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1、电炉可控整流器应用与故障处理 电炉可控硅整流器应用与故障处理 （廖国斌） 2 电炉可控硅整流器应用与故障处理 2.1直流电弧炉装备特点及冶炼工艺 世界上最先发明使用的炼钢电弧炉是直流电弧炉。因受限于电力电子器件容量的制约，制造大容量直流电弧炉整流器很困难，曾一度停顿而走交流电弧炉发展道路。随着大容量整流装置的开发应用和电子计算机技术的发展，通过交直流两种电弧炉的运行比对，发现直流电弧炉比交流电弧炉在吨钢电耗与电极消耗方面具有一定的优势。自1989年起世界上又兴起了大型直流电弧炉建设高峰期，在日本东京制铁一座160吨直流电弧炉于1989年8月投产之后，仅1995至1996两年时间世界上
2、就有近25座大型直流电弧炉投入运用。近阶段，一方面高阻抗交流电弧炉技术的发展缩小了与直流电弧炉在消耗指标上的差距，但同时直流电弧炉整流器与底电极的可靠性也不断提高，因而呈现出交直流大容量电弧炉并存格局。 目前国内设计制造超高功率直流电弧炉的能力还相当有限，最高仅达到50吨直流电弧炉，最主要制约因素是大容量电力电子装置的制造技术，所以当前国内运行的大功率直流电弧炉成套设备基本都是引进，如苏钢100吨、兴澄特钢100吨、特钢100吨、杭钢80吨、宝钢150吨等。国外直流电弧炉最有代表性的公司：法国IRSID、德国ABB、MAN/NKK、WoestAlpine、Fuchs、US/CLECIM等。所
3、制造的直流电弧炉均向超大功率发展，其技术和产品各厂商均体现了各自的设计特点，经国内实际运用检验，以稳定性来看，ABB的产品较好，而US/CLECIM公司因无直接生产厂家作技术支持，产品的运行稳定性较差。钢150t超高功率双炉壳直流电弧炉是由法国CLECIM公司整体引进的。图2－１所示为直流电弧炉冶炼电源基本回路组成。电炉的供电电源是由三套整流器装置EB51、EB52和EB53组成，整流器输出的负极连接到炉顶石墨电极，正极经底电极切换开关连接到两个炉底底电极中的一个，冶炼时石墨顶电极和底电极经炉内的废钢或钢水之间产生电弧，形成炉内能量的供给源。三套整流器装置EB51、EB52和EB53，由GE加
4、拿大电气公司于1996年制造。 水冷母排 电抗器 整流器765V、36KA 底电极母排 整流变压器 隔离开关 真空开关 接地开关 石墨电极 导电铜管 水冷电缆 升 降 缸 底电极 切换开关 7#炉 8＃炉 33MVA/33KV/648V 整流变 图2-1 直流电弧炉冶炼电源基本回路 直流电弧炉装备具有明显特点：①在大型高功率或超高功率电炉中得到广泛应用。直流电弧炉的比功率多数在700-1000kW/ t ;变压器的工作容量比额定容量约高20％，具有较大超载能力。②在设备上，直流电弧炉与超高功
5、率交流电弧炉具有许多相同之处，如废钢预热、氧－燃烧嘴、水冷氧枪、水冷炉壁及炉盖、偏心底出钢等功能。其主要不同之处在于单电极（阴极）加底阳极的直流发生装置。③直流电弧炉电源将高压交流电经变压、整流后转变成200－870V直流电，电源与炉子单相短网连接形成主电路供电系统，通过电流控制回路进行调节。与三相交流电炉短网相比，单相短网不存在集肤效应和临近效应，在其上的电损较小，且周边不需要采取非磁性材料。单相石墨电极接在短网末端，可用一根相同容量的交流电弧炉电极来供电，由于没有集肤效应，电极的电流密度比交流电弧炉高得多。④在炉子底部设有底阳极（关键设备），其中有导电炉底型、金属触针型和水冷金属棒型三种型
