电炉电气系统调试(commissioning and trial run of the electrical system of electric furnace)

炼钢电炉按加热方式可分为电阻加热、电弧加热、感应加热、电子束加热等多种。现代冶金工厂常用的电炉有炼钢电弧炉和感应熔炼炉等。

炼钢电弧炉电气系统调试炼钢电弧炉的机电设备主要有电炉本体、短网、电炉变压器、高压开关设备、电极升降自动调节装置、装料设备、倾动机构和系统自动化控制设备。为了强化钢渣和熔渣的反应，使钢液温度和成分分布均匀，在大容量电炉上往往还安装有电磁搅拌装置。电炉变压器是电弧炉系统中的重要电气设备，为有效地输出电功率，满足各冶炼阶段炉况的工艺要求，电炉变压器常通过有载调压切换开关来保证变压器输出电压有较宽的带负荷调节范围。为减少冶炼过程中因操作短路而造成电网电压波动的影响，大中容量的电炉变压器常采用35kV及以上高电压供电和专用线路供电。

变压器及其继电保护调试变压器除作常规检查试验外，还需录制有载调压切换动作顺序角圆图，确认有载调压切换动作的正确性；对油强制循环冷却系统热交换器进行密封性试验。变压器的继电保护包括差动保护、过负荷保护和短路保护。差动保护和短路保护作用于电源断路器，短路保护整定值应能躲开操作短路电流；过负荷保护作用于操作断路器，当过负荷保护动作时限特性一般为三倍额定电流时，其动作时间以7～8s来预设定，试生产时再根据负荷电流与电极最大提升速度及塌料厚度的配合关系，对设定值逐步修正以完成最终整定。电炉变压器在二次侧短网接入之前应先送电空试，此时低压侧必须临时按工作方式接线，并将其中一点接地，以防通电时感应出过高的静电压危及人身和设备安全。

电极升降自动调节装置调试自动调节的作用是检测炉内阻抗(电极电压和电极电流之比)的变化，升降电极，调节电弧长度，使电炉在各冶炼时期的输入功率总保持和对应的功率设定值一致。图1为电极控制的x图形。图中曲线1为电流测量输出信号的电压值U_R1与实际电弧电流Ih的关系，即U_R1=f(Ih)；曲线2为弧压U_Ru和电弧电流Ih的关系，即U_Ru=f(Ih)。在P点处U_Ru=U_R1此处弧流为设定值，电极处于稳定工作状态。如果弧流受扰动上升到I_max，引起U_R1上升，U_Ru下降，其差值U_RQ反馈到电极提升控制装置中，产生信号使提升装置运行将电极提高，使电流下降，系统恢复到P点的平衡状态；反之电极下降，弧流上升，亦使系统恢复到P点的平衡状态。电极升降装置按驱动形式可分为电动式和液压式两种。

电极升降控制装置的调整按以下要求进行。

(1)在额定电压或额定液压条件下，调整手动控制电极升降速度，使之满足要求。在无操作时，电极必须无潜动；.(2)测量回路信号平衡点P的调整。分别用两台自耦变压器产生弧压模拟信号和弧流模拟信号，对弧压测量回路、弧流测量回路及比较回路进行检查和调整。电压测量回路的调试要使得它的输出电压值在电炉变压器调压开关处于不同的位置时，能输出一

图1 电极控制X曲线

个同样的设定值。电流测量回路的调试应在模拟电炉变压器额定电流的30%、100%和125%三种情况下试验，要求电流测量回路的输出电压均能保持与相应情况下电压测量回路输出电压U_Ru相等。同时给出模拟电压和电流后，调整不同情况下的平衡效果到最佳。(3)控制系统静特性试验。使电极升降控制系统设备按标准状态进入运转，模拟额定弧压和可变弧流情况，测取电极升降速度与弧流的关系曲线(图2)。曲线中的不灵敏区2△应选取适当，过大时动作不灵敏，过小时会产生电极窜动现象。2△宽度可通过调整系统放大系数来改变。(4)最大升降速度的调整。模拟电极触料时的短路电流和零电压，测量电极最大提升速度；模拟自动点弧时弧流为零、弧压额定的状态，测定电极最大下降速度。将它们调整为设计要求规定的速度。(5)电极升降过程的动态模拟调试。模拟电极触料短路后上升和自动点弧的全过程，调整电极升降的动态响应。(6)熔炼过程中的精调。实际试炼钢时，用记录仪记录弧压、弧流、功率信号，对记录结果进行分析，对控制系统作出相应的调整。

