用于減少在電弧爐運(yùn)行中的電網(wǎng)反作用的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于減少在電弧爐運(yùn)行中的電網(wǎng)反作用的裝置。電弧爐包括三個(gè)線路，各線路分別具有一個(gè)電極和一個(gè)用于供應(yīng)電能的配置的外導(dǎo)線。在每個(gè)線路中設(shè)置有用于測量當(dāng)前流過的電流的傳感器和用于測量當(dāng)前存在的電壓的傳感器。控制和調(diào)節(jié)單元對于每個(gè)線路由電流和電壓的時(shí)間變化計(jì)算實(shí)際電氣特征參量。
[0002]此外本發(fā)明涉及一種用于減少在電弧爐運(yùn)行中的電網(wǎng)反作用的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]德國專利文獻(xiàn)DE 35 12 189 Cl公開了用于調(diào)節(jié)電弧爐的一種方法和一種裝置。在此應(yīng)該允許精確地、經(jīng)濟(jì)地且可在技術(shù)上無需很大耗費(fèi)地調(diào)整電弧電壓和電極高度位置。變壓器電壓的調(diào)整環(huán)節(jié)總是由功率調(diào)節(jié)裝置操控。疊加于電流調(diào)節(jié)器的功率調(diào)節(jié)器同樣提供用于電流調(diào)節(jié)器的參考變量。在所有情況中只有電流調(diào)節(jié)器直接作用于電極調(diào)節(jié)。因此對于用于變壓器的分接開關(guān)驅(qū)動裝置得出如下方案，即:直接通過規(guī)定理論值供應(yīng)變壓器電壓或通過分接開關(guān)借助所述功率調(diào)節(jié)器調(diào)整變壓器電壓。提升驅(qū)動裝置通過電壓調(diào)節(jié)器操縱，其中相關(guān)的控制電壓由電流調(diào)節(jié)器或由磨損調(diào)節(jié)器或直接作為預(yù)設(shè)的理論參量提供。
[0004]歐洲專利申請EP 2 362 710 Al公開了一種電弧爐和一種用于運(yùn)行電弧爐的方法。配置給至少一個(gè)電極的電弧具有基于調(diào)整的第一運(yùn)行參數(shù)組產(chǎn)生的第一輻射功率。該電弧爐按照預(yù)設(shè)的運(yùn)行程序運(yùn)行，該運(yùn)行程序以預(yù)期的過程變化為基礎(chǔ)。監(jiān)控是否在實(shí)際的過程變化和預(yù)期的過程變化之間存在不希望的偏差。其方式為在存在偏差時(shí)預(yù)設(shè)變化的第二輻射功率。借助變化的第二輻射功率確定變化的第二運(yùn)行參數(shù)組。該方法允許在保護(hù)運(yùn)行設(shè)備、尤其是電弧爐冷卻裝置的情況下取得盡可能小的熔化持續(xù)時(shí)間。
[0005]德國公開文獻(xiàn)DE 35 43 773 Al說明一種用于運(yùn)行電弧爐的方法，從而在原材料強(qiáng)烈波動時(shí)，可以以最小值的相關(guān)電能消耗熔化材料。爐變壓器設(shè)有負(fù)載開關(guān)并且因此在變壓器的次級側(cè)上的輸出電壓可被調(diào)整。通過改變爐變壓器的抽頭或通過借助電極升降裝置使石墨電極升高和降低來進(jìn)行控制，以便改變電弧長度。同時(shí)測量從爐變壓器的次級側(cè)流至電弧電極的電流的強(qiáng)度。
[0006]德國專利申請DE 10 2009 017 196 Al公開了一種分接開關(guān)，所述分接開關(guān)包括用于在固定分接開關(guān)觸點(diǎn)之間進(jìn)行無中斷地轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體開關(guān)元件，所述固定分接開關(guān)觸點(diǎn)與可調(diào)式變壓器的繞組抽頭電連接。在此，每個(gè)所述固定分接開關(guān)觸點(diǎn)可直接地或在轉(zhuǎn)換期間通過中間連接的半導(dǎo)體開關(guān)元件與負(fù)載引出線連接。負(fù)載引出線具有固定的、分開的導(dǎo)出接觸件，借此半導(dǎo)體開關(guān)元件在靜態(tài)運(yùn)行中與變壓器繞組電分離。而對于包括半導(dǎo)體開關(guān)元件的分接開關(guān)則產(chǎn)生不同的缺點(diǎn)。由于持久存在的運(yùn)行電壓并且由于因雷電沖擊電壓引起的對電力電子器件的負(fù)荷而需要高的絕緣距離，這是不希望的。
