电炉变压器的无功补偿

2024-07-01

电炉变压器的无功补偿（共6篇）

电炉变压器的无功补偿篇1

电力系统的无功管理是确保发、供电部门的一种经济运行手段, 为此, 发供电部门对电炉的功率因数有强制性要求, 用户参与无功补偿提高功率因数, 不仅能稳定电网电压, 降低系统损耗, 而且对用户供电质量的提高有着潜在的经济效益。矿热炉属于高耗能用电设备, 电能的消耗占成本的主导, 随着矿热炉装配容量的不断增大, 矿热炉的功率因数相对较低。众多用户积极投入无功补偿装置, 实现无功就地平衡。以下针对某座12.5MV·A矿热炉无功补偿装置采用高压一次补偿装配在运行中发生两次熔断器群爆、绝缘支架击穿烧毁、部分电容器鼓胀严重等故障进行综合分析。

1 故障现象

矿热炉的生产工艺为:放电极→送电→上料→补料→焖烧→出炉。两次故障均发生在出炉时段。第一次故障在无功补偿装置投运不到一个月, 正在出炉时发生。故障现象是突然听到电容器室内有放电声音, 电流指示上下摆动, 随即跳闸报警。经采取措施后现场检查发现C相电容器上熔断器熔爆4根, 绝缘支架放电击穿烧毁, 3台电容器鼓胀严重。初步判断故障是炉台辐射温度较高、环境灰尘较大所致。经检修将绝缘支架瓷瓶、熔断器及鼓胀的电容器更换, 试验合格后恢复无功补偿器投入运行。在恢复投入运行不到16小时正在出炉时, 又发生电容器室内放电声音, 随即跳闸报警, 经现场检查, 故障仍然出在C相, 与上次故障基本相同, 故确定故障原因与炉台辐射温度及环境灰尘无关, 暂时停止投入运行, 进行综合分析。

2 故障原因分析及对策

2.1 补偿依据、容量

矿热炉容量12.5MV·A, 生产铬铁合金产品。正常生产中功率因数为0.80～0.86 (补偿前) , 平均值0.83。而电力部门规定功率因数达到0.90以上, 设计补偿后功率因数为0.94。[1]

根据无功补偿公式:

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式中 P——额定功率 125 00kV·A;

cosφ1——补偿前功率因数 0.83;

cosφ2——补偿后功率因数 0.94;

Q——需补偿电容量, kvar。

即:

undefined

按行业通常做法增加20%算:

Q=3 863.125× (1+20%) =4 635.75 (kvar) ;

实取Q=4 800 (kvar) 。

2.2 配置、型号

根据矿热炉的运行特性, 设置每次送电时, 当额定功率达到50%～60% (6 250～7 500kV·A) 时, 通过自动控制反馈指令投入 50%的电容量 (2 400kvar) , 当额定功率达到 70%以上 (8 750kV·A) 时, 通过自动控制反馈指令投入100%的电容量 (4 800kvar) 。电容器选择 (型号: BT1M11.5—400—1W) , 每两台串联, 再并成一组, 电容器容量为400kvar/台, 共计 12台, 合计补偿容量4 800kvar, 电抗器选择户外空芯电抗 (型号:CKGKL—80/40.5/3—12%) 。见图1。

2.3 工艺分析、对策

根据两次故障均发生在统一时间 (出炉时) 、统一位置 (C相) 、故障的大小基本相同这一特征, 确定故障原因与矿热炉环境灰尘、辐射温度无关, 判断故障原因与生产工艺有直接关系。由于铬铁生产在出炉时, 出炉口的电极 (C相) 必须上台, 保持出炉眼的畅通; A、 B两相下插, 有效保证炉内渣铁的排出。工艺的需求使三相电极做功不平衡。正常出炉时观察比较, A、B两相电流210～250A (超载20%以上) , C相电流180～190A (不到额定电流) 。那么, 12.5MV·A矿热炉一次额定电流206A, 根据三相运行电流推算电炉变压器功率已超过70%以上, 电容量全部投运, 工艺时段补偿量见图2。

上述生产工艺与补偿容量的分析表明, 在出炉时C相电极抬起 (工艺需求) , 电容量全部投入 (4 800kvar) , 使C相电容量过补偿是造成发生上述故障的原因。经过分析研究, 在出炉时采取适当调整降低补偿量的方法, 设置在送电上料时段电炉变压器额定功率达到60%～80% (7 500～10 000kV·A) 时, 通过自动控制反馈指令投入 50%的电容量 (2 400Kvar) , 当在闷烧过程中额定功率达到 90% (11 250kV·A) 以上时, 通过自动控制反馈指令投入100%的电容量 (4 800kvar) 。当在出炉过程中额定功率降至 80% (10 000kV·A) 以下时, 通过自动控制反馈指令投入50%的电容量 (2 400kvar) 。有效防止了C相过补偿故障的发生。

3 结论

根据上述故障的原因分析, 采用适当降低补偿量的方法, 经过一年多的运行 , 不仅达到了电网无功补偿要求, 每年获奖励电价10余万元, 而且设备运行安全平稳。

参考文献

[1]刘保林.电气设备设计应用手册.中国水利电力出版社, 1997.

