电炉电气自动化论文（精选3篇）
电炉电气自动化论文 篇1
目前电炉电气设备在使用的过程中, 人们为了降低其能耗量、提高电炉的生产效率, 就将自动化信息技术应用到其中, 从而对整个电炉电气设备进行相应的控制管理。而且随着科学技术的不断进步, 人们也将许多先进的科学技术应用到电炉电气自动化控制系统当中, 这就使得电炉电气自动化控制系统的功能得到了进一步的优化。
1 电气自动化系统
在当前我国社会经济发展的过程中, 电气自动化系统的应用主要是为了对电气设备进行有效的控制, 从而使其经济效益得到进一步的提升。而且随着时代的不断进步, 人们也将许多新型的计算机网络技术应用到其中, 这样不仅对电气设备起到一定的优化作用, 还使得有利于对电气设备的保护。
然而, 在电炉电气设备使用的过程中, 人们为了使其工作效率和性能得到要提升, 也将自动化系统应用到其中, 通过计算机信息技术来对整个电炉电气设备的所有动作进行指令控制。这样不但可以保障整个设备的稳定运行, 还使得电炉中各种计数仪表的准确性得到进一步的提高, 有效的避免了电气设备在运行的过程中, 出现故障问题影响了整个系统的正常使用。
2 系统特点
人们在使用电炉电气自动化系统是, 为了避免出现操作措施, 进一步的让电炉电气更加的直观, 我们就要通过相应的工艺流程模拟, 来对整个自动化系统运行的工况以及其他的情况进行全面的了解。因此我们在对系统屏面安装时, 就要对其材料的质量进行严格的要求, 除了要保证其自身的坚固性以外, 还要对屏面材料耐久性进行严格的要求。而且, 整个电炉电气中存在着许多的指示灯, 我们在对其进行选择时, 也要对其各方面性能进行严格的要求, 以确保整个系统的正常运行。另外, 在工业的过程中, 人们为了对整个电炉电气自动化系统进行有效的控制, 还要在系统中安设相应的智能仪表和控制仪器, 从而使得整个系统在运行参数进行详细的了解, 以便于人们对电炉电气自动化系统中存在的故障问题, 进行有效的处理。
电炉电气自动化系统在使用时, 也一定要根据电气设备的特殊和相关要求, 来对其控制方式进行选取, 从而对电气设备的功率进行适当的条件, 以确保电炉电气自动化系统的稳定运行。如果电气设备在运行中, 出现了故障问题, 人们就可以及时对电力电气自动化控制系统中存在的故障问题进行处理, 减少电气设备故障给人们带来的损失。而且电炉电气自动化系统的应用, 不仅可以提升电气设备的生产效率, 还能够降低电气设备的能耗量, 使其经济效益和环境效益得到增强。
3 电气综合自动化系统的功能
根据电气控制的特点以及单元机组的运行这两个方面, 应该将厂用电源和电机、厂用电源以及变压器等等电气系统控制都包含ECS监控。其中的基本的功能就是:操作以及隔离开关控制、发变组的出口220V/500KV的断路器。保护控制励磁变压器、保护发变组、保护厂高变。什么是发电机的励磁系统呢?从其含义来解释, 就是包含增磁、减磁和灭磁的操作, 控制方式的切换, 电力系统稳定器PSS的投退。除了高压厂用电源, 还有380V低压厂用电源操作、监视、低压备自投装置的控制。操作和控制高压启/备变压器, 并不止单单使用一台机, 而是可以两机共用的。保安的电源控制、柴油发电机组的操作、LPS系统监视以及直流系统、发变组的保护等安全自动装置, 由于设备的要求成熟性较高, 全部在DCS中实现其功能, 并且从成本控制的角度看也要增加很大的一笔费用支出, 所以它的实现还有一定的不确定性。
4 电气自动化控制系统的安装方式
4.1 运用集中监控方式
这种方式维护运行比较方便, 安全与防护方面的要求不是很高, 系统的设计也很简单。但由于这种方式必须要把系统的每个功能都集中在某一个处理器上去工作, 加大了某单一处理器的工作量, 极可能导致处理器的运转超出负荷, 影响其控制的速度。随之造成的影响就是随着监控操作对象的大量增加, 主机这一块冗余的下降, 长距离的电缆引入干扰会造成系统的可靠性下降。断路器以及隔离刀闸方面的操作锁闭可能因为隔离刀闸的辅助接点时常不到位而采用硬接线, 极容易影响设备的正常操作。综合来看, 这种方式很大程度上增加了维护量, 传动过程中以及查线方面由于接线复杂而造成误操作的可能性。
