mm和1580mm熱連軋機(jī)各1套，2230mm、1700mm及1550mm酸洗冷軋機(jī)組各1套。曹妃甸鋼鐵基地投產(chǎn)后，將生產(chǎn)出高質(zhì)量、高技術(shù)含量、高附加值的市場急需的高端精品板材，包括熱軋帶鋼、冷軋帶鋼、熱鍍鋅板、彩涂板、電工鋼等，廣泛應(yīng)用于汽車、造船、管線、家電等。
首鋼曹妃甸項(xiàng)目2007年正式開工，2009年預(yù)計(jì)一期一步投產(chǎn)400多萬噸，2010年二步完成后將達(dá)到900多萬噸產(chǎn)量，投資方需要為包括焦化廠、煉鋼廠、燒結(jié)、連鑄、高爐、冷軋廠和發(fā)電廠等在內(nèi)的各個生產(chǎn)廠區(qū)新建低壓配電系統(tǒng)。從2007年開始，西門子低壓業(yè)務(wù)部通過框架式協(xié)議，陸續(xù)為首鋼曹妃甸一期一步項(xiàng)目提供3WL框架斷路器、3VL塑殼斷路器和SIMOCODE pro 3UF7電機(jī)保護(hù)控制器等全系列低壓元器件產(chǎn)品，全面用于鋼廠的配電柜和馬達(dá)控制（MCC）柜，迄今已經(jīng)完成上述一期一部項(xiàng)目的供貨調(diào)試。 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)透明化工廠 基于開放的網(wǎng)絡(luò)通訊基礎(chǔ)，建設(shè)智能型的低壓配電、電機(jī)保護(hù)和控制系統(tǒng)平臺，是構(gòu)筑一個透明化、數(shù)字化現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)的基石，也是國際鋼鐵行業(yè)的先進(jìn)技術(shù)潮流。為此，作為國內(nèi)鋼鐵行業(yè)的示范性項(xiàng)目，首鋼曹妃甸工廠非常看重西門子低壓元器件和電機(jī)保護(hù)控制產(chǎn)品的整體網(wǎng)絡(luò)集成能力，也表明西門子的全集成能源（TIP）管理理念深入人心。 針對用戶的上述需求，基于PROFIBUS-DP數(shù)字化現(xiàn)場總線和低成本的AS-i執(zhí)行器－傳感器底層總線技術(shù)（煉鋼和連鑄工廠使用），以3WL框架斷路器、3VL塑殼斷路器和SIMOCODE pro 3UF7電機(jī)保護(hù)控制器為主的西門子系列低壓元器件完美地實(shí)現(xiàn)了工廠對底層配電和電機(jī)保護(hù)控制數(shù)據(jù)的透明訪問。對首鋼項(xiàng)目而言，其主要價(jià)值體現(xiàn)在： （1）能源監(jiān)測與管理 隨著全球的各種能源供應(yīng)的價(jià)格持續(xù)攀升，使得像鋼鐵企業(yè)這樣的高耗能的企業(yè)的能源成本越來越高。在這樣的形勢下，特別是在我國鋼鐵企業(yè)整體能源利用率不高的情況下，鋼鐵企業(yè)對于自身的能源監(jiān)測平臺的建立和節(jié)能措施的大力推行顯得尤為必要。電機(jī)作為鋼鐵企業(yè)的主要耗能設(shè)備，是必須加以監(jiān)測和管理的。通過西門子智能型SIMOCODE Pro 3UF7電機(jī)保護(hù)控制器，使得電機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)透明化，從而幫助用戶方進(jìn)一步對自身整體的電能使用情況和設(shè)備運(yùn)行狀況做到全面了解和控制。因此長遠(yuǎn)來看，這些數(shù)據(jù)不但將幫助首鋼曹妃甸工廠提高電機(jī)設(shè)備運(yùn)行效率，而且有助于對今后生產(chǎn)的調(diào)整進(jìn)行有效的電力匹配，減少和杜絕電力運(yùn)行中的安全隱患，提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)依據(jù)，使整個電力系統(tǒng)更經(jīng)濟(jì)、安全、可控。 （2）快速診斷與維護(hù) 像首鋼曹妃甸這樣的大規(guī)模鋼鐵項(xiàng)目，其低壓配電與電機(jī)控制站點(diǎn)分布在高爐、焦化廠、煉鋼廠、冷扎廠、發(fā)電廠等各個地方，一旦發(fā)生停電、跳閘、短路等問題，可能造成牽一發(fā)而動全身的事故。在這樣的情況下，對于電氣工程師來說，急需采用模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、智能型的低壓元器件便于靈活搭配與升級，更重要的是能通過遠(yuǎn)程控制與監(jiān)視的方式來了解和控制各處電氣狀態(tài)和參數(shù)，便于集成管理，以保證診斷的準(zhǔn)確性與維修的及時性，同時還可實(shí)現(xiàn)向終端控制以及工廠辦公自動化的發(fā)展。西門子公司的新一代可通訊智能斷路器——SENTRON 3WL框架式空氣斷路器和SENTRON 3VL塑殼斷路器系列的許多功能特點(diǎn)正是根據(jù)上述用戶需求來設(shè)計(jì)的。 “這是冶金行業(yè)第一次如此大規(guī)模地采用智能型、網(wǎng)絡(luò)化的低壓開關(guān)元件”，西門子IA&DT集團(tuán)北方區(qū)域工業(yè)行業(yè)業(yè)務(wù)部趙麗霞經(jīng)理說道。 智能化斷路器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷與維護(hù) 隨著電力系統(tǒng)越來越高的可靠性及自動化要求，無論是發(fā)電、輸電、配電還是用電，都提出了監(jiān)測、控制、保護(hù)等方面的自動化和智能化的要求。斷路器作為電力系統(tǒng)中最重要的控制元件，它的自動化和智能化是電器設(shè)備智能化的基礎(chǔ)。 由于首鋼曹妃甸一期項(xiàng)目涉及多個工藝段和工廠車間，其低壓配電保護(hù)開關(guān)柜分布地域廣，對開關(guān)器件的診斷準(zhǔn)確性、維修及時性與電源管理集成性要求高。西門子SENTRON 3WL空氣斷路器和SENTRON 3VL塑殼斷路器系列在此項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)出了智能化與網(wǎng)絡(luò)化的優(yōu)勢。 SENTRON斷路器集成了創(chuàng)新的通訊和測量功能，無論是應(yīng)用于變壓器低壓側(cè)出線、低壓母聯(lián)等重要饋線回路的3WL框架斷路器，還是應(yīng)用于一般低壓出線回路的3VL塑殼斷路器，在網(wǎng)絡(luò)連接方面都可以通過通信模塊而具備標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS-DP總線通信能力，為首鋼曹妃甸工廠電能監(jiān)控管理帶來的好處是： ? 隨時將斷路器的開關(guān)分/合信號、脫扣信號、儲能機(jī)構(gòu)儲能信號、合閘準(zhǔn)備就緒信號、欠電壓脫扣信號等狀態(tài)量信息上傳到PLC控制器，同時還具有諧波測量和故障錄波功能。 ? 隨時將電流、電壓、功率、電能、功率因數(shù)、頻率以及它們的最大值/最小值、斷路器溫度等模擬量信號上傳到上位控制器，從而提供詳細(xì)的遠(yuǎn)程維護(hù)診斷信息。 ? 在遠(yuǎn)程測試和維護(hù)方面，配置電動機(jī)操作機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分/合斷路器；可通過上位的Switch ES power軟件實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程參數(shù)整定，操作性更透明，靈活性更高，調(diào)試更加快速。 “此項(xiàng)目中，SENTRON斷路器強(qiáng)大的通信功能在初始化鋼廠供電參數(shù)、配電運(yùn)行組態(tài)、故障診斷、測試、維護(hù)及全能量管理方面打開了全新的應(yīng)用空間”，趙麗霞經(jīng)理談到。 電機(jī)保護(hù)、控制與維護(hù)的集成 對于大型過程行業(yè)，大量由電機(jī)驅(qū)動的關(guān)鍵工藝設(shè)備一旦發(fā)生停機(jī)故障，代價(jià)將非常昂貴。因此，像首鋼這樣的大型冶金企業(yè)均十分關(guān)注對電機(jī)的實(shí)時保護(hù)、控制和優(yōu)化的能源管理，以避免現(xiàn)場負(fù)載尤其是重載設(shè)備的停機(jī)和損壞。就此項(xiàng)目而言，大約有2/3的低壓開關(guān)柜是MCC馬達(dá)開關(guān)柜，必須考慮采用像SIMOCODE pro這樣集電機(jī)保護(hù)、控制、監(jiān)督和管理功能于一體的先進(jìn)電機(jī)管理系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機(jī)起動器，其好處主要在于：獨(dú)立于自動化控制系統(tǒng)之外的多功能電子式全電機(jī)防護(hù)系統(tǒng)可更大程度防止電機(jī)故障和停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)；基于開放網(wǎng)絡(luò)的通訊功能隨時獲得詳細(xì)的操作、維護(hù)和診斷數(shù)據(jù)，以減少現(xiàn)場工程師和維護(hù)成本，并及時迅速地檢測和解決故障；基于軟件的多種電機(jī)控制功能，以及總線集成的連接方式，節(jié)省了現(xiàn)場大量硬件和接線費(fèi)用。 [caption id="attachment_1137" align="aligncenter" width="229" caption="SIMOCODE pro 3UF7電機(jī)保護(hù)控制器"]