略论电炉变压器的结构设计篇2

1.1铁心方面的特点。壳式电炉变压器的铁心结构是全斜接缝的框形, 其宽度较为狭窄, 具有很好的散热条件和简单的结构。

1.2绕组方面的特点。壳式电炉变压器的绕组是形状相同于心柱截面的矩形。利用整块铜板制造低压绕组, 具有很好的散热条件, 出头结构是焊接的;高压绕组的结构是饼式的。绕组全部呈现交错式排列。每组内高、低压线段的磁势是相等的, 它们也具有基本相等的辐向尺寸。在理论方面, 把低压线段置于两头, 这么做主要是因为其对铁心有较小的绝缘距离。然而为了保证变压器较小的短路阻抗, 需要配置多个漏磁组方可达到要求, 而在两端放置低压线段会限制漏磁组数, 因此有时在两端放置高压线段。在调节电压时, 为了对称配置线段并平衡磁势, 一般多路并联调压线段, 以保证各漏磁组阻抗能够相等, 同时各路低压线段流经的电流也是相等的。

1.3冷却方式方面的特点。一般情况下, 壳式电炉变压器选择强迫油导向冷却、水冷却, 或者强迫油导向循环、强迫风冷的冷却方式。壳式变压器因为可以方便地在油箱和器身之间设置隔板, 能够强迫变压器油在冷却后流经线饼间, 油流比较均匀、各部分之间的温度差异小, 也具有很好的散热效果, 可降低5摄氏度的最热点温度, 使额外的变压器过载能力得到增加。

1.4因为铁心完全屏蔽了壳式变压器的绕组油箱, 所以它被外力所损伤的概率很小, 能够依据器身的形状, 选择与其形状相吻合的油箱, 从而极大地减少变压器的尺寸与重量。

2 采用壳式变压器所具有的优点

2.1具有较小的机械力和较好的强度。经过理论计算的结果表明, 壳式变压器具有很小的辐向电磁力。虽然轴向电磁力比较大, 但是具有较多的漏磁组时, 可以明显降低轴向电磁力。壳式变压器的绝缘件可以完全包围其绕组, 而它们又被铁心所包围, 铁心与油箱之间利用木撑条予以卡紧, 把整个器身紧固得非常牢靠。通过绝缘件、铁心短路力可以直接传导到油箱, 不像心式结构的绕组具有比较小的支撑面, 因此壳式变压器具有很高的机械强度。

2.2绕组具有很强的耐冲击性能。壳式变压器绕组因为其线饼很少, 而且其辐向的尺寸比较大, 所以也具有较大的线饼间电容, 但是对地电容却不大, 因此壳式变压器在冲击电压的作用下, 起始电压的分布基本为线性, 从而极大地减少了电压梯度。同时, 因为壳式变压器本身具有较大的固有电容, 导致绕组电压在振荡的时候加长了时间, 在绕组抵达幅值之前, 暂态电压就已衰退减少了。因此, 壳式变压器绕组能有效地抵御耐受过电压的冲击。

2.3阻抗低壳式变压器的每一相都能够被分成很多的漏磁组, 而且线饼辐向所拥有的尺寸比较大, 因此可以把阻抗设计为2%-3%, 其也具有很小的机械力与负载的损耗量。因为极大地减少了变压器无功功率, 自然也就增加了电炉功率的因数。

2.4分相调压对于磁路不产生影响。因为分相调压具有不对称的三相磁通, 所以心式变压器的铁心一定要选择五柱的, 然而在其铁心里边, 每一相已有独立的一个磁路, 因此对设计铁心不产生影响。

2.5较短的引线容易阻抗。平衡线端的出线和分接线, 都尽可能地在绕组上部短地引出, 低压绕组出头采用的长度可以是相同的, 以把不平衡的低压引线阻抗彻底消除, 从而使电炉在作业的过程中的功率转移得到减少。

2.6在油箱内部方便实现二次侧D (或Y) 联结。如果心式变压器假在油箱内部实现二次侧D (或Y) 联结, 则必须要注意布置的套管和分布的电流。为了保证阻抗的对称分布, 布置套管时最好要呈三角形, 在变压器外大约1米的地方以并联的方式联结每相套管。这些套管如果在变压器内部以并联的方式进行联结, 那么将会对其电流分布具有严重的影响。而壳式电炉变压器相互并联和独立的低压绕组, 可以有效地解决上述的问题, 把每个低压绕组成D (或Y) 联结, 在并联之后所形成的独立接线组同每组低压绕具有相同的组数, 这些接线组具有近乎于相等的阻抗。

