一种直流电弧炉起弧电压参数测试方法及装置与流程

1.本发明属于工业冶炼技术领域，涉及一种直流电弧炉起弧电压参数测试方法及装置。


背景技术：

2.直流电弧炉是在超高功率电弧炉的基础上发展起来的，它是超高功率电弧炉各种相关技术与当代高效、大功率半导体变流技术的结合。相较于传统交流电弧炉，直流电弧炉在电弧稳定性及传热性方面有明显的优势，同时其冶炼过程对电网的干扰及冲击小，网侧功率因数高，是工业冶炼的一个重要发展趋势。
3.但直流电弧炉供电设备系统较为复杂，相较于交流电弧炉系统增加了交直流变换模块，并在整个冶炼过程中需要实时控制供电设备输出电压、电流，系统控制难度较大。其中，在冶炼起弧过程时，由于电极于炉料接触面积变化或炉料材质导电性差异，采用相同起弧电压容易出现电流冲击或者频繁断弧的现象，影响整体冶炼稳定性，降低冶炼效率。因此，有必要研究出一种适用于各种复杂工况的直流电弧炉起弧电压参数计算方法及测试装置。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直流电弧炉起弧电压参数测试方法及装置。该方法实现简单，方法便捷，能够快速检测负载特性，为直流电弧炉供电设备提供合适的起弧电压参数。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种直流电弧炉起弧电压参数测试方法，该方法包括以下步骤：
7.s1：控制直流电弧炉供电装置输出预设幅值电压us，同时控制电极下降，采集回路电流信号i及压强信号p；
8.s2：电极下降过程中，对检测信号进行阈值判断，若压强p》p
th
时，i《起弧电流i
st
，则认为电极接触面积异常或炉料导电性异常，电极停止下降并进行异常告警，其余情况认为接触点炉料正常；
9.s3：电极下降过程中出现i≥i
st
时，电弧炉供电设备停止输出电压，控制电极保持当前位置，进行起弧电压参数测试；
10.s4：控制电弧炉供电设备输出预设幅值电压u1，记录回路检测峰值电流数据i1，之后调整输出电压，重复进行n次测试；
11.s5：根据回路公式u＝r*i l*di/dt，代入测试数据，多次计算后得到负载电阻r及起弧电压参考值u
st
＝r*i
st
；
12.回路公式中i为电流峰值时刻及上一采样时刻电流均值，l为回路滤波器电感值及回路杂感值，di取值为测试时电流峰值时刻与上一采样时刻电流差值，dt取值为采样时间差值。
13.可选的，所述s1中，预设电压us幅值为电弧炉供电装置额定电压幅值的百分比值。
14.可选的，所述s2中，压强阈值p
th
为电弧炉所用电极抗压强度的百分比值，起弧电流值 i
st
为电弧炉供电装置额定电流的百分比值。
15.可选的，所述s4中，通过调整电压幅值或调整输出电压时长重复进行测试；
16.采用变电压幅值重复测试时，固定输出电压时长；
17.采用变输出电压时长时，固定输出电压幅值。
18.基于所述测试方法的直流电弧炉起弧电压参数测试装置，该装置包括：
19.第一检测模块：用于检测测试过程中电弧炉电极所受压强大小数据；
20.第一控制模块：用于控制测试过程中电弧炉电极运动，包括电极上升、下降及停止；
21.第二检测模块：用于检测测试过程中电弧炉供电装置输出电流大小数据；
22.第二控制模块：用于控制测试过程中电弧炉供电装置输出电压，包括电压幅值及时长；
23.第一计算模块：用于计算直流电弧炉负载阻值及起弧电压参数。
24.可选的，所述第一检测模块在检测电极所受压强p》p
th
时，输出炉料导电性异常信号，此时第一控制模块控制电极上升至初始位置。
25.可选的，所述第二检测模块在检测电流大于电弧炉供电装置允许最大电流时，输出过流故障信号，此时第二控制模块控制电弧炉供电装置停止输出电压。
26.可选的，所述第一计算模块为一种计算机设备，包括处理器、可读写存储器及存储的计算机程序。
27.一种计算模块，所述第一计算模块通过处理器执行存储器中的计算机程序，实现权利要求书1～6所述的计算方法。
28.本发明的有益效果在于：
