EP2619868A2 - Elektrische anlage für einen lichtbogenofen - Google Patents

Elektrische anlage für einen lichtbogenofen

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EP2619868A2
EP2619868A2 EP11732444.2A EP11732444A EP2619868A2 EP 2619868 A2 EP2619868 A2 EP 2619868A2 EP 11732444 A EP11732444 A EP 11732444A EP 2619868 A2 EP2619868 A2 EP 2619868A2
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control parameter
electrical
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P10/25—Process efficiency

Definitions

  • the invention relates to an electrical system of a
  • Electric arc furnace for melting metals comprising a reactive power compensator and a control unit for
  • Control parameter range is changeable.
  • An electric arc furnace is used to produce liquid metal, usually steel. From an electrical supply network, the required high electrical energy is provided by means of an electrical system. Due to the system, this can lead to undesired repercussions in the supply network.
  • TCR thyristor controlled ractance
  • static compensator usually consisting of a TCR (thyristor controlled ractance) and at least one static
  • the reactive power compensator serves
  • At least one control parameter is preset within one
  • the invention is based, for a
  • Electric arc furnace for melting metals comprising a reactive power compensator and a control unit for
  • Control parameter range is variable and wherein further for the control parameter, a limited control parameter sub-range is specified and the electrical system includes a control unit, by means of which the control parameters within the
  • Control parameter subarea is adjustable. In this way, a change in the system behavior can be brought about by the plant operator during operation. This is especially useful when the
  • control unit is also set up to control electrodes of the arc furnace. It is favorable if at least one control parameter can be changed within a predetermined control parameter range and can be set by means of the operating unit within a restricted control parameter subrange. Of the The operator is thus enabled to influence the regulation of the electrodes.
  • control unit for controlling a furnace switch of the arc furnace Furthermore, it is advantageous if the control unit for controlling a furnace switch of the arc furnace
  • Switching parameter subrange is adjustable.
  • Operating unit comprises a slider, by means of which the interdependent parameters are adjustable. It is advantageous if the electrical system comprises a display unit, by means of the set values for individual
  • the respective subarea, within which the respective parameter can be set by means of the operating unit extends over
  • the electrical system comprises a recording unit, by means of the mechanical
  • Plant components are detectable. A log of the plant states is created and evaluated as necessary to conclude the wear of individual plant components.
  • the electrical system includes a maintenance display, by means of the maintenance intervals of mechanically and / or electrically stressed
  • System components can be displayed as a function of parameter settings made by means of the control element. With such a maintenance intelligence, the operator can estimate the time until the next maintenance or replacement of a wearing part.
  • a corresponding method provides that by means of the recording unit the load of at least one mechanically and / or electrically stressed system component is detected, that the load of this system component is determined by the
  • the control unit of the electrical system is for the
  • Operating parameters are, for example, control parameters for changing the control of the reactive power compensator, control parameters for
  • Actuators can be designed with the same functionality as knobs, snaps, switches, etc.
  • Another possibility is that the operator selects between maximum voltage stability and a minimum of network disturbances (flicker).
  • the adjustability of a parameter that specifies, for example, the switching frequency of an inverter arranged in the system allows the choice between a gentle operation and a maximum energy operation. In mild mode, the electrical and / or mechanical stress of individual system components decreases. An acceleration of a melting process is achieved inter alia by a new setting of the electrode control.
  • the load on the system components is determined by the system control by means of a control unit.
  • the individual parameter values can be changed during operation within narrower limits than during commissioning.
  • commissioning is to set a
  • countable switching cycles are detected by means of a PLC (programmable logical controller).
  • PLC programmable logical controller
  • control unit is expanded by a data memory and connected to existing or supplemented sensors of the electrical system. It records the vibration, the ambient temperature, the humidity, the air pressure, the dust load, the composition of the furnace atmosphere, etc. These physical and chemical factors have an effect on the service life of electrical and / or mechanical loads
  • Plant parts For example, electrically conductive dust can lead to additional electrical loads.
