《电炉可控硅整流器应用与故障处理1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电炉可控硅整流器应用与故障处理1（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电炉可控整流器应用与故障处理0电炉可控硅整流器应用与故障处理（廖国斌）2 电炉可控硅整流器应用与故障处理2.1 直流电弧炉装备特点及冶炼工艺世界上最先发明使用的炼钢电弧炉是直流电弧炉。因受限于电力电子器件容量的制约，制造大容量直流 电弧炉整流器很困难，曾一度停顿而走交流电弧炉发展道路。随着大容量整流装置的开发应用和电子计算机技术的发展，通过交直流两种电弧炉的运行比对，发现直流电弧炉比交流电弧炉在吨钢电耗与电极消耗方面具有一定的优势。自 1989 年起世界上又兴起了大型直流电弧炉建设高峰期，在日本东京制铁一座 160 吨直流电弧炉于 1989 年 8 月投产之后，仅 1995 至 1996两年时
2、间世界上就有近 25 座大型直流电弧炉投入运用。近阶段，一方面高阻抗交流电弧炉技术的发展缩小了与直流电弧炉在消耗指标上的差距，但同时直流电弧炉整流器与底电极的可靠性也不断提高，因而呈现出交直流大容量电弧炉并存格局。目前国内设计制造超高功率直流电弧炉的能力还相当有限，最高仅达到 50吨直流电弧炉，最主要制约 因素是大容量电力电子装置的制造技术，所以当前国内运行的大功率直流电弧炉成套设备基本都是引进，如苏钢 100 吨、兴澄特钢100 吨、特 钢 100 吨、杭钢 80 吨、宝钢 150 吨等。国外直流电弧炉最有代表性的公司：法国 IRSID、德国 ABB、MAN/NKK、WoestAlpine、
3、Fuchs、US/CLECIM 等。所制造的直流电弧炉均向超大功率发展，其技术和产品各厂商均体现了各自的设计特点，经 国内实际运用检验 ，以 稳定性来看， ABB 的产品较好，而 US/CLECIM 公司因无直接生产厂家作技术支持，产品的运行稳定性较差。钢 150t 超高功率双炉壳直流电弧炉是由法国 CLECIM 公司整体引进的。 图 2所示为直流电弧炉冶炼电源基本回路组成。电炉的供电电源是由三套整流器装置 EB51、EB52 和 EB53组成，整流器输出的负极连 接到炉顶石墨电极，正极经底电极切换开关连接到两个炉底底电极中的一个，冶 炼时石墨顶电极和底电极经炉内的废钢或钢水之间产生电弧，形成
4、炉内能量的供 给源。三套整流器装置 EB51、EB52 和 EB53，由 GE加拿大电气公司于 1996 年制造。电炉可控整流器应用与故障处理1直流电弧炉装备具有明显特点：在大型高功率或超高功率 电炉中得到广泛应用。直流电弧炉的比功率多数在 700-1000kW/ t ;变压器的工作容量比额定容量约高 20，具有较大超 载能力。 在设备上，直流电弧炉与超高功率交流电弧炉具有许多相同之处，如废钢预热、氧燃 烧嘴、水冷氧枪、水冷炉壁及炉盖、偏心底出钢等功能。其主要不同之处在于单电极（阴极）加底阳极的直流发生装置。直流 电弧炉 电源将高压 交流电经变压、整流后 转变 成 200870V 直流电，电源
5、与炉子单相短网连接形成主电路供电系统，通过电流控制回路进行调节。与三相交流电炉短网相比，单相短网不存在集肤效应和临近效应，在其上的电损较小，且周边不需要采取非磁性材料。单相石墨电极接在短网末端，可用一根相同容量的交流电弧炉电极来供电，由于没有集肤效应， 电极的 电流密度比交流电弧炉高得多。在炉子底部设有底阳极（关键设备），其中有导电炉底型、金属触针型和水冷金属棒型三种型式。宝钢采用导电炉底型底阳极，是通过整个炉底耐火材料和其下部安装的集电铜板导电。起弧方式为起动电 极与阳极相连，阴阳极形成回路，起弧后切断通路，使直流电通过阳极，进行正常熔 炼。正常冶炼是靠炉内留40 吨钢进行电极起弧操作。直流