2.7在较低损耗的工程上, 负载损耗中所附加的损耗占有的比例, 可以在某种程度上体现出变压器的技术与经济性能。壳式变压器与相同规格的心式变压器相比, 其具有很小的附加损耗, 其原因主要包括:第一, 壳式变压器的绕组结构多半是多漏磁组数的。壳式变压器中多变灵活的漏磁组数是其呈现出的一个显著特点。当单台变压器的容量加大时, 也会同时增加漏磁组数, 然而并不会增大每个漏磁组的容量, 也不会增大漏磁通密度、变压器轴向短路力和附加损耗比值, 局部过热的现象也不会出现;第二, 壳式变压器的铁心完全包围着矩形绕组的长边, 因此外露绕组漏磁没有很大的扩散空间, 所以能够有效减小附加损耗;第三, 因为铁心包围着绕组, 在一定程度上具有屏蔽功能, 也切实减小了油箱的杂散损耗。如此一来, 最终也就降低了壳式变压器的总损耗。

3 结论

测量电炉变压器二次侧电流的研究篇3

随着国家节能环保政策的实施, 高耗功率企业必须高效率的生产创造更高的利润, 才能适应发展的需要。电石生产作为高耗能产业, 电石生产的关键在于控制好反应温度, 所以控制好电极电流, 达到电石生产的最适温度, 成了首要因素, 而电极电流达到数万A, 精确测量电弧电流有一定的难度, 经过考察, 目前有几种测量电极电流的方法。

1) 变压器改为串联变压器或自耦调压变压器, 根据其三次电压和低压侧呈线性变化的特点, 在串联变压器或自耦调压变压器的三次侧接电流互感器, 此种方法测量误差小, 但制造成本较高。

2) 根据短网电流和电极电流的关系, 选取短网中并联导体中的一根进行测量, 解决了电流大不易测量的问题, 但是测量误差较大, 而大于8 000/5的电流互感器造价较高, 所以此种方法具有较强的局限性。

3) 采用Rogowski线圈 (简称罗氏线圈) 直接测量二次侧电流, 罗氏线圈作为电子式电流互感器的一种, 具有测量范围宽、测量精度高、无磁饱和、频带范围宽、体积小、易于数字量输出等一系列优点, 但是测量装置的成本高。

4) 利用电流变换器通过一次侧间接测量电极电流值, 二次侧电流和电流互感器的电流成等比关系可使直调变压器的电极电流的测量简单化, 从而推广使用直调变压器。

针对上述电极电流测量方法存在的不足, 在分析了变压器和电流变换器运行机理的基础上, 提出了更加精确的计算方法, 通过理论推导验证了此方法的可行性。

1 电炉变压器的特点和工作原理

1.1 部分符号及含义

V1, V2分别为电炉变压器一次侧和二次侧端电压;

I1, I2分别为电炉变压器一次侧和二次侧线电流;

I0为电炉变压器空载电流;

I2'为电炉变压器一次侧总电流的负载分量;

IA, IB, IC分别为电炉变压器一次侧相电流;

Ia, Ib, Ic分别为电炉变压器二次侧线电流;

I0A, I0B, I0C分别为电炉变压器三相空载电流;

R1, R2分别为电炉变压器一次侧和二次侧电阻;

X1, X2分别为电炉变压器一次侧和二次侧电抗;

Z1, Z2分别为电炉变压器一次侧和二次侧阻抗;

f1, f2分别为电炉变压器一次侧和二次侧功率因数角;

φA, φB, φC分别为电炉变压器一次侧三相功率因数角。

1.2 特点

电炉变压器是专门用于电炉运行及生产的降压变压器。电炉变压器一般具有20%~30%的过载容量, 保证电炉安全稳定的运行, 而且具有很高的机械强度。其二次侧 (低压侧) 配有电压调节装置, 不同档位对应不同的功率以满足不同熔炼阶段。电炉变压器将电网中的高压小流量电转化为适合电炉生产的低压大电流电, 通过短网、三相电极将变压器二次侧低压大电流电输送到电石炉, 电流流过炉料产生电弧热和电阻热, 炉料凭借此热量在1 800℃~2 200℃的高温下发生反应。

1.3 工作原理

变压器空载运行时空载电流I0产生的励磁磁势建立主磁通φ, 励磁电流I0包括两个分量:单独产生磁通的磁化电流I0w和对应于铁芯损耗的有功电流I0 y, 将主磁通感应的电势-E1沿I0方向分解为分量I0Rm和I0Xm的相量之和, 以便得出空载时的等效电路, 相量图如图1所示。

变压器负载运行时, 二次侧电流是由二次侧电势和二次侧电路的总阻抗比值决定的。由二次负载电流引起的磁势作用在铁芯上, 产生一定的负载磁通, 力图改变铁心中的主磁通, 其相位与二次电流相同。但是, 实际变压器中的一次侧漏阻抗很小, 其电压降远小于E1, 因此U1的数值由电网电压决定, 保持不变。相量图如图2所示, 一次侧电路的总电流等于一次侧负载电流与空载电流的向量和, 根据磁势平衡原理, 得出:

2 测量二次侧电流的改进

2.1 电流变换器的原理与结构

直调式炉变各级电流比不为常数, 所以要在炉变一次侧的电流互感器与测量仪表中间加一个可调电流比的变换器—电流变换器, 使各级二次电压的电极电流和电流变换器输出电流之间的比值为一固定数值。

电流交换器包括连续式触点盘和可调式电流互感器CT2, 为防止出现问题, 在可调式电流互感器次级加入一个1∶1的隔离互感器CT3 (图3) ,

式中:K为电流互感器CT1变比;

Kn为变压器第n分接头对应变比;

Kcn为电流互感器CT2第n分接头对应变比;

I1n, I2n为变压器第n分接头对应一、二次侧电流;

Ic n, Ic2n为电流互感器CT2第n分接头对应一、二次侧电流。

从电炉变压器的一次侧每一相通过电流互感器引出线连接到有载分接开关操动机构的连续式触点盘中, 连续式触点盘是保证有载分接开关的选择切换同时电流互感器不开路的一个关键设备。将连续式触点盘与可调式电流互感器相连接, 保证变压器的可调式电流互感器档位调节同步, 变压器档位与电流互感器的档位相同。

2.2 二次侧电流的测量原理

2.2.1 电弧电流建模

本文讨论电炉变压器的Y/△接法, 绕组连接方式为Y/△-11.在电石炉中的电极电流即电炉变压器的二次侧电流。变压器绕组接线图如图4所示。

由图可知, 二次侧线电流可用一次侧相电流表示:

以上均为向量, 并且Ia+Ib+Ic=0, IA+IB+IC=0, 二次侧电流可由式 (1) —式 (3) 中一次侧相电流和空载电流的关系得出, 在实际应用中, 进行向量计算常常用各量的瞬时值取代。

在实际生产电石控制系统中, 根据电弧电流的有效值计算公式, 并利用现场已有的检测数据 (检测到的是电流的有效值) 进行计算。由图1得出, 空载电流I0分解为主磁通方向和一次感应电势-E1方向两个分量;一次侧电流I1沿主磁通方向分解为I1sinf 1, 以沿一次感应电势-E1方向分解为I1cosf 1.在实际中, 一次侧电势平衡方程式·U1=-·E1+·I1R1+j·I1X1σ, 存在一个较小的幅值差和相位角, 近似认为两者相等, 于是得f1是1和1相位角。设图2为电炉变压器A相的向量图, B相和C相依次与A相差-120°和-240°, 可得到三相电弧电流的有效值计算公式 (4) —式 (6) :

其中:

2.2.2 电弧电流估算

在正常生产电石过程中, 电炉变压器一次侧电流通常在数百安培, 空载电流通常在10 A以下.当忽略空载电流时, 即:I0A=I0B=I0C, 式 (4) —式 (6) 就可得到有效的简化:

此时计算电弧电流所需要的辅助变量为一次侧三个相电流的有效值IA, IB, IC及一次侧三个功率因数角φA, φB, φC, 由于变压器一次侧为星形连接, 因此IA+IB+IC=0, IA, IB, IC三个电流向量构成一个三角形, 如图5所示, 当已知IA, IB, IC有效值时, 可以根据余弦定理计算出三角形的三个内角θA, θB, θC的值:

因一次侧电压保持不变, 由图5可知:

同理:

2.3 改进方法

用电流交换器的原理与二次侧电流的推导过程相结合, 得到测量二次侧电流的新的方法, 具有直观的线性结构。

由电流互感器的结构得:

由电弧电流有效值简化计算得:

联立式 (10) -式 (13) 得出:

令KKcnKn=k (k为常数)

即I2na=k IAn, I2nb=k IBn, I2nc=k ICn, 在不同的电炉变压器档位电极电流随着测量的一次侧数据线性变化。

3 结论

通过以上论述说明, 电炉电极电流和电流变换器的电流成线性关系, 使变压器的电极电流测量更加简单化, 精确化, 从而使得直调变压器得到了更广泛的应用。

利用电流变换器和变压器工作原理的理性分析, 推导出来的测量电极电流的方法, 既简化了变压器的结构又降低了成本, 更提高了测量准确度, 为电石的高品质生产提供了必要条件。

参考文献

[1]Greene J D, Gross CA.Nonlinear modeling of transformer[J].IEEETrans.Ind.App1., 1998, 24 (3) :434.

[2]符扬, 蓝之达, 陈珩.计及铁心磁化动态特性的三相变压器励磁涌流的仿真研究[J].变压器, 1997, 34 (9) :4-11.

