国 厕 电子一液压式电弧炉电极调节系统 张宇鹏 ，王莉莎。，王华。，花皑 （１西安宏冶科技发展有限公司，陕西西安７１００７５） （２西安电炉研究所有限公司，陕西西安７１００６１） 摘要：介绍了电子一液压式电弧炉电极调节系统的工作原理、系统结构及特点。最后援引意大利特 诺恩公司研制的电子一液压式电极调节系统，及其在达尔敏钢厂的运行数据。运行数据证明，电 子一液压式调节系统的优越性。 关键词：电弧炉；电极调节系统；电液伺服阀；电弧稳定性 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆ０ｒ ＥＡＦ ＺＨＡＮＧ Ｙｕ一．ｐｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｌｉ—ｓｈａ，ＷＡＮＧ Ｈｕａ，ＨＵＡ Ａｉ Ａｂｓｔｒａｅｔ．＇Ｔｈ ｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｗｏｒｋｉｎ ｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｓｙｓｔｅｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｆｅａｔｕｒｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，，ａｕｔｈｏｒ ｑｕｏｔｅｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ ｃｆ Ｔｅｎｏｖａ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｒｅ￣ｌａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｓｅ ｄａｔａ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｎ ｏｓｙｓｔｅｍ ｈａｓ ｖｅｒｙ ｍｕｃｈ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＥＡＦ；ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｒｅｇｕｌａｔｉｏ￣ｓｙｓｔｅｍ；ｅｌｅｃｔｒｉｃ－ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｅｒｖｏ－ｖａｌｖｅ；ａｒｃ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ． 中图分类号：ＴＭ９２文献标识码：Ａ 文章编号０２１ ９－２７１ ３（２０１ ５）０１・０２一－０５１—０６ 电弧炉的基本工作原理是将电能通过电弧转 变成的热能来炼钢的，而输送到电弧炉中的功率数 １ 电子一液压式电极调节系统概述 电子一液压式电极调节系统的优点是炉子运行 值与电弧长度有关，即依靠调节电弧炉电极位置来 保证输入炉中的功率。因此，先进的电极调节系统 可靠性高、电弧稳定性好、操作简单。电子一液压式 电极调节系统原理如图１所示。 是提高电弧炉效率的重要手段。当电炉变压器二次 电压一定肘，是借助于调节电弧等效阻抗来完成调 节电极位置的。本文介绍近年来开发出的先进的新 型电子一液压式电弧炉电极调节系统。 该调节系统的工作原理如下：加到调节系统电 子控制器５上的信号是影响调节系统性能的关键 因素，电极调节系统的调节质量在很大程度上取决 于信号检测环节的信号检测准确度。