6、式。宝钢采用导电炉底型底阳极，是通过整个炉底耐火材料和其下部安装的集电铜板导电。⑤起弧方式为起动电极与阳极相连，阴阳极形成回路，起弧后切断通路，使直流电通过阳极，进行正常熔炼。正常冶炼是靠炉内留40吨钢进行电极起弧操作。 直流电弧炉的冶炼工艺与交流电弧炉相似；直流电弧炉采用的单根顶电极结构，能使大功率输入电能集中于炉子中心部位，穿井很快，炉料呈轴对称熔化，极少塌料；为了使泡沬渣能埋住电弧，直流电炉泡沬渣比交流电炉的要高。 2.1.1整流电源系统组成 宝钢150吨直流电弧炉由引进的三套大容量整流器构成十八脉波的直流电源供电。每套整流器的输入电压AC648V；输入电流AC29394A；电源频
7、率50Hz；输出电压额定电压DC765V；最大空载电压DC870V；额定电流(连续)DC36KA；额定输出功率27540KW；过电流整定值80KA ；过电流瞬动值151. 8KA ；整流器承载电流最大144KA/10秒；整流器共阴极组接顶电极，共阳极组串联150µH电感接底电极。整流器的每一桥臂采用10只2500V，2500A可控硅并联，每个可控硅串接2500A/690V的快速熔断器，整流器运行条件：①允许的最高环境温度为40℃，相对湿度小于90%；②冷却水最高进口水温38.5℃，流量433 l/min；③冷却水水质为去离子加5％丙烯甘醇混合纯水、电阻率300kΩ以上；④冷却方式为封闭式循环水
8、冷系统，报警温度45℃，跳电温度50℃。 由于在整流器输出串有一个大电感量很大的直流空芯电抗器,将整流器负载视为感性负载。直流空芯电抗器起限制电流脉动、保持电流连续和限制短路电流的作用。 33KV/648V AC/33MVA 可控硅 10只并联 电流变换器 36000A/10A Ld(150µH) 底电极 顶电极 1.8V=36KA 过电流整定值 79．2KA 电流瞬动值151. 8KA 图２-2 电炉整流器主电路示意图 快熔690V/2500A/32μΩ T1 T3 T5 T4 T6 T2 TR Ud Id I2 a b c
9、 2.1.2 整流器工作原理 电炉可控硅整流器采三相全控桥式结构，其主电路实质上是由共阴极组（1、3、5）与共阳极组（2、4、6）两组电路串联而成，如图２－2所示。 三相桥是应用最为广泛的整流电路，共阴极组—阴极连接在一起的3个可控硅（T1，T3，T5），共阳极组—阳极连接在一起的3 个可控硅（ T4 ， T6 ，T2），导通顺序：T1－T2－T3－T4－T5－T6。三相桥式全控整流电路有如下特点： a、2管同时通形成供电回路，其中共阴极组和共阳极组各1，且不能为同1相器件； b、对触发脉冲的要求： ①按T1-T2-T3-T4-T5-T6的顺序
10、相位依次差60°；②共阴极组T1、T3、T5的脉冲依次差120°，共阳极组T4、T6、T2也依次差120°；③同一相的上下两个桥臂，即T1与T4，T3与T6，T5与T2，脉冲相差180°。 c、ud一周期脉动6次，每次脉动的波形都一样，故该电路为6脉波整流电路。 d、需保证同时导通的2个可控硅均有脉冲： 可采用两种方法：一种是宽脉冲触发；一种是双脉冲触发（常用）。 e、可控硅最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值: ―――――――――――――――――――――（1） 1) 三相全控桥式整流电路带电阻负载时的工作情况 对电阻性负载，当≤时，波形与波形形状一样，由于电压波形连续
11、因此电流也连续也连续。每个可控硅导通，整流电压波形与电感性负载时相同。>时，波形每60°中有一段为零，波形不能出现负值。由于线电压过零变负，可控硅阻断，输出电压为零，电流波形不再连续，不像电感性负载那样出现负电压。一个周期中每个可控硅分二次导通，带电阻负载时三相桥式全控整流电路角的移相范围是120°。 2）阻感负载时的工作情况 ≤60°时： ①波形连续，工作情况与带电阻负载时十分相似，主要包括：各可控硅的通断情况、输出整流电压波形、可控硅承受的电压波形。 ②区别在于：得到的负载电流波形不同。当电感足够大的时候，的波形可近似为一条水平线。 >60°时： 阻感负载时的工作情况与电