图2 电极升降控制特性

感应熔炼炉调试感应熔炼炉通常由电源、炉体、补偿电容器组和控制装置组成。电源有工频、三倍工频、中频和高频电源多种。感应炉的功率因数很低，必须接入电容器装置来补偿。单相感应炉功率较大，影响电源三相平衡时要采用三相平衡装置。

工频无芯感应炉的调试重点是三相平衡装置的调整。采用容抗平衡原理的史坦麦茨(stanmeth)电路如图3，应用广泛。调试要点为：(1)感应器P1的功率因数随炉料状况而变化，需通过改变电路中电容量的大小使其补偿到1。(2)电源的相序必须正确。(3)要保持的关系。以上均需根据系统中仪表的读数进行调整和校验。感应炉有烘炉、熔炼和保温三种工况，要根据不同工况的温度要求和炉料情况对电路的参数进行调整，以保证功率因数为1，I_A=I_B=I_C。

图3 史坦麦茨电路

中频感应加热炉调试重点是中频电源发生器的调试。中频感应加热炉种类较多，其线路结构各异。中国生产的YZ系列采用“交-直-交”并联变频线路，电源为三相工频，输出为单相中频(0.5～8kHz)，负载为电炉的感应线圈及与其并联的由中频电容器组成的LC并联振荡电路，输出频率取决于LC谐振频率。使用辅助晶闸管桥以解决逆变器的启动困难。

装置中的检查调试项目主要有：(1)冷却水系统中的压力和流量调整。(2)检查输入三相交流电源的电压和相序。(3)晶闸管整流-逆变器的常规检查调试。(4)整流桥输出经电抗器接入大容量电阻负载单独进行的整流输出大电流的试验。整定整流桥的过负荷保护、过电流保护的动作值。确认保护继电器动作后晶闸管触发脉冲被强制移到a=150度，整流桥输出电流立即降到零。(5)恢复整流-逆变器主回路接线后，启动中频电源装置对感应炉供电。检查各晶闸管的均压与均流情况，在轻载情况下整定过电压保护的动作值。

高频感应加热炉调试重点在高频电源发生装置的调试。中国生产的YGl00-250型真空管高频电源装置主电路结构如图4。图中晶闸管交流调压电路按常规进行检查和调试，但应注意正负半周移相调节的对称性，若不对称则会在变压器初级绕组中产生直流分量的电流，使变压器过热。变压器二次侧高压整流器部分的调试方法为：依次接通低压、高压、灯丝电源，调节调压旋钮升压，将电压均匀升到10kV，对该部分的升压运行状况作出相应的检查和测量。继续升压时会出现输出高压的跃变，突升到13kV，这是高压整流桥空载所致，后级发射管工作时，跃变现象将会消失。

高频振荡电路的调试可按以下步骤进行：(1)在输

图4 YG100-250型高频振荡器原理图

出负载感应圈中放入工件，使槽路电压降低；将阳极高压调节旋钮调到零位；将耦合调节旋钮和反馈调节旋钮均放在中间位置上。(2)投入三相交流电源；接通阳极电源并升压；按下加热按钮使振荡器开始工作后，阳极电压、阳极电流、栅极电压和槽路电压均在对应仪表上指示出来。(3)调节耦合调节旋钮、反馈调节旋钮、阳极电压调节旋钮，使栅极电流和阳极电流之比达到1:20～1:1.0的最佳状态。

由于槽路电压甚高，在调试过程中槽路元件可能会出现放电现象，其原因往往是由于负载参数匹配不好、绝缘间距过小和潮湿等所致，调试时应及时对症处理。