  • the operating parameters that can be set by the operator can also lead to changes in the loads of individual plant components. For example, an as Vacuum switch executed furnace switch mechanical and electrical loads that can be changed by a new setting maximum allowable switching cycles per unit time. After each readjustment, an algorithm stored in the control unit incorporates the physical and chemical parameters
  • Furnace switch calculated. Specifically, for example, by means of the recording unit, the actuations of at least one mechanical and / or
  • the electrical system includes a
  • the furnace switch By changing individual operating parameters by means of the operating unit, an additional benefit compared to known systems is achieved. On the one hand, the operator can change the current mode of operation of the

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage eines Lichtbogenofens zum Schmelzen von Metallen, umfassend einen Blindleistungskompensator und eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Blindleistungskompensators, wobei zumindest ein Steuerungsparameter innerhalb eines vorgegebenen Steuerungsparameter-Bereichs veränderbar ist. Dabei ist für den Steuerungsparameter ein eingeschränkter Steuerungsparameter-Teilbereich vorgegeben und die elektrische Anlage umfasst eine Bedieneinheit, mittels welcher der Steuerungsparameter innerhalb des Steuerungsparameter-Teilbereichs einstellbar ist. Damit erhöht sich die Flexibilität der elektrischen Anlage und der Betreiber hat gegenüber bekannten Ausführungen mehr Handlungsspielraum bezüglich des Betriebs und der Wartung seiner Anlage.

Description

Elektrische Anlage
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Anlage eines
Lichtbogenofens zum Schmelzen von Metallen, umfassend einen Blindleistungskompensator und eine Steuereinheit zur
Ansteuerung des Blindleistungskompensators , wobei zumindest ein Steuerungsparameter innerhalb eines vorgegebenen
Steuerungsparameter-Bereichs veränderbar ist.
Ein Lichtbogenofen dient der Herstellung von Flüssigmetall, üblicherweise Stahl. Aus einem elektrischen Versorgungsnetz wird mittels einer elektrischen Anlage die erforderliche hohe elektrische Energie bereitgestellt. Systembedingt kann es dabei zu unerwünschten Rückwirkungen in das Versorgungsnetz kommen. Die elektrische Anlage umfasst deshalb zumindest einen Blindleistungskompensator (SVC = static VAR
compensator) , bestehend in der Regel aus einem TCR (thyristor controlled ractance) und mindestens einem statischen
Filterkreis. Die Ansteuerung des TCR erfolgt mittels einer Steuereinheit .
Der Blindleistungskompensator dient dazu,
Blindleistungskomponenten eines versorgenden
Wechselstromnetzes zu kompensieren. Dabei ist es wichtig, von der elektrischen Anlage verursachte Netzstörungen genau zu erfassen und den Blindleistungskompensator entsprechend anzupassen. Zu diesem Zweck ist in der Regel zumindest ein Steuerungsparameter innerhalb eines vorgegeben
Steuerungsparameter-Bereichs veränderbar. Nach dem Stand der Technik geschieht die Anpassung des
Blindleistungskompensators während der Inbetriebnahme einer Anlage. Nachträgliche Änderungen sind nur durch einen
geschulten Servicetechniker über einen eingeschränkten
Zugriff auf die Steuereinheit möglich. Ansonsten laufen die Teile der elektrischen Energieanlage, welche während einer Inbetriebsetzung einstellbar sind, im Hintergrund, ohne weitere Eingriffsmöglichkeiten seitens des Betreibers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine
elektrische Anlage der eingangs genannten Art eine
Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch den
Gegenstand des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen .
Vorgesehen ist demnach eine elektrische Anlage eines
Lichtbogenofens zum Schmelzen von Metallen, umfassend einen Blindleistungskompensator und eine Steuereinheit zur
Ansteuerung des Blindleistungskompensators , wobei zumindest ein Steuerungsparameter innerhalb eines vorgegebenen
Steuerungsparameter-Bereichs veränderbar ist und wobei des Weiteren für den Steuerungsparameter ein eingeschränkter Steuerungsparameter-Teilbereich vorgegeben ist und die elektrische Anlage eine Bedieneinheit umfasst, mittels welcher der Steuerungsparameter innerhalb des
Steuerungsparameter-Teilbereichs einstellbar ist. Auf diese Weise kann durch den Anlagenbetreiber während des laufenden Betriebs eine Veränderung des Anlagenverhaltens herbeigeführt werden. Das ist vor allem dann sinnvoll, wenn sich die
Anforderungen an die Anlage verändern. Beispielsweise wird kurzfristig eine höhere Leistung gefordert oder der
Verschleiß einzelner Anlagenkomponenten soll gesenkt werden.