12、阻负载时不同。电阻负载时，波形不会出现负的部分。阻感负载时，波形会出现负的部分。 带阻感负载时，三相桥式全控整流电路的角移相范围为90° ３）整流器运行特点 ①由于要适应电压、电流变化大、强烈电冲击和负载冲击的特点。其整流器装置必须能够快速调节弧压和具有良好稳定弧电流的功能。 ②整流器易造成电网闪变、回路电抗过电压及器件开路过电压现象。所以，从电源输入至整流器输出的各环节都需保持过电压吸收装置的良好。 ③突变电流对可控硅电流变化率要求很高，器件的冗余度设计原则要清楚； ④大电流的波动和动态短路所产生的电动力会使部件产生震动、结构发生破坏，必需加强定期检查。 ⑤由于整流器容量大，通
13、常均需要多可控硅并联。不均流问题十分突出。日常跟踪母排连接处、桥臂及可控硅的温升情况非常必要。 ⑥由于强大电流瞬变，系统防干扰、隔磁及整流器框架受热平衡等问题需要关注。 ⑦对多并联器件的驱动单元要求很高，可控硅驱动信号正常与否及可控硅是否良好是关注重点。 ⑧可控硅组件间接触电阻问题十分突出，对安装质量有严格要求。 2.1.3三相全控桥式可控硅整流电路的定量分析 当整流输出电压连续时（即带阻感负载时，或带电阻负载≤60°时）的平均值为： -------------------------------（2） 式中为整流输入线电压值。 带电阻负载且 >60°时，整流电压平均值为：
14、 -----------------------------------（3） 输出电流平均值为：― -----------------------------（4） 当整流变压器为星形接法，带阻感负载时，变压器二次侧电流波形为近似方波，参见图2－3。其电流有效值为： ―――――――（5） B 图2－3 变压器二次侧电压电流 t 0 可控硅电压、电流等的定量分析与三相半波时一致： 变压器二次电流即可控硅电流的有效值为: ―――――――――――――――――――――（6） 可控硅的额定电流为: ―――――――――――――――――――（7）
15、 可控硅最大正、反向电压峰值均为变压器二次线电压峰值: ――――――――――――――――――――（8） 2.1.4电炉整流装置参数计算及其保护 1）整流器输出电流计算： 整流器输出电流由式（５）得： 式中：S－－为与相应的变压器容量； --变压器二次线电压； 2）变压器二次电流由式（5）得： 3）整流器输出电压由式（2）得： 式中按考虑的，我们知道，直流电弧炉整流电源为恒流控制，以维持电弧电流稳定。而直流电弧炉的直流电压（弧压），也即电弧长度由电极升降来调节。为了维持电弧电流的稳定，是不行的，一般小于后，随着的变小，稳流作用就变差。当电极提升到某一高度时，若可控硅
16、已全开放（），此时直流电压已升到最高值，则电弧电流降低，达到不原设定值，同时整流器无稳流作用了。电炉整流器无负载时最高直流电压870V，额定直流输出电压765V。通常在考虑整流器输出额定电压时要考虑电网电压波动、稳弧电流控制（宜有一定的移触发的调节裕量）和换相电压降的损失因素。所以整流器额定输出电压可以近似按下式计算： V -----------------------------(9) 式中 －－电网波动系数，可取0.95 －－整流变额定二次电压，V --正常工作时的最小触发延迟角，通常取，相应 ---整流变压器的阻抗电压，％ 通常还应考虑整流器电源内部压降和直流电抗器的