4.2 运用现场总线控制的方式
现代化技术的迅猛发展, 在变电站综合的自动化系统中, 计算机网络技术得到了普遍的运用, 积累了较为丰富的运行经验, 电气设备也得到了日新月异的发展。科技控制系统的应用为电气发电厂系统的发展提供了更为先进的发展方向。虽然现场总线的监控方式, 对于不同的间隔则可以拥有不同的功能, 可以根据间隔的实际情况, 有针对性地进行设计, 大大提高了其灵活度和实用性。这种监控方法足以与远程监控方式的优势媲美, 同时也降低了隔离设备、端子柜、模拟量变送器等的使用。不仅如此, 智能设备还不受地域和空间的限制, 与监控系统通过通信线来进行连接, 为企业节省了大量的控制电缆, 节约安装维护工作量以及更多的投资, 可以达到降低成本的目的。
5 电气自动化控制系统的未来发展之路
随着IEC61131的颁布, OPC技术的诞生, 以及目前Windows平台的广泛应用, 使得计算机成为未来技术的发展平台。IEC61131已经成为国际公认的标准, 各大控制系统厂商均广泛采纳了这个标准。市场的强烈需求, 有力地推动着自动化技术与IT平台的有机结合, 而且这一过程又被电子商务的普及而加速发展。多媒体技术与Internet/Intranet技术在自动化领域的应用前景十分广阔, 视频处理技术与虚拟现实技术的应用, 将对未来的自动化产品产生直接而且重要的影响。企业的管理层经常使用的企业财务与人事等管理数据可以利用标准的浏览器存取, 也可以通过监控画面, 对生产过程进行实时的监控, 在第一时间掌握最准确的信息。
结束语
总而言之, 随着科学技术的不断发展, 电炉电气自动化控制系统的应用效果也越来越突出, 这不仅有利于我国社会经济的发展, 还给人们的生活和生产带来了极大的便利。不过, 从当前我国电炉电气自动化控制系统发展的实际情况来看, 其中还存在着不足, 为此我们还需要从不断的实践过程中, 来对其进行创新优化, 从而使其工作性能得到进一步的提升。
参考文献
[1]周丹.我国工业电气自动化的发展现状与趋势[J].科技创新导报, 2008 (17) .
[2]史友平.变电站综合自动化中微机保护单元设计[J].现代商贸工业, 2010 (11) .
电炉电气自动化论文 篇2
电炉控制和监测系统主要包括以下几部分:液压系统, 它是电炉的核心控制部分;电炉本体温度的监测、电炉水循环系统流量和温度监测、收尘风管道压力监测;电炉变压器电气、温度和外围辅助设备控制、监测信号。
镍铁电炉主要由以上几部分控制, 下面以朝阳北鑫矿业有限公司的33 000 k VA电炉控制和监测系统为例作简要描述。
1 镍铁电炉液压系统
镍铁电炉液压系统, 即为电极压放和电极升降。它采用三套操作系统进行控制, 即现场控制箱控制、操作台控制和上位机组态画面控制。
1.1 现场控制箱控制
现场操作人员能观察到电极的运行状态, 在现场, 电极的压放能明确压放距离, 而电极的升降一般不在此控制, 因为不能明确炉内的负荷投入状况。
现场控制箱的操作步骤是:将电极现场箱的“集中/机旁”旋钮选择到机旁, 组态画面选择手动, 这样现场箱才能控制电极动作。具体的操作方法与下文叙述的操作台操作方法相同。
1.2 操作台控制
在操作台上通过按钮方式操作, 在室内可以观察到电炉的负荷运行状况, 可以及时调节电炉的工况。
操作台的操作方法是:工作人员先把操作台上的“手动/自动”选择开关选到“手动”, 此时, 操作台按钮就可以控制电极的压放和升降部分。压放操作操作时, 先选择A电极、B电极、C电极三种中的一种, 选择完毕后根据操作台上的按钮操作电极的压放。按钮为点动按钮, 其步骤为:上抱闸松→小油缸上行, 上行停止→上抱闸紧→下抱闸松→小油缸下行, 下行停止→下抱闸紧, 完成一次压放循环。A, B, C电极升降要长按电极才会动作, 松开时电极动作停止。