6、电弧炉的冶炼工艺与交流电弧炉相似；直流电弧炉采用的单根顶电极结构，能使大功率输入电能集中于炉子中心部位，穿井很快，炉料呈轴对称熔化，极水冷母排电抗器整流器 765V、36KA底电极母排整流变压器隔离开关真空开关接地开关石墨电极导电铜管水冷电缆升降缸底电极切换开关7#炉 8 炉33MVA/33KV/648V整流变图 2-1 直流电弧炉冶炼电源基本回路电炉可控整流器应用与故障处理2少塌料；为了使泡沬渣能埋住电弧，直流电炉泡沬渣比交流电炉的要高。2.1.1 整流电源系统组成宝钢 150 吨直流电弧炉由引进的三套大容量整流器构成十八脉波的直流电源供电。每套整流器的输入 电压 AC648V；输入电流 A
7、C29394A；电源频率 50Hz；输出电压额定电压 DC765V；最大空载电压 DC870V；额定电流(连续)DC36KA；额定输出功率 27540KW；过电流整定值 80KA ；过电流瞬动值 151. 8KA ；整流器承载电流最大 144KA/10 秒；整流器共阴极组接顶电极，共阳极组串联 150H电感接底电极。整流器的每一桥臂采用 10 只 2500V，2500A 可控硅并联，每个可控硅串接2500A/690V 的快速熔断器，整流器运行条件：允 许的最高环境温度为 40，相对湿度小于 90%；冷却水最高 进口水温 38.5，流量 433 l/min；冷却水水质为去离子加 5丙烯甘醇混合纯
8、水、电阻率 300k以上； 冷却方式为封闭式循环水冷系统，报警温度 45，跳电温度 50。由于在整流器输出串有一个大电感量很大的直流空芯电抗器 ,将整流器dL负载视为感性负载。直流空芯 电抗器 起限制电流脉 动、保持电流连续和限制短dL路电流的作用。2.1.2整流器工作原理电炉可控硅整流器采三相全控桥式结构，其主电路实质上是由共阴极组（1、3、5）与共阳极组（2、 4、6）两组电路串联而成，如图2 所示。33KV/648V AC/33MVA可控硅10 只并联电流变换器36000A/10ALd(150H)底电极顶电极1.8V=36KA过电流整定值792KA电流瞬动值 151. 8KA图-2 电炉
9、整流器主电路示意图快熔 690V/2500A/32T1T3T5T4T6T2TRUdIdI2abc电炉可控整流器应用与故障处理3三相桥是应用最为广泛的整流电路，共阴极组阴极连接在一起的 3 个可控硅（T 1，T3，T5），共阳极组阳极连接在一起的 3 个可控硅（ T4 ， T6 ，T2），导通顺序：T 1T 2T 3T 4T 5T 6。三相桥式全控整流电路有如下特点：a、2 管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各 1，且不能 为同 1相器件；b、对触发脉冲的要求：按 T1-T2-T3-T4-T5-T6的 顺序，相位依次差 60；共阴极组 T1、T3、T5的脉冲依次差 120，共阳极组 T
10、4、T6、T2也依次差 120；同一相的上下两个桥臂，即 T1与 T4，T3与 T6，T5与 T2，脉冲相差 180。c、ud一周期脉动 6 次，每次脉动的波形都一样，故该电路为 6 脉波整流电路。d、需保证同时导通的 2 个可控硅均有脉冲：可采用两种方法：一种是宽脉冲触发；一种是双脉冲触发（常用）。e、可控硅最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值:（1）2.45FMRU1) 三相全控桥式整流电路带电阻负载时的工作情况对电阻性负载，当 时， 波形与 波形形状一样，由于电压波形连续，06didU因此电流也连续也连续。每个可控硅导通 ，整流电压波形与电感性负载时相012同。 时， 波形每 6