一个高准确度 和高可靠性的调节系统必须伴随着输入信号的真 收稿日期：２Ｏｌ４—１１—１８ 一５１— 第ｌ８卷第１・２期 电涤敷 石阚 Ｐ０ＷＥＲ ＳＵＰＰＬＹ ＴＥＣＨＮ０Ｉ ＧＩＥＳ ＡＮＤ ＡＰＰＵＣＡＴ１０ＮＳ Ｖｏ１．１８ Ｎｏ．１・２ ２０１５年１・２月 Ｊａｎ．＆Ｆｅｂ．２０１５ 从ｂ口流回储液槽（见图１），于是电极下降，当电极 下降重新恢复到给定弧长时，电气信号消失，伺服 阀阀芯又回到中间位置，则电极停止下降闭。 为了补偿液体压力的波动和减小液压泵的容 量，在系统中设置了蓄势罐９。管内充有高压惰性气 体，如氮气。 ２ 调节系统中的数字式电子控制器 电子一液压式电弧炉电极调节系统中的数字式 电子控制器是该调节系统的关键控制环节．因此应 １一电弧炉；２一石墨电极；３－液压升降缸；４一电极横臂；５－电子式控制 器；６一电磁线圈；７－伺服阀；８－多级真空泵‘；９－高压蓄势罐；，Ｔ为电 详细介绍：它首先采集电弧电压和电弧电流信号． 然后在电子控制器５中将它们同设定最佳信号相 弧电流；ＵＴ为电弧电压：Ｃｔ为常数 图１电子一液压式电极调节系统原理示意图 比较，通过计算机计算出偏差信号值。该偏差信号 值输出至伺服阀电磁线圈６，伺服阀将输入的小功 率电信号转换为大功率液压输出．通过液压执行机 构一电极升降缸来移动电极，消除扰动，使电极回到 实性。这里采集的信号有电弧电压信号和电弧电流 信号。由图１可看出．每相电弧电压信号的一端是 从变压器二次母线上引出，其另一端是从电弧炉炉 壳地线上引出，测得的数据是每相对地电压（包括 电弧电压） ，每相对地电压 作为电压信号的原 始信号。电弧炉必须正确接地，这就可保证测试的 地线电位就是电弧炉接地点的电位。将该信号加入 电子控制器５中。每相电弧电流信号，Ｔ则是从电炉 变压器低压侧电流互感器上引出。 原始燃弧状态。该系统中的电子控制器是采用莫托 罗拉公司生产的现代化高速微处理器，它是被设计 成能够完成多种任务的实时控制系统。其计算和操 作时间能在ｌｍｓ周期内完成各种不同的调节和计 算操作。计算装置获取快速采样数据，即：计算真实 的弧流和弧压有效值（ＲＭＳ），以及采集进来的电弧 阻抗、有功功率、无功功率，和功率因数值。调节装 置的人／机界面：包括一台微型计算机（Ｐｃ）和一台 将上述的取自电流互感器的电弧电流信号，Ｔ 和取自二次短网母线及炉底之间的电弧电压信号 均被送至电子控制器５中。当炉子在额定状态下 工作时，电弧电压信号和电弧电流信号，大小相等、 方向相反。则电子式控制器５的输出为零，伺服阀 打印机。通过微型计算机Ｐｃ能够实现下列功能： （１）通过电弧电流和电弧电压的设定点来确定 炉子工作点，有超过３００个工作点数据被存储在微 型计算机存储器中： （２）设定调节环节中各种参数； 阀芯回到中间位置，电极静止不动。而当电弧长度 小于给定值时，此时电弧电流大于给定值，则送人 伺服阀电磁线圈６中的电流使阀杆向上移动，从而 载能液体介质从ｃ口流入电极升降液压缸，使电极 上升，上升速度取决于信号大小。当电弧电流重新 （３）屏幕上显示炉子主要电气运行参数，如：相 电压有效值、线电压有效值、电弧电流有效值、功率 因数、电弧功率、电弧电压．以及各高次谐波值等。 恢复到给定值时，电气信号消失，伺服阀阀芯回到 中问位置，电极停止移动。相反，如果弧长大于给定 值时，即电弧电流小于给定值，送人伺服阀电磁线 圈６中的电流改变了方向，它使阀杆向下移动，这 调节装置的软件包括计算各电量的有效值和 选择工作点的控制算法。