1.3 上位机组态画面控制
它可以实现液压系统控制的全部功能, 并且显示电炉运行的工况, 能与电炉工况实行连锁控制, 这是非常先进的。以电炉变压器电流或设置动作时间来实现电极的自动控制。以电流为基准控制时, 一般都控制电极的升降;以设置动作时间控制时, 一般都控制电极的压放, 因为液压油在各种温度下的状态是不一样的, 所以, 要根据季节和环境的改变来调整动作时间。
上位机操作时, 进入炉体画面后, 上位机可以控制A电极、B电极、C电极的升降, 也可以选择A, B电极一起升降, A, C电极一起升降, B, C电极一起升降, A, B, C电极同时升降, 可以压放手/自动选择来控制上位机操作电极的手动压放和自动压放。当选择自动压放时, 先设定上抱闸打开时间、小油缸上行时间、下抱闸打开时间和小油缸下行时间, 将时间都输入后, 按自动压放一次按钮, 这时会按照事先设定好的时间进行一次自动压放。
2 电炉本体监测
电炉本体温度的监测位置主要有炉底、炉墙、炉膛和渣铁口。炉底安装K型热电偶, 长度为7 000 mm, 插入7 000 mm共3支, 互成120°角, 安装在距离炉底高800 mm的地方, 且每根电极正下方只对应1支。炉墙安装K型热电偶, 长度为250 mm, 插入250 mm, 共8支, 相隔45°, 安装在距离炉底高2 200 mm的地方。渣铁口安装K型热电偶, 长度为250 mm, 插入250 mm, 共3支, 两个渣口上方各1支, 两个铁口中间1支。炉膛安装K型热电偶, 长度为400 mm, 插入200 mm, 共3支, 互成120°角, 安装在炉顶的位置。在出口烟道顶垂直安装K型耐磨热电偶, 长度为800 mm, 插入800 mm, 共1支。
电炉水循环系统主要由电炉变压器水循环系统 (变压器油冷却水) 、短网水循环系统 (铜瓦、铜管、压力环和水电缆) 、炉体水套水循环系统 (炉顶和炉墙水套) 、渣铁口 (方水套、圆水套) 水循环系统和液压站水循环系统组成。电炉水循环系统用水为软化水。电极铜瓦水循环系统和渣铁口铜水套水循环系统对水流量和温度的要求较高, 在断流情况下, 可能会发生爆炸等事故。在每个支路上安装高精度流量变送器和热电偶, 在上位机上监测实际流量、温度和报警情况, 每个支路要求流量大于3 Nm3/h, 回水温度小于40℃。
为了保证炉膛内有一定的负压, 且不带走多余的热量, 一般在矮烟罩出口处安装负压表, 压力范围为-500~0 Pa, 正常运行时, 压力保持在-200 Pa左右。
3 电炉变压器监测
为了方便用户使用, 操作台一般布置有A, B, C三相一次电压仪表、一次电流仪表、二次电压仪表、多功能万用表、液压站压力仪表、电炉变压器的有载调压开关控制仪和变压器温度信号仪表。电极的高度监测采用磁伸缩位移变送器。
外围辅助设备为实现自动化控制和节能管理, 电炉的循环水泵、热水循环泵、冲渣水泵均采用变频器调节, 主要有三种控制方式, 即现场控制、操作台控制和上位机控制。上位机可以根据管道压力变送器和流量变送器的信号控制泵的运行状况。
仪表与PLC进行通讯, 在上位机显示电炉变压器的一次电流, 一次电压, 二次电压, 瞬时有功, 瞬时无功, 功率因数, 二次折算电流, 累计电量, 管道流量、压力, 其他辅助设备的运行电流、转速和电极行程等电气运行状况, 还能对数据进行存储、记录, 并形成报告。
4 结束语
随着国内镍铁厂建设脚步的加快, 市场竞争日益激烈, 只有应用可靠的控制和监测系统才能保证设备的安全、稳定运行, 才能实现企业利润的最大化, 使企业立于不败之地。
摘要：镍铁电炉的电气控制和监测系统在对电炉的控制上起着举足轻重的作用, 利用可编程控制器 (PLC) 技术, 可实现现场设备控制的精确性和现场信号采集的准确性。根据现场控制方式的不同, 阐述了各种控制方式的优点和缺点。
电炉电气自动化论文 篇3