[3]周小沪, 李晓庆, 纪志成.基于MATLAB三相变压器的仿真建模及特性分析[J].变压器, 2004, 41 (7) :20-22.

[4]毛志忠, 尚海洋, 马建军.一种测量电弧炉电流的新方法[J].东北大学学报, 2008, 29 (10) :1399-1401.

[5]肖利忠, 张茂鲁.一种测量电炉变压器二次侧电流的方法[J].变压器, 2003, 40 (1) :24-25.

[6]丁宇.电流变换器装置在电炉变压器上的应用[J].电气制造, 2012 (6) :66.

[7]张懋鲁.电弧炉电极电流的一种测量方法[J].工业加热, 2006, 35 (6) , 44-45.

[8]张懋鲁.电炉变压器的现状与展望[J].变压器, 2011, 48 (8) :14-17.

电炉变压器的无功补偿篇4

1 当前铁合金电炉变压器系数变化分析

铁合金电炉是应用广泛的一种电气设备, 在运行过程中必须对变压器系数进行合理有效的控制, 如果出现异常情况, 及时对变化系数进行调整, 避免出现系数变化差距大的情况。

1.1 影响系数变化因素

铁合金电炉本身具有大电流和低电压的特点, 在具体发展过程中容易受到物理因素和化学因素的影响, 在实际运行过程中, 二次波动比较大。其次电路系统本身容量比较小, 在运行过程中对电流量有一定的要求, 在初次运行过程中电流达到几十万安培, 二次运行过程中电压变化幅度比较小, 在100-300伏之间。电流传输的过程比较复杂, 其应用系统比较稳定, 包括电炉变压器—补偿器—铜管—母线等, 基于炉内冶炼程序的差异性, 必须根据实际应用强度和变化方向确定合理的配置形式[1]。

1.2 电炉变压器系数设计

基于电炉变压器系统的特殊性, 在设计过程中必须按照固定的应用方向, 对应用系数进行确定, 新建炉的生产指标和传统炉存在一定的差距, 以下将对生产指标的差异进行分析, 具体如表1:

电炉变压器的应用形式在常规电压的情况下, 变化不明显, 在设计过程中要根据电压设计形式及相关要求, 确定电炉变压器短路的原因。根据电炉变压器电流推导计算程序的规定, 如果主线变化不明显, 要根据支路变化形式确定结构类型。通常采用的是并联结构类型, 根据短网趋势和应用特点, 降低电抗力。铁合金电炉设计形式多样, 其中短网导电面积变化比较大, 取值范围比较低, 说明对短网建设必须根据支路设计电流的大小确定。由于相邻的导体存在相互补偿的关系, 在不降低损耗的情况下, 可以根据短网设计模式的差异性对其进行合理的确定。此外铁合金电炉功率的高低和电炉变压器和短网设计有一定的差异性, 在设计过程中要根据工艺制作形式, 不断提升功率的整体系数。部分功率变化比较明显, 为了降低损耗, 要根据功率系数的变化差异性, 对功率进行适当的调整[2]。

2 无功补偿装置分析

基于铁合金电炉设计形式的差异性, 在具体发展过程中必须按照实际变化的差异性, 确定无功补偿装置的设计模式。以下将对无功补偿装置进行分析。

2.1 合理选择配置

根据电炉设计的差异性, 在具体设计过程中要掌握设计特性, 基于变化强化和差异性, 采用高压固定的形式进行设置。补偿装置的经济指标存在一定的差异, 具体变化如表2:

2.2 静止无功补偿器

静止无功补偿器是当前应用比较广泛的一种技术系统, 其应用类别比较多, 包括饱和电抗器型 (SR型SVC) 、晶闸管投切电容器型 (TSC型SVC) 、固定电容 - 晶闸管控制电抗器型 (FC-TCR型SVC) 等, 基于应用类型的差异性, 必须以调节器为应用标准, 按照固定的形式达到稳住电压的目的。控制电压器是通过控制绕组的形式进行设定的, 为了改变绕组的电感值, 必须以稳定电压为基础, 通过改变现有改革措施, 促进SR快速发展, SR应用系统本身具有变化差异大、承载力大的特点, 在控制过程中能起到比较明显的作用。

2.3 电压源逆变器型静止同步补偿器

静止无功补偿器和常规性控制方法存在一定的差异, 基于电流波形畸变的发展形势, 在具体发展过程中必须根据电压系统的降低形势, 对无功率进行控制。不同的控制系统本身存在一定的差异性, 由于GTO是应用比较广泛的一种变压器, 在设计过程中多是由多个控制系统组成的, 需要结合电流电压的变化形式, 掌握频率和相位变化, 按照控制体系的要求对其进行分析。连接变压器能起到固定电压系统的作用, 进而使STATCOM装置可以并联到电力系统中。基于连接变压器具体形式的变化, 为了防止出现故障或者其他情况, 需要在第一时间对其进行调整, STATCOM是一种可连续、快速、双向调节的无功电源行, 应用范围比较广泛, 在基础设计阶段必须利用电网设计形式的差异性, 以抑制电网电压为研究点, 对电网应用体系进行详细的分析, 并确定合理的抑制电网措施。

