Анализ системы управления дуговой сталеплавильной печи с целью повышения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.365.2: 681.325

АНАЛИЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ

Г.П. Корнилов, И.А. Якимов, A.A. Николаев, A.B. Ануфриев

Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова, Россия г. Магнитогорск yakimov_ivan@mail.ru

Дуговые сталеплавильные печи (ДСП) являются на сегодняшний день наиболее мощными потребителями электрической энергии и высокопроизводительными установками получения стали. Для питания ДСП используются сверхмощные печные трансформаторы, которые снабжены устройством переключения ступеней напряжения под нагрузкой. Чаще всего печной трансформатор (ПТ) представляет собой агрегат, который состоит из основного и вольтодобавочного трансформаторов, а также включает реактор.

---

ка, увеличения активной мощности и других важных параметров про.

На рис. 1 представлена блок-схема существующей системы управления электрическим режимом ДСП-180 ОАО «ММК».

Б начале каждой плавки оператор задает на пульте управления

-

ма, а также от теплового состояния печи и режима работы статического тиристорного компенсатора (СТК), поддерживающего напряжение на постоянном уровне в точке подключения 35 кВ.

В зависимости от номера профиля выбирается задание для регулятора положения электродов. Задание может быть выбрано по трем параметрам управления:

1) полное сопротивление вторичной цепи печного трансформатора (вторичный импеданс) Zy\,'.

2) напряжение электрической дуги ид;

3) активное сопротивление электрической дуги Ял.

Выбор параметра управления производится автоматически и

-

ского лома в ванне печи. Так, для начальных стадий плавления выбирается первый параметр управления по импедансу вторичной цепи ПТ,

поскольку начальные стадии плавки шихты характеризуются очень нестабильным режимом - металл недостаточно разогрет в печи, дуга короткая, поэтому высоки вероятности ее обрыва и эксплуатационных коротких замыканий.

По мере проплавления шихты улучшаются условия ионизации дугового разряда, уменьшается градиент напряжения дуги, поэтому увеличивается длина дуги и электрический режим становится более спокойным, для таких стадий выбирается параметр управления напряжение дуги ид или активное сопротивление дуги R-,. На практике, управление по напряжению дуги ид и активному сопротивлению дуги Яд применяется редко из-за невозможности их прямого измерения.

-

же обусловлен практически неизменным коэффициентом усиления во всем диапазоне изменения длины дуги (0-500 мм). Регулятор импеданса (РИ) по структуре является пропорционально-интегральным с нели-

.

Как было показано ранее [1] управление мощностью в печи можно осуществлять за счет изменения трех параметров:

а) изменением напряжения Цгф;

б) изменением длины дуги 1д;

в) изменением индуктивного сопротивления реактора Хр.

Особенность системы управления ДСП-180 заключается в том,

что оперативным управляющим воздействием является воздействие на

.

-

ность реактора невозможно, из-за применения контактных переключателей ступеней трансформатора и реактора под нагрузкой (РПН). Поэтому данные управляющие воздействия служат лишь настроечными параметрами в процессе плавления. Фрагмент осциллограммы первичного тока фазы А трансформатора приведен на рис.2 (а). На рис. 2 (б) показаны изменения настроечных параметров системы управления (СУ) в процессе работы печи. На осциллограммах показаны действующие значения первичного тока ПТ, записанные системой управления печи ArCOS с частотой дискретизации 1 Гц и с помощью регистратора электрических сигналов РЭС-3 с частотой дискретизации 8 кГц.

Из осциллограмм видно, что электрический ток печи изменяется по случайным законам. При изменении настроечных параметров управления статистические характеристики токов, такие как дисперсия, среднеквадратическое отклонение и др., практически не изменяются. Изменяются лишь средние значения.

-35 кВ

Главный пост управления

1

Simatic S7400

Wm

¡^Уровень lj

ITT (печной трансформатор) Т

Номер ступени трансформатора Номер ступени реактора

^Ыффахт =

щ

Щь.фш» Ed

КдШхт ___ ■1

факт

111

m„,r,i

Блок выбора уставки Переключение режима управления

[Уровень

К

тн

¡3}

Интегрирующие цепи [

JZL

иервоклапаны гирропривода

электродов

у,

UtL

Рис. 1. Блок-схема системы управления электрическим режимом ДСП-180 ОАО «ММК»

Весь процесс плавки шихты в печи разбивается на технологические стадии в течении которых, настроечные параметры системы управления печи не изменяются, т.е. номер ступени трансформатора, реактора и рабочей кривой остаются постоянными.