17、压降，前者可忽略，后者为2％左右。 4）流过每一个可控硅的实际平均电流由式（7）得： 通常可控硅载流安全裕量取＝1.52，取，应选用2652A的可控硅。由于直流电弧炉是连续冶炼和处于长期满负荷运行状态，加上多并联可控硅存在的均流问题以及可控硅安装接触电阻损耗等问题，可控硅载流安全裕量取值应大于２，实践证明3－4最为可靠。实际选用可控硅额定电流为2500A。 5）可控硅额定电压由式（8）确定： 式中为电压安全裕量，实际运用选取可控硅额定电压为2500V。 6）快速熔断器参数计算 快速熔断器的许多指标是在IEC国际电工标准规定的条件下确定的,与整流器的使用条件有一定差距,所以要
18、比较精确地计算和选用快速熔断器是比较复杂的,在选择与可控硅元件串联的快速熔断器时,主要应考虑以下方面: (1) 快速熔断器的额定电压要高于整流桥交流侧线电压的有效值。 (2) 按实际需要选择熔断器的额定电流。 快速熔断器的额定电流是指电流有效值。而可控硅元件的额定电流 是正弦半波的平均值, 其有效值是1. 57 。从正常运行的角度看, 由于选用可控硅时所取的安全系数不同, 流过可控硅的实际电流有效值不同,故不能简单地按1. 57 来选择快速熔断器的额定电流。 电炉整流器实际选用了2500A/690V的快速熔断器。是按1. 57 来选取的，实际运行直今，快速熔断器基本没有起到保护可控硅
19、的作用，仅起到了可控硅损坏后的故障回路断开的作用。 7)整流器过电流保护 可控硅是大功率电子元件, 具有很多优点, 但它们承受过电压和过电流的能力很差, 因此, 在各种可控硅装置中必须采取适当的过流、过压保护措施。 引起过电流的主要原因一是负载端过载或短路；二是某个可控硅被击穿短路, 造成其它元件的过电流；三是触发电路不正常或受干扰, 使可控硅误触发, 引起过电流；四是可控硅设备在运行过程中会受到由交流供电电网进人的操作过电压引起的过电流；五是电路中一般都接有电感元件, 在切断和接通电路时, 从一个元件导通转换到另一个元件导通时, 以及熔断器熔断时, 电路中的电流往往都会超过正常值。
20、整流器过电流整定值： ，实际整定值为80KA ，瞬时过电流整定值为151. 8KA ，图２－2所示。 ８）整流器过电压保护 引起过电压的主要原因：一是可控硅设备在运行过程中会受到由交流供电电网进人的操作过电压；二是因为电路中一般都接有电感元件, 在切断和接通电路时, 从一个元件导通转换到另一个元件导通时, 以及熔断器熔断时, 电路中的电压往往都会超过正常值；三是有时雷击也会引起过电压。整流器输入设置过电吸收单元，要求高的在整流器输出端设计过电压吸收，也可以设计交直侧的电子过电压护方法。 ９）电流上升率和电压上升率的抑制保护 电流上升率的抑制：可控硅初开通时电流集中在靠近门极的阴极表面
21、较小的区域, 局部电流密度很大, 然后以的扩展速度将电流扩展到整个阴极面, 若可控硅开通时电流上升率过大, 会导致结击穿, 必须限制可控硅的电流上升率使其在合适的范围内。其有效办法是在可控硅的阳极回路串联人电感。 电压上升率的抑制：加在可控硅上的正向电压上升率也应有所限制, 如果“ 过大, 由于可控硅结电容的存在而产生较大的位移电流, 该电流可以实际上起到触发电流的作用, 使可控硅正向阻断能力下降, 严重时引起可控硅误导通。 为抑制的作用, 可以在可控硅两端并联一阻容吸收回路。常用措施有两种：一是并接一阻容吸收回路或硒堆等非线性元件。 2.2 整流器维护技术及点检要求 2.2.1日常点
22、检内容及方法 1） 在电炉正常炼钢情况，每天记录一次室内温湿度；察看冷却水系统进出口水温度。 2） 在保证安全情况下，使用红外测温仪，每月至少1次的可控硅表面温度的监测,1次的各联接母排处的温度检测。 3） 在电炉炼钢停下来时，在做好安全的前提下，立即采用手摸方式对桥臂可控硅温度进行判断，发现异常者，对该冷却水路进行检查。 4） 每天对阻容保护监测灯观察1次。 5） 每天观察触发脉冲板上可控硅驱动指示灯的亮暗情况，发现最亮或较暗的则应停炉排除异常。其判断方法如下： 为了能有效判断脉冲触发回路是否异常，可在输入光电信号时，参见 图2－4测量Uce值来判断回路发生何种问题。表2－1数