[0007]在德國專利申請DE 27 42 221 Al中公開了一種用于阻止在電弧爐運(yùn)行中的干擾閃爍現(xiàn)象的方法。電能通過包括分接開關(guān)控制裝置的變壓器供應(yīng)，其中閃爍水平借助閃爍測量儀器持續(xù)檢測。測量結(jié)果在評估儀器中處理成信號，該信號與對應(yīng)于所允許的閃爍基準(zhǔn)的預(yù)設(shè)理論值相比較。在預(yù)設(shè)時(shí)間間隔內(nèi)超過理論值時(shí)，借助連接于下游的控制器輸出控制脈沖以便將有載分接開關(guān)轉(zhuǎn)換到較低的次級電壓級上。在低于下理論值時(shí)，通過控制器操控較高的次級電壓級。
[0008]如由現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣，用于控制或調(diào)節(jié)電弧爐運(yùn)行的電氣元件是爐變壓器、扼流線圈和電極支承臂系統(tǒng)。通過包括集成的分接開關(guān)的爐變壓器為三相電弧爐提供能量。通過變壓器級可以調(diào)整相應(yīng)的能量輸入。
[0009]連接于變壓器上游的可在負(fù)載下切換的扼流線圈用于調(diào)節(jié)電路的電抗并且由此能夠允許以穩(wěn)定的電弧使?fàn)t運(yùn)行以及限定短路電流。根據(jù)過程步驟，不僅對于變壓器而且對于串聯(lián)扼流圈選擇合適的級。這可以通過爐操作者的手動干涉、通過集成的控制裝置或調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行。
[0010]在手動控制時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的爐操作者可以借助熔化物的狀態(tài)評估過程狀態(tài)。這樣可以主觀觀察爐狀態(tài)和熔化過程。在關(guān)鍵情況中(例如防火部損壞)適配變壓器級。
[0011]在自動控制時(shí)，根據(jù)當(dāng)前的能量輸入來適配變壓器級并且必要時(shí)適配扼流圈級。原則上在初始階段“鉆孔階段”中需要高的電感，以便盡可能穩(wěn)定地保持電弧(OLTC扼流圈==最高級)。在最后的階段“液態(tài)池”中斷開串聯(lián)扼流圈，以便減少無功功率。
[0012]在鉆孔階段中選擇較低的電壓級(短電弧)，以便保護(hù)爐的防火襯里(防火部)以及保護(hù)爐蓋。在電弧被起泡的礦渣包裹之后，選擇最高的電壓級，以便實(shí)現(xiàn)輸入到熔體中的最大能量輸入。在最后的階段中選擇稍微較低的分級電壓，為此調(diào)整出最大的高電流，以便確保高能量輸入。
[0013]以上提到的預(yù)先規(guī)定(尤其是在手動和自動控制時(shí))只非常不充分地模擬實(shí)際的過程狀態(tài)。最新的調(diào)節(jié)裝置也同樣不能對系統(tǒng)中的快速變化以適合的時(shí)間常數(shù)(例如毫秒范圍)反應(yīng)。
[0014]關(guān)于爐變壓器中的分接開關(guān)和扼流線圈，高的切換頻率按照顧客的各種切換策略而作為技術(shù)應(yīng)激因子來看待。這首先歸因于在分接開關(guān)中的機(jī)械構(gòu)件的觸點(diǎn)燒損以及損耗。
[0015]因?yàn)樵诜纸娱_關(guān)中的維修工作通常意味著高的花費(fèi)并且特別是昂貴的生產(chǎn)中斷，所以對于操作者完全值得期望的是，延長維修間隔，以便盡可能減少分接開關(guān)的維修費(fèi)用。
[0016]此外通過經(jīng)常的切換過程產(chǎn)生附加的、例如呈“閃爍”形式的電網(wǎng)反作用，而其必須以非常耗費(fèi)且昂貴的方式(例如SVC設(shè)備)減少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于減少在電弧爐運(yùn)行中的電網(wǎng)反作用的裝置，該裝置是低成本的以及以短的反應(yīng)時(shí)間可靠地減少或除去電網(wǎng)反作用。
[0018]該任務(wù)通過一種具有權(quán)利要求1的特征的用于減少在電弧爐運(yùn)行中的電網(wǎng)反作用的裝置解決。
[0019]本發(fā)明的另一個(gè)任務(wù)是，提供一種用于減少在電弧爐運(yùn)行中的電網(wǎng)反作用的方法，該方法是低成本的并且以短的反應(yīng)時(shí)間可靠地除去電網(wǎng)反作用。
[0020]該任務(wù)通過一種具有權(quán)利要求3的特征的用于減少在電弧爐運(yùn)行中的電網(wǎng)反作用的方法解決。
[0021]按照本發(fā)明的用于減少在電弧爐運(yùn)行中的電網(wǎng)反作用的裝置的特征在于，半導(dǎo)體分接開關(guān)配置給爐變壓器，其中，通過合適地選擇爐變壓器的初級側(cè)的級而能夠利用預(yù)設(shè)電氣參量調(diào)整在每個(gè)線路中的理論電流。