Vorteilhafterweise ist die Steuereinheit auch zur Regelung von Elektroden des Lichtbogenofens eingerichtet. Dabei ist es günstig, wenn zumindest ein Regelungsparameter innerhalb eines vorgegebenen Regelungsparameter-Bereichs veränderbar ist und mittels Bedieneinheit innerhalb eines eingeschränkten Regelungsparameter-Teilbereichs einstellbar ist. Der Betreiber wird damit in die Lage versetzt, die Regelung der Elektroden zu beeinflusse.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Steuereinheit zur Ansteuerung eines Ofenschalters des Lichtbogenofens
eingerichtet ist. Auch hier ist es günstig, zumindest einen Schaltparameter vorzusehen, der innerhalb eines vorgegebenen Schaltparameter-Bereichs veränderbar ist und mittels
Bedieneinheit innerhalb eines eingeschränkten
Schaltparameter-Teilbereichs einstellbar ist.
Betreffend die Einstellmöglichkeiten ist es günstig, wenn einzelnen Parameter zumindest zum Teil voneinander abhängig sind. Auf diese Weise können einzelne Teile der elektrischen Anlage aufeinander abgestimmt werden. Die Beeinflussung eines Parameters, der einen Anlagenteil belastet, zieht dann beispielsweise die Veränderung eines anderen Parameters nach sich, welcher eine Entlastung des betreffenden Anlagenteils bewirkt .
Zur einfachen Bedienbarkeit ist vorgesehen, dass die
Bedieneinheit einen Schieberegler umfasst, mittels dem die voneinander abhängigen Parameter einstellbar sind. Dabei ist es günstig, wenn die elektrische Anlage eine Anzeigeeinheit umfasst, mittels der eingestellte Werte für einzelne
Parameter ablesbar sind.
In einer vorteilhaften Ausprägung der Erfindung erstreckt sich der jeweilige Teilbereich, innerhalb dem der jeweilige Parameter mittels Bedieneinheit einstellbar ist, über
höchsten 10% des gesamten jeweiligen Parameterbereichs. Damit ist sichergestellt, dass der Betreiber die Anlage nur
innerhalb enger Grenzen beeinflussen kann. Ein Betreiben der Anlage außerhalb sinnvoller Betriebsgrenzen wird vermieden. Es sind keine Änderungen möglich, die zu einer
Betriebsstörung führen könnten. Generell ist es von Vorteil, wenn die elektrische Anlage eine AufZeichnungseinheit umfasst, mittels der mechanische
und/oder elektrische Beanspruchungen einzelner
Anlagenkomponenten erfassbar sind. Es wird ein Protokoll der Anlagenzustände erstellt und bei Bedarf ausgewertet, um auf den Verschleiß einzelner Anlagenkomponenten zu schließen.
In einer Weiterentwicklung umfasst die elektrische Anlage eine Wartungsanzeige, mittels der Wartungsintervalle von mechanisch und/oder elektrisch beanspruchten
Anlagenkomponenten in Abhängigkeit von mittels Bedienelement vorgenommenen Parametereinstellungen darstellbar sind. Mit einer solchen Wartungsintelligenz kann der Betreiber die Dauer bis zur nächsten Wartung bzw. bis zum Austausch eines Verschleißteils abschätzen.
Ein entsprechendes Verfahren sieht vor, dass mittels der AufZeichnungseinheit die Belastung zumindest einer mechanisch und/oder elektrisch beanspruchten Anlagenkomponente erfasst wird, dass die Belastung dieser Anlagenkomponente durch das
Einstellen einzelner Parameter beeinflusst wird und dass nach jeder Neueinstellung dieser Parameter eine Neuberechnung der noch verbleibenden Zeit bis zum Ende des aktuellen
Wartungsintervalls der Anlagenkomponente erfolgt.
Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise erläutert .
Die Bedieneinheit der elektrischen Anlage ist für den
Betreiber zugänglich und versetzt ihn in die Lage,
Betriebsparameter einzustellen. Betriebsparameter sind zum Beispiel Steuerungsparameter zur Veränderung der Ansteuerung des Blindleistungskompensators , Regelungsparameter zur
Veränderung der Elektrodenregelung und Schaltparameter zur Veränderung der Ansteuerung des Ofenschalters. Im einfachsten Fall ist als Betätigungselement der Bedieneinheit ein Schieberegler vorgesehen. Der Betreiber hat damit die Möglichkeit, Betriebsparameter zu verändern.
Beispielsweise wird das Betriebsverhalten von „träge" nach „schnell" angepasst. Betätigungselemente können mit gleicher Funktionalität auch als Drehknöpfe, Druckknöpfe, Schalter etc. ausgebildet sein.