23、据供点检时参考。 表2－1 Uce测量值 条件 脉冲回路状态 LED1 Uce(V) Rgk=20Ω,(实测晶闸门极电阻) 正常 正常亮度 17.4 R2良 Rgk=0Ω或D2短路 最亮 18.2 Rgk=20Ω，R2良 D2开路 正常亮度 17.4 Rgk=20Ω、D2良、R2良 脉冲接插头1断 不亮 0 Rgk=20Ω、D2良、R2良 脉冲接插头1不良 暗 3.59 Rgk=20Ω、D2良、R2良 脉冲接插头2断 微亮 3.68 Rgk=20Ω、D2良、R2良 脉冲接插头2不良 较亮 5.89 光电转换驱动 电路
24、48VDC - a b c d e g k 第12#可控硅触发回路 (注：每桥10只可控硅并联，备用二触发回路) 同上 第1#可控硅触发回路 R7/20Ω/50W R19/2K/0.5W LED1 D1 R31/1Ω/10W R2/ 1OOΩ/2W D2 T1/2500v/3200A IGBT 可控硅门极保护板 图2－4可控硅脉冲触发回路 6） 在电炉正常炼钢停下来情况下，对整流器桥臂正反向电阻采用指针式万用表每周测量1次，注重与上一次测试值的比较，发现阻值低于400Ω时，应利用停炉间隙排除性
25、能劣化器件。 7） 随时观察整流器电流表指示情况，若发现电流波动过大时，应着重观察整流器桥臂光电脉冲信号是否正常。 8） 整流器脉冲板上指示灯状态，必要时请求停炉查清原因。 9） 每天监听冷却水泵运行声音1次，并确定备用水泵功能是否完好。 10） 每天对整流室控制板4006L4205AA G001上运行状态灯巡检。 2.2.2定期检查内容及方法 1) 整流器电流变换器特性试验每年1次； 2) 过电流检测校验每年1次； 3) 整流器脉冲驱动板触发特性测试，应每年1次； 4) 整流器的相位校验，每年1次，特殊情况下也需进行相位校验； 5) 电压变换器特性试验，每年1次； 6)
26、 桥臂可控硅组件模块的紧固，按70NM进行校验，每半年1次； 7) 桥臂组件接触电阻（及交流母线、水冷却板、快速熔断器、可控硅、直流母线间电阻）每半年测定1次，其值一般控制在36～59mΩ以内。 8) 单只可控硅漏电流测试每2年1次。 9) 母排连接检查每6个月检查1次。 10) 整流器水冷却系统及相关保护每年1次功能试验。 11) 阻容保护回路每年检查1次。 12) 有条件情况下每年1次的整流器可控硅均流情况的检查。 13) 可控硅通态压降测试每年1次(保证均流的辅助手段)。 14) 整流器可控硅劣化状态的掌控每6个月1次，方法如下： 这是间接掌握可控硅漏电流的一种方
27、法，若测得某桥臂可控硅漏电流过大时，则需要进行单只可控硅漏电流的测试： A、测试方法： ① 整流器处于停电而冷却水系统不停的状态； ② 断开可控硅阻容保护线(既连接到交流母线上的一端子)； ③ 短接整流变压器二次三相母排。 ④ 利用可控硅阻断测试仪，将输出电压调节至500V(要保持每次测试时都为此值)，读取此时漏电流值。 B、测试条件： ① 断开整流器输出＋、－母线（顶电极及底电极线路有人工作时才断开）； ② 断开可控硅并联的阻容保护的一端； ③ 整流变压器二次三相母排短接； ④ 符号按图2－5定义：共阳极组可控硅正反向漏电流、IAK＋/IKA共阴极组可控硅正反向漏电流、
28、RAK－/RKA－共阳极组可控硅正反向电阻、RAK＋/RKA＋共阴极组可控硅正反向电阻,R±kΩ整流器输出正负两端电阻。 图2－５可控硅漏电流测试条件 A K A K － ＋ 10并 10并 10并 10并 10并 10并 C、 建立测试数据表： 表2－2 整流桥可控硅漏电流参数 整流器 RAK－/RKA－(kΩ) RAK＋/RKA＋(kΩ) IAK－/IKA－(mA) IAK＋/IKA＋(mA) EB51 2.00/1.87 0.42M/1.31 57/59 59/61 EB52 1.35/0.49 1.21/0.54