[0022]利用所述半導(dǎo)體分接開關(guān)可以通過半導(dǎo)體分接開關(guān)的相應(yīng)的和確定的理論位置而切換到理論繞組抽頭上。
[0023]按照本發(fā)明的方法的特征在于：
[0024]·在每個(gè)線路中對于爐變壓器的次級側(cè)的每個(gè)外導(dǎo)線實(shí)施電流和電壓測量；
[0025]?對于每個(gè)線路計(jì)算當(dāng)前的實(shí)際電氣參量；
[0026]·對于每個(gè)線路計(jì)算理論外導(dǎo)體電壓，以致利用給定的電氣參量可以調(diào)整在每個(gè)線路中的理論電流；
[0027]·這樣選擇在爐變壓器的初級側(cè)的三個(gè)繞組抽頭，使得基本上實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的外導(dǎo)體電壓；
[0028]?根據(jù)所要求的理論外導(dǎo)體電壓而選擇在爐變壓器的初級側(cè)上的要調(diào)整的繞組抽頭；并且
[0029]?利用半導(dǎo)體分接開關(guān)對于電弧爐的所有線路分開地將爐變壓器的功率調(diào)節(jié)到初級側(cè)的要調(diào)整的繞組抽頭上，其中，半導(dǎo)體分接開關(guān)切換到對應(yīng)的理論位置上。
[0030]由在爐變壓器的初級側(cè)上的當(dāng)前的繞組抽頭和爐變壓器的初級側(cè)的各繞組抽頭的差之間的差得出要調(diào)整的繞組抽頭。
[0031]關(guān)于變壓器級的當(dāng)前的繞組抽頭的中心位置或上限考慮上級的過程引導(dǎo)系統(tǒng)的規(guī)定。
[0032]用于利用半導(dǎo)體分接開關(guān)在爐變壓器的初級側(cè)上調(diào)整繞組抽頭的循環(huán)時(shí)間在IOms的范圍中。
[0033]實(shí)際電氣參量例如是阻抗或?qū)Ъ{。
[0034]在電弧爐運(yùn)行期間產(chǎn)生不同的電網(wǎng)反作用。電網(wǎng)反作用的重要元素是所謂的閃爍。借助快速的半導(dǎo)體分接開關(guān)（或固態(tài)分接開關(guān)）可以立即對在過程期間出現(xiàn)的快速電壓波動反應(yīng)并且因此實(shí)現(xiàn)閃爍的顯著減少。在電弧爐運(yùn)行中使閃爍減少的高成本的附加電路和/或運(yùn)行器件可以通過使用半導(dǎo)體分接開關(guān)而避免。
【附圖說明】
[0035]在這里公開的不同實(shí)施形式的這些和其他的特征和優(yōu)點(diǎn)參照下文的說明和附圖可被較好地理解，其中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的元件。示出：
[0036]圖I用于借助電弧爐熔化金屬的系統(tǒng)的示意圖；
[0037]圖2在熔化過程的初始階段中將電弧爐的調(diào)節(jié)結(jié)合到電弧爐的總調(diào)節(jié)中的示意圖；以及
[0038]圖3對電弧爐進(jìn)行調(diào)節(jié)的流程圖的示意圖，以便減少在電弧爐運(yùn)行中的電網(wǎng)反作用。
【具體實(shí)施方式】
[0039]盡管本發(fā)明的后續(xù)說明在電氣參量方面涉及阻抗，但這不應(yīng)該理解為本發(fā)明的限制。
[0040]圖I示出用于借助電弧爐10熔化金屬的系統(tǒng)I的示意圖。電弧爐10包括爐容器11，廢鋼在該爐容器中熔化并且熔體3產(chǎn)生。爐容器11還可以設(shè)有蓋（未示出）。壁12和蓋設(shè)有水冷卻裝置。按照電弧爐10的運(yùn)行方式，所述電弧爐具有一個(gè)或三個(gè)電極4。在三相電弧爐10中使用三個(gè)電極4。后續(xù)說明以三相電弧爐的示例描繪本發(fā)明的原理。防火材料（未示出）作為電弧爐10的內(nèi)壁13的襯里被添加。
[0041]電極4安裝在保持臂（未示出）上并且可以在需要時(shí)放入爐容器11中。每個(gè)所述電極4都裝備有一個(gè)外導(dǎo)線5，各外導(dǎo)線全部與爐變壓器6的次級側(cè)6S連接。因此外導(dǎo)線5、電極4和電弧形成三相電路的一相或一個(gè)線路7。爐變壓器6的初級側(cè)6P由供電網(wǎng)9提供需要的高壓。有載分接開關(guān)20與爐變壓器6的初級側(cè)6P連接，所述有載分接開關(guān)作為半導(dǎo)體分接開關(guān)構(gòu)成。
[0042]控制和調(diào)節(jié)單元30與半導(dǎo)體分接開關(guān)20共同作用，以便切換爐變壓器6在初級側(cè)6P上的繞組抽頭TS1，, Tsn，使得出現(xiàn)對應(yīng)的外導(dǎo)體電壓Uistl2、Uist23和U ist3