3 结束语

基于铁合金电炉设计的差异性, 在具体应用阶段必须按照固定的应用模式对其进行分析, 如果出现变化异常的情况, 需要根据设计程序的限制, 结合应用形式的差异性, 进而实现优化设计。无功补偿配置系统对电炉应用有一定的积极影响, 在整体设计过程中要根据系数的变化, 以提升工作效率为目标, 不断强化配置形式, 进而起到强化配置体系的作用。所有无功补偿装置都是采用无功功率进行控制的, 基于现有应用系统的差异性, 必须以提升应用效果为出发点, 完善后续装置的设置。

摘要：随着社会经济的不断发展, 电力系统的建设强度逐渐增加, 基于电力系统在生产过程中的重要地位, 在发展过程中必须结合实际发展需求, 探究切实可行的设计形式。此外铁合金行业在近些年来取得了比较突出的发展成就, 在具体应用阶段必须根据变化形式的要求, 对铁合金电炉设计进行优化分析, 并掌握无功补偿配置形式。本文将以铁合金电炉应用系统的设计模式为研究点, 结合发展需求, 探究无功补偿配置的设计内容。

关键词：铁合金电炉设计,无功补偿,配置系统

参考文献

[1]徐铭.铁合金电炉供电品质分析及节能预测控制方法研究[D].长春工业大学, 2012, 09 (23) :90-92.

电炉变压器的无功补偿篇5

为解决矿热炉上述一系列问题, 可采用电容补偿的途径, 一般采用以下几种方式来解决:

1 高压并联电容补偿

该装置将补偿电容器并接于电炉变压器的高压端。优点是在补偿感性无功功率的同时还具有消除谐波的功能, 能够解决因功率因数低而被加收电费力率调整费的问题。但对电炉本身的运行参数没有大的影响, 如电炉本身的功率因数、入炉功率、产量等经济技术指标基本没有发生变化。

补偿装置通常安装在变电所进行补偿, 作用于所有并联设备。根据负荷变化可实现1～5级分段补偿。这种装置运行可靠, 故障率低, 维护容易, 技术简单成熟.因其只能解决功率因数问题, 对其他运行指标帮助不大, 故投入回报较低。

2 中压并联电容补偿

该装置将补偿电容并接于电炉变压器的中压侧。就地安装在电炉变压器附近, 一般电炉变压器的中压电压选择6KV、10KV或35KV等电压等级以便于中压并联电容补偿。同高压电容补偿一样, 优点是在补偿感性无功功率的同时还具有消除谐波的功能, 能够解决因功率因数低而被加收电费力率调整费的问题。在入炉功率相同的情况下, 并联电容补偿装置投运后, 电炉变压器高、中压线圈电流减少, 低压电流不变, 因而变压器的负载损耗降低。但因变压器的负载损耗低压线圈占很大比例, 因而此时的变压器总负载损耗下降幅度不是很大, 因补偿前后低压线圈电流没有改变, 因而入炉功率变化不大, 产量也随之变化不大。因高压电流减少, 低压电压略有上升但幅值不大。

综上所述, 中压并联电容补偿与高压端并联补偿有很多相似之处, 各种经济技术指标区别不大。二者主要区别是补偿前后的高压和中压电流发生变化, 但因电炉的主要电感来自于低压线圈和短网, 因而高、中压因线圈电流减少, 对整体无功功率减少幅度非常有限。

中压并联电容补偿和高压并联电容补偿投运后的另一个副作用是过补时系统电压升高, 这个副作用有时起到积极作用, 有时起到不好的作用。当供电电压低于供电系统额定电压时, 能够弥补供电电压低的问题, 有利于设备工作。但当供电电压高于系统额定电压时, 就有可能使系统电压异常升高, 威胁其它用户设备的使用安全。

3 低压并联电容补偿

该装置将补偿电容器并接于矿热炉低压短网上, 就地安装在电炉变压器附近。电容器的投切用接触器控制。低压侧无功电流经并联电容器无功交换后, 绝大部分不再流经变压器, 变压器的运行功率因数提高, 在电炉相同的产量下流经电炉变压器的一次电流、二次电流显著降低, 变压器温度下降明显。在变压器运行容量不变的情况下, 入炉功率大大增加, 入炉电压也同步上升明显, 功率因数明显上升, 大大增加了变压器的使用效率, 电炉变压器的出力显著改善, 电炉增产作用明显。同时也解决了因功率因数低而被加收电费力率调正费的问题, 投入回报相对较高。

另一方面, 低压并联电容补偿装置具有相当的技术、工程复杂性。电炉在各种负荷条件下补偿电容的投切控制需一整套动态自动控制系统来实现。因而这种补偿装置一般较复杂, 投切控制组件多, 易损件较多, 维修量大, 给维护带来困难。