Действующее значение первичного тока печного трансформатора фазы А

" " Отчет АгСОЭ (1 Гц) РЭС-3 (вкГц)

'М

^-

^ст. тр.

...../...................................

Л—^-

50

100

150

Рис. 2. Фрагмент осциллограммы работы ДСП-180. Приведены кривые действующего значения тока фазы А первичной стороны ПТ. записанные сист ем ой управления печи ArCOS (дискрета 1 с) и снятые с помощью регистратора РЭС-3 (дискрета 0,000125 с).

На рис. 3 представлена директивная диаграмма ввода электрической мощности в печь. Как правило, фактическая диаграмма

Электрическая мощность печи

140 120 100 80 60 40 20

МВт

I? Г

I i

е &Г я I

Очистка выпускного

отверстия •-*>

о

10

30

40

20

Время, мин

Рис.3. Директивная диаграмма ввода мощности вДСП-180

изменения мощности и тока существенно отличается от директивной (рис. 4, 5). Здесь представлены изменения математического ожидания (среднее) активной мощности вводимой в печь, а также среднеквадра-тическое отклонение. Аналогичная статистическая обработка была проведена и для тока.

100 Ргь МВт

90 80 70 60 50 40 30 20 10

S(Pzz) М(Р21)

t,c

О 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500

Рис. 4. Диаграмма математического ожидания суммарной мощности на вторичной стороне ПТна каждог1 стадии плавки

70 60 50 40 30 20 10

1Шси,кА S(lacp)

M(l№p)

t,c

250

500

750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500

Рис. 5. Диаграмма математического ожидания действующего значения тока вторичной цепи ПТ (тока дуги)

Представленные диаграммы свидетельствуют о наличии значительных колебаний мощности и тока, что приводит к нежелательным последствиям, а именно:

а) появлению фликера напряжения питающей сети в точке подключения 35 к В:

б) к гармоническим искажениям тока прямой и обратной последов ател ьностям;

в) уменьшению вводимой мощности в печь и увеличению времени плавки, что отражается непосредственно на производительности печи.

Из диаграмм видно, что наибольшее значение среднеквадр этического отклонения приходится на начальные стадии плавки. Конечные стадии плавки характеризуются минимальными значениями дисперсии, вследствие более нагретого состояния печи и расплавленного ме-.

-

форматора в течении цикла плавки показан на рис.6, из которых следует, что 5,3 % времени работы под током не контролируется системой управления печи. Возникает задача разработки быстродействующего устройства гашения колебаний силового тока печи.

Время работы под током

Время работы без переключений

Суммарное время

переключений ступеней реактора и трансформатора

Распределение времени плавки

Распределение времени работы под током

Время переключений ступеней трансформатора

Время переключений ступеней реактора

Распределение времени переключений между реактором и трансформатором

Рис. 6. Круговые диаграммы распределения времени работы под током и времени приходящего на переключения устройств РПНреактора и трансформатора

-

ки позволяют находить все большее применение бесконтактным, быстродействующим ключам в электротехнологических установках

.

-

ставлена на рис.7 с ключами Т1 и Т2, выполненными на базе одноопе-рационных тиристоров [2]. Для обеспечения непрерывного протекания

тока во вторичной цепи, используются ключи нулевого тока ТЗ и Т4 (байпасные), которые шунтируют импеданс вольтодобавочного трансформатора во время выключенного состояния ключей Т1 и Т2.

Рис. 7. Однофазная схема быстродействующего тиристорного управления (ГТ-главный трансформатор, ТРТ-тиристорныйрегулятор тока, ВДТ-вольтодобавочный трансформатор)

Очевидно, что управление тиристорными ключами, представленное на рис. 7 является более динамичным, по сравнению с традиционным управлением гидроприводом, который применяется на существующих сверхмощных ДСП. Возникает не простая задача осуществить одновременное управление двумя системами, таким образом, чтобы малые изменения 2^ф отрабатывались быстродействующей системой, а задание на отработку больших перемещений передавались системе гидропривода.

Учитывая сложность и многосвязность предлагаемой системы, полномасштабное ее исследование возможно провести на математической модели, что, безусловно, заслуживает отдельного рассмотрения.

Список литературы

1. Электротехнические системы и комплексы: межвузовский сб. науч. тр. Вып. 18. - Магнитогорск: МГТУ, 2010. - С. 233-240.

2. Перспективы и средства повышения эффективности дуговых сталеплавильных печей за счет силового электрооборудования. Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». - 2009. - Вып. 11. - №15(148). - С. 32-38.

г