该算法是计算由２级串级 ＰＩＤ控制器处理过的偏差函数值，计算后的合成偏 差函数值，被加到快速响应的电液伺服阀电磁线圈 时．液压缸内的液体便在电极升降机构自重作用下 中６，作为控制伺服阀信号。控制变量的选择是保持 一５２一 恭国瘗厕 电弧阻抗恒定，它是依靠每个瞬时的弧压和弧流相 除来算出电弧阻抗值的。在该调节系统中，除了阻 抗调节环（也称内环）之外，还有功率调节环（也称 外环）。就是采用有功功率值来修正每个瞬时的阻 抗值．即电弧炉每个瞬时都运行在最佳功率状态 （３）可改变速度和加速度的速度控制（避免断 弧和电极被折断）； （４）泡沫渣控制功能等。 ３ 调节系统中的电液伺服阀 电子一液压式电极调节系统中的电液伺服阀是 下．达到用户要求的最佳功率控制。另外它在限制 与供电电网签订的契约功率和限制电弧炉最大运 行功率值是非常有用的。 该新型调节系统除控制功能之外，还内置有防 液压系统中的核心环节。电液伺服阀的结构及其传 动系统如图２所示［３Ｉ。 止电极折断功能。因为在电弧炉中存在着不导电炉 料是普遍现象。如果电极接触到不导电炉料时，不 能及时停止下降，势必折断电极。为了消除这种故 障，当电极接触到不导电炉料时，电子控制器立即 接收到安装于液压回路中的压力传感器信号：即当 电极接触到不导电炉料时，出现Ｐ＜ 一的鉴别信 号．它激活了保护功能，强力而快速地使电极停止 下降，并向上移动一段距离。 另外一个保护功能是过电流保护功能，即电子 控制器能够有效地鉴别过电流状态。当过电流是短 路状态（炉料塌陷）引起时，在这种情况下，电弧电 流突然升高到高压电器、电炉变压器、电极所不允 许的数值，此时电极调节系统中的电子控制器鉴别 出过电流状态：即，＞ ，结果，电子控制器发出信 １一复位弹簧２一电磁线圈３一活塞杆４一或塞环５一排液孔６一上 号，快速提升电极，消除短路。 该新型调节系统除了标准控制功能外，还附加 液压室７一电极升降液压缸１１－活塞式分流阀 ８一下液压室９一进液孔１Ｏ一液压泵 图２调节系统中电液伺服阀结构图 有辅助控制功能，即过程控制和过程分析功能。 （１）电炉变压器抽头位置管理辅助控制，当切 换器抽头移动时，自动减少主回路电流； （２）电极最高位置和最低位置的极限限位控 制； 图２中电液伺服阀是液压系统的核心部件，它 将来自电子控制器５的小功率电气信号转换为大 功率液压输出．通过液压执行机构７来实现电极升 降的自动控制。国产ＹＪ系列电液伺服阀的技术规 格如表１所列。 表１国产ＹＪ系列电液伺服阀的技术规格 型号 公称通径／ 额定流量／ 供油压力／ 线圈电 ｍｍ ７４１ ２５ 额定电流／ 最大电流／ 颤振电流／ 颤振频率／ 应用电弧炉 ｍＡ １Ｏ０ （１／ｍｉｎ） １６０ ＭＰａ ６＿３ ｎ ８０＋８０ ｍＡ １５０ ｍＡ １０—２５ Ｈｚ ５０ 范围 １０ｔ以下 ７４２ ７５２ ７６１ ８６１ ３２ １５ １Ｏ ４５ ３２０ １００ ４０ ６３０ ６－３ ６．３ ６＿３ ６＿３ ８０＋８０ ４０＋４０ ４０＋４０ ４０＋４０ ２００ ４５０ ３００ ３００ ２００ ４５０ ４５０ ４５０ １０－２５ １０－２５ １０—２５ １０－２５ ５０ ５０ ５０ ５０ ４０ ｔ以下 ７０ ｔ以下 １００ｔ以下 １２０ ｔ以下 一５３— 第１８卷第１・２期 鼋涤箍 Ｊｉｌ ＰＯＷＥＲ ＳＵＰＰＬＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＡＮＤ ＡＰＰＵＣＡＴＩＯＮＳ Ｖｏ１．