Eine weitere Möglichkeit sieht vor, dass der Betreiber zwischen maximaler Spannungskonstanz und einem Minimum an Netzstörungen (Flicker) wählt. Die Einstellbarkeit eines Parameters, der beispielsweise die Schaltfrequenz eines in der Anlage angeordneten Umrichters vorgibt, erlaubt die Wahl zwischen einem Schonbetrieb und einem Betrieb mit maximaler Energie. Im Schonbetrieb sinkt die elektrische und/oder mechanische Beanspruchung einzelner Anlagenkomponenten. Eine Beschleunigung eines Schmelzvorgangs wird unter anderem durch eine neue Einstellung der Elektrodenregelung errecht.
Die Beanspruchung der Anlagenkomponenten wie Transformatoren, Blindleistungskompensatoren, Ofenschalter etc. wird durch die Anlagenansteuerung mittels Steuereinheit bestimmt. Eine
Veränderung der einstellbaren Betriebsparameter bringt dabei eine Veränderungen der Belastungen mit sich. Einzelne
Parameter sind dabei sinnvollerweise in Beziehung zueinander gesetzt, insbesondere wenn deren Veränderungen auf dieselben Anlagenkomponenten wirken.
Mittels der dem Betreiber zugänglichen Betätigungselemente sind die einzelnen Parameterwerte während des Betriebs in engeren Grenzen als bei der Inbetriebsetzung veränderbar. Bei der Inbetriebsetzung ist zur Einstellung eines
Anlagenoptimums ein größerer Spielraum erforderlich. Das Inbetriebsetzungspersonal kann die einzelnen
Betriebsparameter aus einem jeweils ausreichend großen
Parameterbereich auswählen. Sobald ein Optimum für die in Betrieb zu setzende Anlage gefunden ist, erfolgen Parametereinstellungen nur mehr in engen Teilbereichen. Es ist günstig, wenn der jeweilige Einstellbereich, der dem Betreiber zur Verfügung steht, nur etwa 10% des gesamten Einstellbereichs während der Inbetriebsetzung beträgt. Die bei der Inbetriebsetzung gefundenen Einstellungen sind also durch den Betreiber nur minimal veränderbar, sodass weiterhin ein optimierter Betrieb der elektrischen Anlage gegeben ist.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung umfasst die
elektrische Anlage eine AufZeichnungseinheit , mittels der die Beanspruchungen einzelner Anlagenkomponenten erfasst werden.
Beispielsweise werden mittels eines PLC (programmable logical Controller) zählbare Schaltspiele erfasst. Mittels einer hinterlegten Belastungstabelle oder eines geeigneten
Algorithmus werden die mechanischen und/oder elektrischen Beanspruchungen der entsprechenden Schaltelemente bestimmt. In weiterer Folge ist unter Heranziehung bekannter
Zusammenhänge ein aktueller Verschleiß abschätzbar und ein Wartungszeitpunkt bestimmbar.
Zudem ist es sinnvoll, den gesamten aktuellen Systemzustand der elektrischen Anlage zu erfassen und zu protokollieren. Zum Beispiel wird die Steuereinheit um einen Datenspeicher erweitert und mit vorhandenen oder ergänzten Sensoren der elektrischen Anlage verbunden. Aufgezeichnet werden eine auf den Ofen wirkende Vibration, die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit, der Luftdruck, die Staubbelastung, die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre etc. Diese physikalischen und chemischen Einflussfaktoren haben Auswirkungen auf die Lebensdauer elektrisch und/oder mechanisch belasteter
Anlagenbauteile. So kann beispielsweise elektrisch leitender Staub zu zusätzlichen elektrischen Belastungen führen. Die durch den Betreiber einstellbaren Betriebsparameter können ebenfalls zu Veränderungen der Belastungen einzelner Anlagenkomponenten führen. Beispielsweise ist ein als Vakuumschalter ausgeführter Ofenschalter mechanischen und elektrischen Belastungen ausgesetzt, die durch eine neue Einstellung maximal zulässiger Schaltzyklen pro Zeiteinheit veränderbar sind. Nach jeder Neueinstellung wird mittels eines in der Steuereinheit hinterlegten Algorithmus unter Einbeziehung der physikalischen und chemischen
Einflussfaktoren eine noch verbleibende Lebensdauer des
Ofenschalters berechnet. Konkret werden zum Beispiel mittels der AufZeichnungseinheit die Betätigungen zumindest eines mechanisch und/oder
elektrisch beanspruchten Schaltelements erfasst. Die
Betätigungsanzahl dieses Schaltelementes wird durch das
Einstellen einzelner Parameter beeinflusst. Nach jeder
Neueinstellung dieser Parameter erfolgt eine Neuberechnung der noch verbleibenden Zeit bis zum Ende des aktuellen
Wartungsintervalls des Schaltelements.