另外, 若补偿电容器的额定电压与实际工作电压不符, 也对实际补偿容量产生较大影响, 造成补偿后功率因数提高不明显。

式中:U-电容器实际工作电压;Uce-电容器额定电压

如我公司一台电压等级为66KV容量为30000KVA硅锰电炉, 低压并联补偿电容器总容量20160千乏, 电容器额定电压250V, 变压器二次运行电压为213V, 则补偿电容器在全部投运时实际的补偿总容量为:

4 中压纵向补偿

此种补偿方式是将电容器串接于电炉变压器中压绕组上, 流经电容器的电流和负荷电流在相位上相同。当负荷电流为0时, 电容补偿容量为0;当负荷电流增大时, 电容补偿容量亦随之增大。因而本装置具有自动调节补偿电容容量的功能, 省去了繁杂的补偿电容调节控制系统, 因而从根本上彻底解决了矿热炉电容补偿过补偿或欠补偿的问题, 从而大大提高了系统的可靠性及稳定性, 补偿后的功率因数高且稳定, 在变压器运行容量不变的情况下, 入炉功率大大增加, 入炉电压也同步上升明显, 大大增加了变压器的使用效率, 电炉变压器的出力显著改善, 电炉增产作用明显。同时也解决了因功率因数低而被加收电费力率调正费的问题, 投入回报相对较高。采用中压纵向补偿归纳有如下优点:

补偿电容串接在变压器的中压绕组上, 补偿容量随负荷自动无级调整, 从根本上解决了过补偿或欠补偿的问题, 运行稳定可靠。补偿电容无调节元件, 设备使用寿命大大延长。补偿装置采用自然冷却。降低能耗。设备安装容易, 维护简单, 元器件故障率极低。使用寿命在20年以上。采用计算机控制及监测, 操作简单易懂。大幅度提高入炉电压和入炉功率, 提高产量。大幅提高矿热炉运行功率因数, 一般运行功率因数在0.92-0.94左右, 运行稳定。工艺控制性能好, 电炉运行参数平稳, 能直接显示电极电流, 有利于工艺控制。

电炉变压器的无功补偿篇6

本次改造设计严格遵循国家相关高压配电柜设计、制造、安装规范和标准执行。需在确保改造后投入运行设备的安全性、可靠性、易操作等前提下,另应本着节省投资,充分对现有运行状况良好的配套设备做到合理利旧使用。

1 项目实施原因分析

项目为某联合钢厂拟对现有电炉厂100 t电炉变压器的33 kV高压配电柜进行升级改造。

1.1 项目实施原因

电炉厂电炉变压器于1994年投入生产。目前高压配电柜为某知名公司配套提供,由于电炉变压器的生产特性,该电炉变压器33 kV高压配电柜需人工频繁操作,且投运年限也较长,实际运行记录显示高压配电柜的各功能存在安全隐患,考虑到操作人员及生产的安全性,需更换现有高压配电柜。

1.2 注意事项

(1)33 kV高压配电柜需在原有基础进行改造,减少土建作业时间,进而缩短停产时间。

(2)改造设计需对现有能利旧的设备尽量利用,如:由业主提供数据得知进线电缆使用过程中一直处于良好状态,可以考虑利旧;控制室内微机后台信号要求利旧,新设计33 kV高压配电柜二次原理设计需根据现有信号采集要求设计。

2 设计方案

2.1 负荷计算

根据业主提供的电炉厂现有变压器资料:

100 t电炉变压器容量:Sr=60 MVA,Ieb=1 000 A,一次电压为:33 kV。

根据《工业与民用配电设计手册》(第三版)中电炉负荷计算介绍:电炉在规定熔化期最大负荷相当于变压器额定容量1.2倍,熔化期功率因数按cosφ=0.85考虑。用冶炼周期曲线法计算电炉最大负荷Pjs,Qjs,Sjs:

2.2 电炉变33 kV主接线图

2台断路器串联的电炉变33 kV主接线如图1所示。

2.3 电炉变33 kV高压配电柜供电系统

2.3.1 33 kV高压配电柜组成

根据业主对该电炉变压器长期使用经验及操作要求,新设计33 kV配电柜由4面柜子组成,分别为:进线柜(HA1)、母联PT柜(HA2)、操作柜(HA3)、隔离出线柜(HA4)。设计采用2台断路器(1QF,2QF)串联的主接线形式,1QF,2QF功能分工明确。

2.3.2 高压配电柜功能

进线柜主要当系统发生较大故障短路电流时,1QF处装设瞬时过电流保护,通过继电保护装置作用于跳闸。1QF选择分段能力高的SF6断路器。

母联PT柜将33 kV高压配电柜组母线电压互感器(PT)及电流互感器(CT)合一。且为便于保护信号采集入现有微机后台,设计遵循原系统的保护配置原则,采用一组CT与一套继电保护装置配合监控整套系统运行。