１８ Ｎｏ．１・２ ２０１５年１・２月 ＹＪ７４系列电液伺服阀是动圈双级滑阀式三通 伺服阀，可用于以柱塞缸或差动液压缸为液压执行 机构的电液伺服系统和同步系统。 ＹＪ７５系列电液伺服阀是动圈滑阀式四通流量 伺服阀，可用于控制双出杆或液压马达等执行机构 的动作。具有结构简单、性能良好、抗污染力强、维 护方便等特点。它既适应冶金设备工作环境和要 求，亦可满足一般工业设备的需要。是一种较为通 用的电液伺服阀。 ＹＪ７６系列电液伺服阀是一种工业用双级滑阀 式四通流量伺服阀，可用于控制双出杆液压缸或液 压马达等执行机构的动作。具有结构简单、性能良 好、抗污染力强、维护方便等特点，它既适应于轧机 等冶金设备工作环境和要求，亦可满足一般工业设 备的需要，是一种通用的电液自动控制元件。 ＹＪ８６系列电液伺服阀可用于１２０ ｔ以下的大型 电弧炉或埋弧炉上。此系列电液伺服阀采用动圈双 级滑阀式三通阀口结构．可用于以柱塞缸或差动液 压缸为液压执行机构的电液伺服系统和同步系统。 可用于以柱塞缸或差动液压缸为液压执行机构的 电液伺服系统。 综上所述．伺服阀型号的选择必须按照升降机 械结构特性来选择，为了保证系统所需要的速度和 加速度来移动电极，为了保证发挥伺服阀的最大余 量和功能，实际上，电极最大速度值通常选择其 ８０％的额定速度值。液压系统介质采用水一乙二醇或 乳化液。 ４ 电子一液压式电极调节系统主要特点 电子一液压式电极调节系统主要特点如下。 （１）调节系统的静特性 ＝ｆ（ ，Ｅ）呈非线性形 状，如图３所示。 为什么要求调节系统静特性为非线性形状呢？ 这是因为整个熔炼阶段的燃弧行为是不相同的。因 此。为了达到最佳运行，调节系统在各个冶炼期需 要解决的问题是不同的。在熔化期，电弧急剧变化， 而且经常发生断弧和短路现象，在此期间，当出现 一５４— Ｊａｎ．＆Ｆｅｂ．２０１５ １一电极下降 ２一电极上升 ３－电极快速上升 图３电子一液压式电极调节系统的静特性 ＝ ， ） 大扰动（如电极同炉料短路）时，应快速提升电极 （当电弧电流大于１．８倍额定值时，见图３），迅速消 除短路；而当电弧电流小于此值时，调节系统按比 例特性工作，这是由于伺服阀具有异形开口结构． 使调节系统的静特性呈非线性形状。这样一来，当 电极位置接近额定位置时，就能够立即停止移动， 避免了因惯性造成系统超调。保证调节系统稳定运 行，电弧稳定燃烧。精炼期的特点是，扰动量小，电 弧燃烧比较稳定，为了避免钢水沸腾，造成增碳．在 此周期内应提高系统灵敏度（提高系统放大系数， 缩小非灵敏区），及采用高精度的调节系统。氧化期 特点介于二者之间。伺服阀开口结构保证了上述三 个冶炼期的要求。 （２）由于电极升降传动系统中不需要设置配 重，因此调节系统的动特性大为改善，再加上液体 介质的不可压缩性和伺服阀的惯性非常小，导致暂 态响应快、过渡过程时间短。因此可实现快速性和 精确性的自动调节。由图３可看出，电极最快上升 速度：在线性区可达６ ｍ／ｍｉｎ：在快速提升区可达 １０ ｒｒｄｍｉｎ。 （３）电弧高稳定性：由于电极的暂态响应非常 快，即过渡过程时间非常短：在炉料熔化期，由于炉 内塌料产生短路时（信号大于５０％的满信号），该系 统以最佳的动态响应快速提升电极，造成电弧中断 和重新燃弧的机率非常少．快速恢复电弧稳定燃 烧，因而提高有功功率输入。 （４）故障显示及保护功能：当电气设备或液压 设备出现故障时，如电极接触到不导电炉料时．屏 早找通讯专业人员来处理。 ［４］ 刘佩琪．