29、 115/118 95/99 EB53 4.39/0.45 1.09/0.60 116/80 114/79 2.2.3 整流维护标准 表2－3 整流维护标准 序号 试验内容 周期 判断标准 说明 1 整流器绝缘 U、V、W对地 一年 >1MΩ 无水时1KV摇表 >2KΩ 有水时万用表法 2 可控硅 接触电阻 ≤50μΩ 100A电阻仪 门极电阻 ≤25Ω 在线测量 3 交直流绝缘 P-U、P-V、P-W >2KΩ 有水时万用表法 4 直流电阻器 P-N间电阻 1500Ω/225W 6并2串 5 过压吸收 可控硅
30、阻容 二年 30Ω 8并 10μF 2串 6 交流侧R－C R－C回路 30Ω 8并 10μF 2串 相对地滤波电容 0.5μF 2串 7 均流系数 每桥臂十并联 ≥0.82 测每支路电流 10 可控硅通态压降 200A时 一年 同臂可控硅比对 11 可控硅组装 紧固力矩 70NM 经验值 12 桥臂母排安装 紧固力矩 40NM 13 系统过电流保护 二年 3.6KA/10A 见1.2.5项 14 电压变换器 1000V/10V 直流电压 15 同步电压检测 3.3KV/100V 单相 16
31、整流器纯水温度 45℃ 报警 50℃ 跳闸 17 电阻率 1000Ω.cm 18 冷却水路清洗 一年 化学清洗预膜 2.2.3 常见故障原因分析和处理 (1) 可控硅桥臂均流恶化分析与处理 １）故障背景 根据表2－4统计，电炉整流器十年来（1999～2008）共发生47起导致电炉主作业线停机故障，停机175.6h，其中由可控硅损坏引起的整流器故障28起，停机时间151.6h，占总停机时间的86.3%。在所有故障中，8h以上三级事故5起，均由可控硅损坏引起。 表2－4 整流器历年故障中可控硅损坏故障比例统计 历史年份 整流器年故障时间 可控硅损坏年
32、故障时间 所占比例 整流器年故障次数 可控硅损坏年故障次数 所占比例 1999 32.13 28.8 89.6% 4 3 75.0% 2000 11.72 9.97 85.1% 6 4 66.7% 2001 19.74 19.74 100.0% 2 2 100.0% 2002 14.29 13.98 97.8% 5 4 80.0% 2003 66.85 58.04 86.8% 12 7 58.3% 2004 4.24 0.5 11.8% 6 1 16.7% 2005 13.73 9 65.5%
33、 6 2 33.3% 2006 4.08 4.08 100.0% 2 2 100.0% 2007 4.33 3 69.3% 2 1 50.0% 2008 4.49 4.49 100.0% 2 2 100.0% 总计 175.6 151.6 86.3% 47 28 59.6% ２）故障结论 导致可控硅性能劣化损坏的主要因素是通态压降损耗及电连接耗损耗共同产生热的影响结果，流过电流大的支路，会使可控硅结温超过最高允许的125℃而损坏，实践证明可控硅器件的表面温度最高不宜超过65℃。经综合分析：电炉整流可控硅因桥臂均流恶化损坏占60％，
34、因冷却水管路端部被腐蚀堵塞致使可控硅过热损坏占30％，因其它原因（过电压、过电流或瞬态冲击等）损坏的其它占10％。 ３）故障原因分析 多并联可控硅不均流是有标准可依，超过标准后，将致使整流器内磁场分布越来越不均匀，从而引起漏磁场局部集中现象加重，造成整流器内涡流损耗和杂散损耗增加。不断增加的内涡流损耗和杂散损耗表现在可控硅内部为热损，可加速可控硅老化，最终损坏。 导致桥臂不均流因素分析： ①可控硅正向压降特性不一致性。在可控硅元件制造时确保每一元件正向压降特性完全一致是难以做到的。但是，对于同桥臂上的可控硅必须选用正向压降特性的偏差在允许范围内。厂方提供的可控硅正向压降参数为2000安