操作柜应满足电炉变冶炼过程工作短路动作频繁特性,同时要求2QF选择适于频繁操作的真空断路器。2QF处装设带时限过负荷保护,通过继电保护装置作用于跳闸。隔离出线柜需方便操作人员对隔离开关便捷操作,本次设计采用电动隔离开关。

2.3.3 主要元器件连锁要求及防止误操作措施

本次设计电炉变33 kV高压配电柜组控制时,通过二次原理设计与继电保护装置配合,保证操作安全性,另需注意以下几点连锁要求:

(1)HA1柜内断路器1QF手车与HA2柜内接地刀1QL连锁。当1QF手车摇出后,1QL接地刀才允许合闸;同样,1QL接地刀分闸后,1QF手车才允许遥至合闸位置。

(2)HA3柜内断路器2QF手车与HA4柜内隔离开关QS连锁。当2QF分闸后,才允许隔离开关QS分闸;同样,必须隔离开关QS合闸后,2QF才允许合闸。

(3)HA4柜内隔离开关QS与接地刀2QL连锁。当隔离开关QS分闸后,才允许接地刀2QL合闸;当接地刀2QL分闸后,才允许隔离开关QS合闸。

上述前两点为屏间连锁,第三点为柜内连锁。本设计重点在解决屏间连锁防止误操作采取做如下措施:

(1)1QF与1QL的连锁措施。设计通过继电保护在二次原理中采用了两重保护:一重保护是通过在1QL的闭锁指示中串接一个1QF处于试验位置的触点,确保只有当1QF处于试验位置并带电指示不带电的情况下,才能开启1QL的柜后面板,进而操作1QL。避免了1QF处于工作位、合闸位、分闸位对1QL的误操作。二重保护是通过将1QL的分闸状态的常闭触点串接至1QL的小车闭锁回路中。只有当1QL处于分闸状态时,才允许1QF摇至闭锁状态,进而操作1QF合闸。

(2)2QF与QS的连锁措施。QS的合闸指示触点串接至2QF的合闸闭锁回路,确保只有当QS处于合闸状态,才能操作2QF合闸。同时,2QF的分闸指示触点(常闭触点)串接至QS的合闸回路,保证了只有当2QF处于分闸状态时,才允许操作QS。并且串接在QS合闸回路的2QF分闸状态(常闭触点)触点,正常工作时,常闭触点变为常开触点,使QS无法操作,避免QS带负荷误操作的可能性。

(3) QS与2QL的连锁措施。HA4柜内的QS和2QL是选用两者一体型产品,两者间是通过机械连锁,保证操作安全型。

3 电炉变继电保护

通过电炉炼钢工艺生产过程得知,一般情况下,电炉负荷变化形态对应的工艺过程可分为:熔化期、氧化期和还原期。其中熔化期电极与炉料或电极周围的炉料塌落容易造成电极两相或三相短路。这种工作短路是不可避免的,属正常现象。所以电炉变压器生产必须适应这一特性,但又必须采取措施。可通过继电保护参数设定,使工作短路电流的倍数和持续时间不超过规定值。

根据冶炼工艺的要求和电炉电气设备规定,工作短路电流要小于3～3.5倍电炉变压器额定电流,持续时间不大于6 s,短路速断电流小于4～6倍电炉变压器额定电流,持续时间0s。因此,一般采用反时限的GL型电流继电器。根据钢铁企业电力设计手册规定,电炉变压器应装设下列继电保护。

3.1 瞬时过电流保护

瞬时过电流保护主要保护变压器内部及其一次线路多相短路,保护装设于电炉变压器一次侧,动作于1QF。

采用具有反时限特性兼有定时限特性的GL型两相继电器或三相继电器。利用定时限特性使电炉变Y/△接线时灵敏度满足要求。

3.2 带时限过负荷保护

带时限过负荷保护主要保护由于电炉配料时或炉料严重塌落时的电极工作短路,一般装设于电极自动调节器成套装置的控制屏上,动作于2QF。

一般采用反时限GL型电流继电器,因电极工作短路可能出现两相或三相短路,应采用三相三继电器接线方式。整定值一般整定为电炉变额定电流的3～3.5倍,规定时限不大于6 s,保护整定电流和时间还应根据实际生产情况和电炉变量等因素调整。

3.3 电炉变瓦斯保护

当故障产生大量瓦斯时,一般动作于操作断路器(2QF)跳闸;当产生轻微瓦斯或油面降低时,瞬时作用于后台信号报警。

3.4 电炉变油温保护

油温保护可防止变压器温升过高和冷却系统故障,作用于跳闸或报警。超高温跳闸,动作于操作断路器(2QF)跳闸,高温报警,作用于后台报警信号装置。

4 电炉变的保护整定计算