[/caption] 在電機(jī)保護(hù)方面，SIMOCODE pro 3UF7將多級保護(hù)和監(jiān)視功能結(jié)合起來，除了一般的電機(jī)過載保護(hù)、電機(jī)堵轉(zhuǎn)保護(hù)、相故障檢測之外，還提供額外的熱敏電阻保護(hù)，通過電流限值設(shè)定的方式實(shí)現(xiàn)趨勢分析/故障預(yù)警、內(nèi)/外部接地故障檢測功能，用以對于不同配電系統(tǒng)中電機(jī)的接地保護(hù)，“完全滿足首鋼項(xiàng)目的電機(jī)可靠運(yùn)轉(zhuǎn)需求。” 在首鋼曹妃甸項(xiàng)目中，一套工藝裝置甚至一個工藝段上，經(jīng)常都會分散地安裝著各種工況的用電設(shè)備，如感性負(fù)載（風(fēng)機(jī)、水泵等）、阻性負(fù)載（加熱器等），即使是同類負(fù)載，由于工藝上的差異又會有一般類負(fù)載/重載類負(fù)載之分。根據(jù)這些電機(jī)的負(fù)載要求和工藝需求，必須為電機(jī)提供各種有針對性的起動控制方式。SIMOCODE pro 3UF7預(yù)置的多種起動控制功能——直接起動、可逆起動、星-三角起動、軟啟動、電磁閥開關(guān)驅(qū)動、定位器驅(qū)動、塑殼斷路器的控件和通訊網(wǎng)關(guān)、雙速換相電機(jī)起動等等，可供首鋼用戶自由選擇其中部分起動方式，全面保障了用戶的主要冶金工藝裝置的順利運(yùn)行。此外，3UF7具有可調(diào)脫扣特性的反時限固態(tài)過載保護(hù)，內(nèi)置了TC5~TC40的8條脫扣特性曲線，因此有效地適應(yīng)各類負(fù)載的不同起動要求，使電機(jī)得到更有效的利用。 [caption id="attachment_1138" align="aligncenter" width="250" caption="3UF7脫扣特性曲線"]
[/caption] 對于首鋼曹妃甸的現(xiàn)場技術(shù)服務(wù)工程師來說，不僅要了解電機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀況、生產(chǎn)工藝進(jìn)程，而且希望通過有效的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)設(shè)備能源的優(yōu)化管理，為此，可通訊的設(shè)備/系統(tǒng)就成為關(guān)鍵所在。在曹妃甸工廠中，3UF7作為標(biāo)準(zhǔn)PROFIBUSDP現(xiàn)場總線從站設(shè)備接入PLC控制系統(tǒng)，實(shí)時將電機(jī)操作數(shù)據(jù)（電機(jī)開關(guān)狀態(tài)、相電流、相電壓、視在功率、相失衡、延時跳閘……）、維護(hù)數(shù)據(jù)（電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時間、停機(jī)次數(shù)、起動次數(shù)、過載跳閘次數(shù)、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時間……），以及診斷數(shù)據(jù)（早期警告和故障信息、最后跳閘電流值、回檢故障……）傳輸給上位監(jiān)控站點(diǎn)，尤其有助于幫助現(xiàn)場維護(hù)人員快速確認(rèn)故障原因，或者識別即將發(fā)生的故障，從而采取預(yù)防性維護(hù)措施加以避免。另外，可通訊的3UF7還大大簡化了電機(jī)的操作和管理。現(xiàn)在，現(xiàn)場工程師們無需在各設(shè)備間奔波進(jìn)行電機(jī)饋電裝置參數(shù)化，3UF7的參數(shù)化可從中央控制室通過PROFIBUS-DP遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)。尤其使用SIMOCODE ES Professional軟件可對3UF7內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行在線修改，而不需要系統(tǒng)停機(jī)，從而為曹妃甸基地今后項(xiàng)目的擴(kuò)建和工藝裝置變更帶來很大的好處。 [caption id="attachment_1139" align="aligncenter" width="315" caption="3UF7內(nèi)部參數(shù)在線修改和配置"]
[/caption] “低壓元器件的網(wǎng)絡(luò)配置和通訊調(diào)試是該項(xiàng)目中工作量最大的一部分”，趙麗霞說道，“但我們?nèi)匀辉谌绱司o張的時間內(nèi)完成了及時供貨和現(xiàn)場調(diào)試工作”。當(dāng)然，要建設(shè)一個像首鋼曹妃甸這樣的大型透明化工廠，還有很多的工作要做，而西門子智能化、可通訊的低壓元器件平臺則為此打下了良好的基礎(chǔ)。