29.(1)本发明方法不需要原系统增加额外硬件设施，所提及软硬件模块均可复用原直流电弧炉系统内部模块，只需在原有控制策略上增加本方法即可。本发明计算时间短、效果佳，可根据负载不同动态调节起弧电压，在冶炼任一时期均可采用，有效缩短直流电弧炉起弧时间，降低起弧过程中电流冲击，优化起弧工艺过程，提高工业冶炼效率。
30.(2)本发明方法通过控制直流电弧炉供电装置输出脉冲式电压进行测试，操作简单，易于实现，不影响原有冶炼流程，且整个过程产生能量损耗较小，可广泛应用于各直流电弧炉冶炼场合。
31.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
32.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
33.图1为本发明所述直流电弧炉起弧电压参数计算方法流程图；
34.图2为本发明所述直流电弧炉起弧电压参数测试装置拓扑框图；
35.图3为实施例中直流电弧炉供电装置拓扑图；
36.图4为本发明方法基于实施例进行测试得到的电流波形图。
具体实施方式
37.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
38.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
39.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
40.在本实施例中，直流电弧炉起弧电压参数测试装置如图2所示，其中直流电弧炉供电装置拓扑示意图如图3所示，采用不可控整流 直流斩波结构。直流电弧炉整体系统基本参数如下：额定容量4mva，额定电压500v，额定电流8ka，输出侧直流滤波器电感值为1.2mh，石墨电极抗压强度为21mpa，系统软件中断周期250us，对应最小采样周期250us。结合现场炉料材质、石墨电极性能等数据，设置预设幅值电压us＝80v，电极压强阈值p
th
＝5mpa，起弧电流i
st
＝300a，具体实施步骤如图1所示，包括以下五个步骤：
41.s1：第二控制模块控制直流电弧炉供电装置输出预设幅值电压80v，同时第一控制模块控制电极下降，第一、二检测模块采集回路电流信号i及压强信号p；
42.s2：电极下降过程中，第一、二检测模块对检测信号进行阈值判断，当压强p》5mpa时，采样电流i仍小于起弧电流300a，则认为电极接触面积异常或炉料导电性异常，同时输出异常报警，其余情况认为接触点炉料正常。系统输出异常报警时，第一控制模块控制电极停止下降。
43.s3：电极下降过程中检测电流i大于起弧电流300a时，第二控制模块控制电弧炉供电设备停止输出电压，第一控制模块控制电极保持当前位置，进行起弧电压参数测试；
44.s4：由于本案例直流电弧炉供电装置采用不可控整流 直流斩波结构，斩波模块前端直流电压不可控，因此采用固定输出电压幅值，调整输出电压时长的方式进行测试。直流电弧炉供电设备输出电压即为斩波模块前端直流母线电压，调节输出电压时长分别为0.5ms、1ms、 1.5ms、2ms进行重复测试；
45.图2为本发明所述直流电弧炉起弧电压参数测试装置拓扑框图；
46.图3为实施例中直流电弧炉供电装置拓扑图；
47.s5：根据回路公式u＝r*i l*di/dt，以输出电压幅值750v、输出电压时长1ms波形为例，其波形如图4所示。回路式中u＝750v，i＝0.5*(i1 i2)＝486.5a，l＝1.2mh，di＝(i
2-i1)＝115a； dt＝250us，可计算得到负载r＝0.407ω。多次测试及计算后，求取负载电阻r均值为0.381ω，计算起弧电压参数u
st
＝114v。
48.综上所述，采用本发明方法提供起弧电压参数计算方法及测试装置后，直流电弧炉系统可以有效辨识炉料导电工况，通过测试计算出合适的起弧电压，在冶炼过程中降低系统电流冲击，避免起弧时频繁出现断弧现象，从而提高工业冶炼效率，优化冶炼工艺。
49.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。