35、时1.2伏。 ②可控硅元件开通特性的差异。若可控硅开通时间相同，其正向特性和支路阻抗也相等，则流经可控硅的电流分配是均匀的。所以，应选用可控硅固有开通延迟时间都一致的安装在一起。厂方提供电炉整流器用可控硅门极开通时间为3微秒。 ③触发脉冲特性的不一致性。由于触发脉冲是控制可控硅开通的，所以，触发脉冲必须确保其前沿陡度、幅值、宽度的足够和所有脉冲产生时刻的一致性。电炉采用了抗扰性能好及功率强的脉冲触发板。 ④桥臂组件接触电阻影响：电炉整流器自投运以来，可控硅损坏率高，这些损坏的可控硅需要立即在线更换，但电炉整流器圆盘式结构设计紧凑，各支路间空隙小，可控硅的拆装非常困难，可控硅组件各元器件难
36、以定位、难以压装，造成可控硅压装质量上的差异，引起同一桥臂十并可控硅支路间的接触电阻分散性大，导致桥臂均流恶化。同时由于可控硅损坏率高，很难保证更换的可控硅在参数上与其它器件保持一致，使桥臂不均流进一步恶化，导致可控硅加速老化。均流与可控硅压降的有关，压降大小直接与热损耗有关，热损耗大，可控硅结温度高，热劣化加快。 按照宝钢150t直流电弧炉整流器额定输出电流36000A计算，则桥臂可控硅的电流有效值按式（７）计算得： =0.368*36000=13248（A） 每只可控硅的平均电流为： 按照最大通态平均压降不大于计算可控硅的通态平均损耗为： 按照快速熔断器的电阻为0.028
37、－0.032mΩ，取值0.028mΩ计算，则快熔损耗为： 按照一桥臂上的一个SCR组件回路，实测从直流母排至SCR接触面的电阻值范围为28.1〜83.0μΩ（其中包括了快速熔断器电阻），图2－6中的、和三个接触面电阻没有测试。计算该桥臂支路接触电阻上的损耗和： 直流母排 快熔 可控硅 支架 绝缘套管 水冷散热块 交直流绝缘块 交流母排 图2－6 可控组件图 所以，桥臂接触电阻热损耗相当可观。为此，开展了可控硅安装质量跟踪，表2－5同桥臂新旧SCR组件接触电阻对比。从表中数据不难
38、发现安装质量与接触电阻大小密切相关。接触电阻过大，在一定程度上成了诱发器件过热损坏和加速劣化的主要原因。 表2－5 同桥臂新旧SCR组件接触电阻对比 EB52整流器V－６桥臂SCR组件接触电阻对比(μΩ) 2009.08.27 组件状态 １＃ ２＃ ３＃ ４＃ ５＃ ６＃ ７＃ ８＃ ９＃ １０＃ 原来组件 49.6 62.3 38.9 大于400 61.9 80.7 83.3 68.9 50.3 52.5 新装组件 37.4 35.1 35 31.8 36.8 33.2 36.3 39.3 34.1 39.5 当整流器
39、电流设定27000A时，对桥臂进行温度测试，其结果证明安装质量好坏与温升关系极大，接触电阻减少的桥臂与其它桥臂的温度相比至少要小３℃。运行过程中对桥臂交流母排（圆盘）和交流支路母排（扁担）进行了四次温度测试，见表2－6。 表2－6 精心安装可控硅桥臂同在线桥臂的温度比对 测试日期：2009.8.31 中（上） 中（下） 外（上） 外（下） EB51 40℃ 40℃ 38℃ 38℃ EB52 33℃ 40℃ 38℃ 39℃ EB53 36℃ 38℃ 36℃ 37℃ 测试日期：2009.9.1 中（上） 中（下） 外（上） 外（下） E