在高纯硅、电石、铁合金等行业, 矿热炉存在着功率因素低, 耗电量大等问题, 主要原因是:电炉变压器在运行时要吸收大量的无功, 这样就要消耗能量, 变压器是感性负载, 因此要提高功率因数, 就需要容性负荷进行无功补偿, 而电炉变压器又存在无功补偿的困难问题, 这是因为电炉变压器矿热炉作为工业冶炼电炉, 冶炼过程产生的谐波较多, 谐波对电网供电质量影响较大, 对补偿电容危害更大, 容易造成电容器发热或爆胀, 同时造成电炉变压器铁损的增加耗电量增大等问题, 对降低成本, 节约能源十分不利。还有8000KVA电炉变压器二次电压较低, 加之市场标准电容器, 标准的低压三相并联电容器电压电压一般为400V, 根据Qn=2πfnCnU2×10-9 (kvar) , 需要补偿量太大, 不能满足矿热炉电炉变压器二次补偿之技术要求, 普通并联电容器在这里不能使用。治理谐波及电炉变压器搞二次补偿存在一定的困难。
为了解决矿热炉能耗较高的瓶颈, 治理电炉变压器造成的谐波污染。甘肃山丹腾达西铁冶金有限责任公司生产技术部有关工程技术人员经过查阅大量有关资料, 对电炉变压器结构以及电网的谐波分量进行调查研究分析和测算。找出了解决上述问题的可行办法, 就是根据电网谐波分量和电炉变压器的技术参数委托电容器制造厂商生产出专门的抗谐波超低压的电容器产品及专门抗谐波的电抗器。使之应用于矿热炉电炉变压器的二次补偿得以实现。
采用超低压补偿能进一步提高电炉的功率因数和设备的利用率。经过能将功率因数由0.79提高到0.95左右, 增加电炉的入炉功率的同时也降低了线路上的由于无功电流流动造成的有功损耗, 从而达到节能目的。
2 项目工艺技术方案的确定及实施
2.1 方案确定
矿热炉作为工业冶炼电炉, 使用的电炉变压器一直存在着功率因素低, 冶炼过程产生的谐波较多, 对电网供电质量影响较大, 耗电量大等因素。由于8000KVA电炉变压器二次电压较低, 加之市场标准电容器不能满足矿热炉电炉变压器二次补偿之技术要求, 普通并联电容器在这里不能使用。治理谐波及电炉变压器搞二次补偿存在一定的困难。
工程技术人员经过查阅大量有关资料, 对电炉变压器结构以及电网的谐波分量进行调查研究分析和测算。电炉变产生谐波主要是以3次、5次、7次、11次分量为主, 找出了解决上述问题的可行办法:就是根据电网谐波分量和电炉变压器的技术参数委托电容器制造厂商生产出专门的抗谐波超低压的电容器产品及专门抗谐波的电抗器。使之应用于矿热炉电炉变压器的二次补偿得以实现。
在电炉变压器二次侧并联电容器组进行无功功率的补偿, 从理论上讲补偿点越是靠近负荷侧则补偿的效果越佳, 水电缆二次出线的变压器, 采用管对管的补偿方案, 使变压器二次各线圈无功容量分配均衡, 有利于提高功率因数, 增加电能利用率, 提高经济效益。同时降低了谐波污染, 改善了系统电气参数, 提高了电能质量。
2.2 实施过程
(1) 采用PLC可编程控制器, 通过检测电炉的功率因数来投切电容器组, 低压电容器无功补偿的特点实行动态补偿。当电炉的功率因数较低时, 投入电容器组较多;当电炉的功率因数较高时, 投入电容器组较少。
(2) 采用晶闸管复合开关投切电容器组, 为减小投切入时的冲击防止合闸涌流, 同时防止电网会形成较高的谐波成份。
(3) 为了在无功补偿的同时消除变压器二次回路的高次谐波和降低电容器的运行温度, 要在电容器回路串联采用14%电抗率电抗器每台电抗器均经过严酷检测, 绕组分层结构可以使铁芯及绕组得以良好冷却, 保证元件长期在60℃环境下稳定运行。降低分、合闸时的冲击电流如电抗率为14%, 则分、合闸时的冲击电流约为额定电流的3.67倍抑制及吸收3、5次谐波保护电容器长效运行。同时由于加大了电抗率 (国内标准为12%) , 更加适应矿热炉冶炼经常调档的需要。采用自愈式锌、银镀膜的电容器, 自愈率更低于0.5%, 质量更好。内置放电电阻, 三分钟将电容器残留电压放电至30V以下。
安装更注重工艺改进电抗器和补偿柜分开布置, 降低因电抗器发热对补偿柜的影响每个功能室均设置有独立风道, 温度检测, 风机降温、备用等功能。为利于长期运行及防止震动, 所有大电流线路采用镀锡铜排螺栓连接方式, 并且将:
所有金属结构如补偿柜、电抗器柜、控制柜等均做了隔磁处理, 即所有金属结构在必要的地方均采用了隔磁材料。
(4) 对电容器组的过压保护。由于变压器二次回路直流电阻较小, 当电容器组投切时, 会产生较高的反电动势, 为防止电容器的击穿, 在接触器的进口并联压敏电阻。
3 试验情况和数据对比
采用超低压补偿1台8000KVA经过测试同样的用电量, 冶炼时变压器采用同样的用电档位, 二次电压提高8~10V, 电炉自然功率因数由原来的0.79提高到约0.92, 高压电流降低5~6A, 电炉做功能力明显增强。生产硅铁合金冶炼75#硅。改造前后指标对比见表1。
设备提升改造后一台8000KVA电炉年产量:
那么就有增产:6592t-5661.t=931t
4 项目关键技术与创新点
采用超低压电容的自动补偿提高电炉功率因数节能工程的技术创新点有以下几点: (1) 采用市场没有的非标电容超低压电容器, 常规普通自愈式电容器, 一般电压都在400V, 而且全部是三相并联电容器, 而矿热炉电炉变压器二次工作电压一般在95V-135V之间, 加之线路上存在着大量谐波, 电炉工作电极供电形式, 无法采用三相电容器补偿。尽管大家都知道二次补偿、就地补偿可以达到好的节电的效果, 但是, 市场上没有适合矿热炉二次补偿的专门电容器, 本项目是采用:现场检测线路谐波分量, 都存在什么谐波, 根据谐波含量的构成, 在专业电容器厂家订作单相并联超低压电容器, 再根据谐波分类订做专门的电抗器。从而解决了电容器问题。 (2) 根据电炉变压器的线圈特点, 为了使低压补偿的无功容量, 均匀的分布在低压线路中, 最大限度的提高补偿的效率, 进行分段投入电容补偿。特别是针对采用水电缆结构的二次出线的变压器补偿效果非常显著。
5 项目推广应用情况及效益
1台8000KVA电炉低压无功补偿年节电量通过低压无功补偿改造后, 经过测试同样的用电量可以:电炉自然功率因数由原来的0.79提高到约0.95, 硅铁合金冶炼75#硅单耗按8400KWh/t, 电炉综合运行系数取0.95, 运行天数按330d计算, 这样一台8000KVA电炉年产量:
设备提升改造后一台8000KVA电炉年产量:
那么, 电炉年增加产量:6807-5661=1146t
节约用电量=1146×8400kwh/t=9.63×106kwh
经济效益:节约电费:9.63×106KWh×0.42=404.5万元。同时还节约了电力部门对用户无功力率调整的部分费用。
6 结束语
二次补偿技术在实际应用上还存在很多问题, 主要是二次补偿投入运行后, 由于电炉无功消耗少了, 电炉用电能力大大增加, 如果控制不好或不加限制, 有功用电会大大增加, 这样二次补偿的成果将被多用电, 增加的变压器铁损、铜损消耗尽, 反而不利节能。电流成分里面由无功电流和有功电流共同组成, 真正做功的电流是有功电流, 所以电炉安装二次补偿后, 如果使用原来冶炼的供电电流进行冶炼, 就存在严重的超负荷运行了。在冶炼过程中的用电就要加以限制, 如降低电压档位, 增加炉料的比电阻等方法, 扩大极心圆等措施在同样的电压等级下, 一定要把电流控制在减少5%供电, 这样才能使二次补偿运行后, 起到节能降耗的作用。今后应努力应对补偿设备加装控制, 自动选择适应当前炉况。以适应各种冶炼条件。
摘要：矿热炉低电压、大电流的冲击负荷, 功率因数低, 电网的谐波大, 电能浪费大, 实现电炉变压器二次补偿比较困难, 制造低电压大容量的电容器质量难以控制, 需要特制的电抗器, 还要投切电容时的合闸涌流进行限制, 为确保电容器运行时的温度条件, 电抗器不能同电容器安装在一室 (电容器远离热源) , 才能使矿热炉电炉变压器的二次补偿成功应用。
关键词：解决补偿难题,电抗器和电容器,节电增效
参考文献
[1]陆安定.功率因数与无功补偿[M].上海:上海科学普及出版社, 2008.
[2]李本宁.供用电管理中的节能措施[J].冶金动力期刊, 2008 (9) .