Günstigerweise umfasst dann die elektrische Anlage eine
Wartungsanzeige zur Anzeige der Restdauer bis zur nächsten Wartung eines beanspruchten Anlagenbauteils wie
beispielsweise des Ofenschalters. Durch Veränderung einzelner Betriebsparameter mittels Bedieneinheit wird gegenüber bekannten Anlagen ein zusätzlicher Nutzen erzielt. Einerseits kann der Betreiber die aktuelle Betriebsweise der
elektrischen Anlage beeinflussen, also zum Beispiel zwischen Schonbetrieb und maximaler Leistung wählen. Andererseits erhält der Betreiber immer eine aktuelle Information über laufende Wartungsintervalle, die durch Neueinstellungen einzelner Betriebsparameter veränderbar sind. Damit erhöht sich die Flexibilität der elektrischen Anlage und der
Betreiber hat gegenüber bekannten Ausführungen mehr
Handlungsspielraum bezüglich des Betriebs und der Wartung seiner Anlage.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Anlage eines Lichtbogenofens zum Schmelzen von Metallen, umfassend einen Blindleistungskompensator und eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Blindleistungskompensators , wobei zumindest ein Steuerungsparameter innerhalb eines vorgegebenen Steuerungsparameter-Bereichs veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass für den Steuerungsparameter ein eingeschränkter Steuerungsparameter-Teilbereich
vorgegeben ist und die elektrische Anlage eine Bedieneinheit umfasst, mittels welcher der Steuerungsparameter innerhalb des Steuerungsparameter-Teilbereichs einstellbar ist.
2. Elektrische Anlage nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zur Regelung von Elektroden des Lichtbogenofens eingerichtet ist.
3. Elektrische Anlage nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Regelungsparameter innerhalb eines vorgegebenen Regelungsparameter-Bereichs veränderbar ist und mittels Bedieneinheit innerhalb eines eingeschränkten Regelungsparameter-Teilbereichs einstellbar ist .
4. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit zur
Ansteuerung eines Ofenschalters des Lichtbogenofens
eingerichtet ist.
5. Elektrische Anlage nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Schaltparameter
innerhalb eines vorgegebenen Schaltparameter-Bereichs
veränderbar ist und mittels Bedieneinheit innerhalb eines eingeschränkten Schaltparameter-Teilbereichs einstellbar ist.
6. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmöglichkeiten der einzelnen Parameter zumindest zum Teil voneinander abhängig sind.
7. Elektrische Anlage nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Bedieneinheit einen Schieberegler umfasst, mittels dem die voneinander abhängigen Parameter einstellbar sind.
8. Elektrische Anlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Anlage eine
Anzeigeeinheit umfasst, mittels der eingestellte Werte für einzelne Parameter ablesbar sind.
9. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilbereich, in dem der jeweilige Parameter mittels Bedieneinheit einstellbar ist, höchstens 10% des gesamten Parameterbereichs ausmacht.
10. Elektrische Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Anlage eine
Aufzeichnungseinheit umfasst, mittels der mechanische und/oder elektrische Beanspruchungen einzelner
Anlagenkomponenten erfassbar sind.
11. Elektrische Anlage nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, dass die elektrische Anlage eine
Wartungsanzeige umfasst, mittels der Wartungsintervalle von mechanisch und/oder elektrisch beanspruchten
Anlagenkomponenten in Abhängigkeit von mittels Bedienelement vorgenommenen Parametereinstellungen darstellbar sind.
12. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Anlage nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Aufzeichnungseinheit die Belastung
zumindest einer mechanisch und/oder elektrisch beanspruchten Anlagenkomponente erfasst wird, dass die Belastung dieser Anlagenkomponente durch das Einstellen einzelner Parameter beeinflusst wird und dass nach jeder Neueinstellung dieser Parameter eine Neuberechnung der noch verbleibenden Zeit bis zum Ende des aktuellen Wartungsintervalls der
Anlagenkomponente erfolgt.
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