11、0中有一段为零， 波形不能出现负值。由于线电压06dUd过零变负，可控硅阻断，输出电压为零，电流波形不再 连续，不像电感性负载那样出现负电压。一个周期中每个可控硅分二次导通， 带电 阻负载时三相桥式全控整流电路 角的移相范围是 120。2）阻感负载时的工作情况60时： 波形连续 ，工作情况与带电阻负载时十分相似，主要包括：各可控硅的dU通断情况、输出整流电压 波形、可控硅承受的 电压 波形。d区别在于：得到的 负载电 流 波形不同。当 电感足 够大的时候， 的波形di di可近似为一条水平线。60时：电炉可控整流器应用与故障处理4阻感负载时的工作情况与电阻负载时不同。电阻负载时， 波形不会出现
12、dU负的部分。阻感负载时， 波形会出现负的部分。dU带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的 角移相范围为 90）整流器运行特点由于要适应电压 、电流变化大、强烈电冲击和负载冲击的特点。其整流器装置必须能够快速调节弧压和具有良好稳定弧电流的功能。整流器易造成电网闪变 、回路电抗过电压及器件开路过电压现象。所以，从电源输入至整流器输出的各环节都需保持过电压吸收装置的良好。突变电流对 可控硅电流 变化率要求很高，器件的冗余度设计原则要清楚；大电流的波 动和动态短路所 产生的电动力会使部件 产生震动、 结构发生破坏，必需加强定期检查。由于整流器容量大，通常均需要多可控硅并联。不均流问题十分突出。日常跟踪
13、母排连接处、桥臂及可控硅的温升情况非常必要。 由于强大电 流瞬变，系统防干扰、隔磁及整流器框架受热平衡等问题需要关注。对多并联器件的 驱动单 元要求很高，可控硅 驱动信号正常与否及可控硅是否良好是关注重点。可控硅组件 间接触电阻 问题十分突出， 对安装质量有严格要求。2.1.3 三相全控桥式可控硅整流电路的定量分析当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载 60时）的平均值为：-（2）22.34cos1.35cosd LUU式中 为整流输入线电压值。l带电阻负载且 60时，整流电压平均值为：-（3）2.341cos()3d输出电流平均值为： -（4）dUIR当整流变压器为星形接法，带阻
14、感负载时， 变压器二次侧电流波形为近似方波，参见图 23。其电流有效值为：电炉可控整流器应用与故障处理5（5）2221()0.81633ddddIIIII可控硅电压、电流等的定量分析与三相半波时一致：变压器二次电流即可控硅电流的有效值为:（6）210.573VTddIII可控硅的额定电流为:（7）()0.681.5VTVTAdIII可控硅最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值:（8）2.4FMRU2.1.4电炉整流装置参数计算及其保护1）整流器输出电流 计算：dI整流器输出电流 由式（）得：223/0.8166034()30.81648.1dSI AU式中：S为与 相应的变压器容量；-变
15、压器二次线电压；22）变压器二次电流 由式（5）得：2I0.816.360493()dI A3）整流器输出电压 由式（2）得：dU2.5cos1.587.()dLUV式中 按 考虑的，我们知道，直流 电弧炉整流 电源为恒流控制，以0B图 23 变压器二次侧电压电流aUbcUt0电炉可控整流器应用与故障处理6维持电弧电流稳定。而直流电弧炉的直流电压（弧压），也即电弧长度由电极升降来调节。为了维持电弧电流的稳定， 是不行的，一般 小于 后，随着 的0025变小，稳流作用就变差。当电极提升到某一高度时，若可控硅已全开放（ ），此时直流电压已升到最高值，则电弧电流降低，达到不原设定值，同 时整流器无稳流作用了。电炉整流器无负载时最高直流电压870V，额定直流输出电压765V。通常在考虑整流器输出额定电压时要考虑电网电压波动、稳弧电流控制（宜有一定的移触发的调节裕量）和换相电压降的损失因素。所以整流器额定输出电压可以近似按下式计算：dUV -(9)2