40、B51 40℃ 40℃ 36℃ 38℃ EB52 34℃ 39℃ 37℃ 38℃ EB53 36℃ 37℃ 36℃ 37℃ 测试日期：2009.9.2 中（上） 中（下） 外（上） 外（下） EB51 39℃ 40℃ 37℃ 38℃ EB52 34℃ 38℃ 37℃ 37℃ EB53 36℃ 38℃ 35℃ 37℃ 注：测试仪表选用手持式红外测温仪，由于位置关系只能测试每个整流器的中间和外侧4个桥臂温度。 ４）故障处理 ①均流检测方法 由于多并联可控硅的不均流的检测很不方面，需投投入人力较多，又缺少专用仪器，现场测
41、试采用了二台录波仪同步记录桥臂电流的方法。查出电流小的支路采取可控硅组件重新安装办法。由于对重新安装组件的质量又难以掌控，则只好使用直流电阻微欧仪进行桥臂直流电阻测试，以此初步掌握安装情况，如表６所示。 ②不均流的判断依据 一是依据均流系数参考值表２－7判断；二是采用比对法，即与同一整流器其它桥臂相比较；三是经验判断法：即通过平常测试总结出的经验值。 表２－7均流系数参考值 可控硅并联数 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0.90 0.90 0.90 0.85 0.85 0.80 0.78 0.76 0.74 ③可控硅组件
42、安装质量的保证措施 无论新安装可控硅组件还是故障组件的在线安装均应遵循如下原则： ａ、组件部件均应对中安装； ｂ、明确组件紧固力矩值； ｃ、组件的接触表面滴一小点SF1154硅油，再用清洁布擦干净，保证接触表面不得有划伤或污垢； ｄ、涂抺导电膏：保持手的干净，用手在接触面上均匀抺上导电膏，抺至导电膏不见本色为止才算均匀，然后再用清洁丝绸类布将涂有导电膏的表面轻轻擦一遍，目视导电膏均匀后方可组装； ｅ、拧紧组件的方法：每次拧紧螺母1/4圈，两只螺母交替进行，直到达到紧固力矩要求； ｆ、采用直流电阻测试仪测试组件接触电阻，确认安装质量； ｇ、确认可控硅触发脉回路是否良好。 ５）故
43、障对策 发生可控硅损坏不应急于拆卸组件，应对组件接触电阻情况再确认，看是否与组装时测得接触电阻发生变化与否，以便分析可控硅损坏原因。 对拆卸的组件表面按组件安装要求进行表面处理，不能有原来导电膏在上面。同时注意更换的快速熔断器的电阻值必须符合要求，过大或过小都会导致桥臂新的不均流发生。 有条件情况下最好对组件均流进行在线测试，这是最有效而直接检查桥臂均流的方法（因受电炉整流器室环境限制，该项测试工作的安全措施必须落实好）。 ６）故障教训 回顾大容量整流器的日常维护和点检，存在如下缺失： ①日常维护和点检工作与周期精密点没能很好结合，进行必要的即综合分析问题不够； ②对于可控硅组件
44、安装质量重视不够，表现在安装队伍随意变更，导致可控硅组件安装质量出现不稳定现象； ③严格执行维修技术标准不够，规范操作有较大差距。特别是可控硅组件维修作业标准执行质量的撑控欠缺，对可控组件安装质量的重要性认识不高，有时候对安装质量检验工作没能跟上； ④可控硅或快熔损坏后，对安装组件接触面的清洁工作未按要求实施，涂抺导电膏方法不当，导致接触电阻大，组件运行损耗大，可控硅受热劣化严重。 工作的缺失或者重视不够，导致了整流器没能按额定电流（36KA）运行，从32KA降至28K运行, 每炉钢需加大吹氧，仅此项氧耗效益以每炉钢氧耗3.78Nm3，氧价0.27元/Nm3，每年生产6000炉钢，此项经济效益达：3.78Nm3/炉×0.27元/Nm3×150t/炉×6000炉/年=91.8万元。 ７）问题与思考 分析上述缺失，也不是现场人员不清如何对整流维护，主要是生产和维护之间存在着矛盾。比如桥臂组件损坏二个支路就必需停机抢修，由于对停机时间有考核，往往为了减少停机时间，只顾安装而忽略安装质量的检验时有发生，这样的情况在其它单元也同样有。另外就是对安装质量问题没有纳入考核，从而重视程度不够。 17
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