关于继电保护中光纤通信通道异常的分析［ＪＪ 数字技术与应用，２０１２，１０（１）：１７—２１． ［５】 柳海龙．一起高频通道异常情况的处理［Ｊ】．电网技术， 参考文献 １９９９，２３（５）：７９—８０． ［１】 姚庆华，贺则铭，单庆元．线路保护装置通道异常告警的 典型处理［Ｊ］．华北电力技术，２００８，１２（５）：３９—４１． 作者简介 『２１ 陈晓彬．５００ｋＶ线路远跳传输通道异常的分析与改造建 ｉＫ［Ｊ］．电力安全技术，２０１０，１２（８）：２４—２９． 郭启伟（１９８５一），男，硕士。主要研究方向为电力系统继 电保护。 ［３］ 郑世明．光纤保护通道调试及常见问题的处理方法［Ｊ］． 能源与节能，２０１３，４（３）：３０—３３． 汪希伟（１９８１一），男，本科。主要研究方向为电力系统继 电保护。 ３１ｂ＇＇＇ ＇ ＇ 》 ＇ ＇＇＇ ＇ ＇＇》’ ＇ ｌ 》，＇＇ ＇ ＇ ＇ ＇＇ ， ＇１１＂ ＇ ’ ’＇ ＇ ，’ （上接第５５页） ［３】 北京冶金液压机械厂编．ＹＪ系列电液伺服阀【Ｍ］．北京： 冶金工业出版社．１９８８． 作者简介 ｆ４】 ＭＡＵＲＯ Ｂ，ＲＯＳＡＲＩＯ Ｌ．Ｏｐｔｉｍａｌ Ｍｅｌｔｉｎｇ ａｔ Ｄａｌｍｉｎｅ ｗｉｔｈ ａ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｍ Ｐ Ｔ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００１，Ｎｏ．２，ｐ２３－２８． 张字鹏（１９７５一），男，助理工程师，主要从事冶金电炉设 备的设计、研究与开发工作。 ＿’’’’’’’’’’ ＾ ’’’ ’ ”’’’ ’’’’’’ ’’’’’’’ ’’’ ’’’ ’ ’’’ ’ ’’ ’’ ’’’’’’’’’ ’’。－’’’’’’’ ’ ’、 ￥ ＾ 赛米控全新形象登场 ＾ ＾ ｉ Ｖ ¨ 赛米控在今年５月和６月一共参加了两个大型展览会，分别是ＳＮＥＣ第八届（２ｏ１４）国际太阳能光伏 展览会和ＰＣＩＭ Ａｓｉａ上海国际电力组件、可再生能源管理展览会。 在ＳＮＥＣ展会中，赛米控展示了多种可用于光伏逆变器设计应用的产品，包括三电平ＩＧＢＴ功率模块， 采用ＳＫｉＭ ４模块的三电平功率组件，ＳＫｉｉＰ智能功率模块，采用ＳＫＩｉＰ的模块化紧凑型的功率单元 ＳＥＭＩＳＴＡＣＫ和采用ＳＥＭｉＸ模块的功率单元。 赛米控德国总公司每年都会在ＰＣＩＭ欧洲展会上推出新技术或产品，今年亦不例外。在中国，赛米 控亦在ＰＣＩＭ Ａｓｉａ展会上隆重介绍了新产品，包括采用Ｐｒｅｓｓ—Ｆｉｔ连接技术且无焊接安装的ＳＥＭＩＸ？３ｐ ＩＧＢＴ，配上可以即插即用的ＳＫＹＰＥＲ？１２ ｐｒｅｓｓ一６ｔ半桥式驱动器；还有最新加入ＳＥＭＩＴＯＰ？产品系列的 ＳＥＭＩＴＯＰ？ｐｒｅｓｓ一６ｔ模块，它所采用的ｐｒｅｓｓ一丘ｔ引脚可确保一步到位地将模块方便、快捷地安装到ＰＣＢ 上，无需焊接，减少了装配时间和成本。同时，赛米控亦推出了专为９０ｋＷ工业电机驱动器、太阳能逆变 ：器和电源应用而设计的ＭｉｎｉＳＫｉｉＰ？Ｄｕａｌ模块和采用三相全桥和整流逆变制动（ｃＩＢ）电路拓扑结构的最 ＾ 新加入ＭｉｎｉｓＫｉｉＰ？系列的１７００Ｖ ＭｉｎｉＳＫｉｉＰ？｝￣＠，该模块有利于开发具有成本效益且结构紧凑、输出电 流高达ＩＯＯＡ的逆变器。 ＾ ＾ ■ ＾ ‘ｌ 《《《《ｌｔ 《ｔ‘《《《《《《《《《ｔ《《《《《《《《《《《《《《《《《ｔ《Ｉ《Ⅲｔ。ｔ《《《《《《《《ｔｔ 《《ｔ《《《《ｌｌ《《《ｌ…《ｔ《《ｔ‘ｌｔ。…ｌＶ ‘ｌ‘ 一６１—