CN101413970A

CN101413970A - 埋弧电炉电极电流的测量方法

Info

Publication number: CN101413970A
Application number: CNA2008101831026A
Authority: CN
Inventors: 刘广文
Original assignee: Beris Engineering and Research Corp
Current assignee: Beris Engineering and Research Corp
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: CN101413970B

Abstract

本发明涉及一种埋弧电炉电极电流的测量方法，包括通过将电流互感器与测量电炉变压器调压线圈连接，测量所述电流互感器的二次侧的三相电流，并将所述二次侧的三相电流进行向量叠加以得出电极入炉电流。因此，本发明埋弧电炉电极电流的测量方法可靠、准确度高、造价低、简单易行。

Description

埋弧电炉电极电流的测量方法

技术领域

本发明涉及一种电流的测量方法，尤其是一种埋弧电炉电极电流的测量方法。

背景技术

埋弧电炉被广泛应用于黄磷、电石、铁合金等工业产品的冶炼，目前的电炉的电极电流由早期的几万安培到现在的近十几万安培，同时由于埋弧电炉的二次出线的分布性比较大、炉前短网接线方式的变换和跳相、三相电流不对称、变压器的经常性有载调压而产生频繁的变比变化、冶炼环境等因素，使得埋弧电炉的电极入炉电流测量比较困难。

埋弧电炉所生产产品属于能耗高、化工和冶金等行业必须的工业产品，单台电炉的容量不断加大，电炉变压器容量由早期的4～12.5MVA发展为现在的15～45MVA，电极的电流由早期的3万安培左右增加到现在的10多万安培。

随着电炉容量的增加，电炉变压器也由早期的单台三相电炉变压器发展为三台单相变压器，这样缩短了电炉短网的长度，增加了三相电路的平衡度，从而减小了短网的无功损耗，提高了电炉的功率因数和变压器出力，有利于提高产品的产量。电炉容量的增加使得电炉变压器的二次电流随之增加，二次导电短网的尺寸加大，直接测量电炉短网的电流幅值和相位比较困难。

如图1所示，为现有的电炉电气系统主回路接线方式示意图，如图2所示，为现有的电炉电气系统的布置方式示意图。

埋弧电炉在正常运行时，每相的电极附近的炉料分布情况不一致，电极的烧损情况的有一定的随机性，每相电极的入炉电流不相等，比较稳定的运行期间，三相电极的电流差值在20％左右，在加料阶段或出铁阶段三相电极的电流差值可能增加到50％或者更大，在个别情况下，甚至出现单相电极零电流的情况(又称“死相”)。

由于三台电炉变压器的低压侧采用Δ接线方式，不对称的三相电流仅存在正序电流、负序电流，不存在零序电流。

为了满足电炉的稳定运行，避免电极的频繁上下运动，尽量维持三相电极电流的相对平衡，操作人员或控制系统不断的调节每相电炉变压器的有载调压开关的档位，以维持每相电极电流的稳定。这样随之出现三台单相变压器的变比不一致，由此引起三台电炉变压器的高压侧电流和低压侧(短网侧)比值不是固定值。

由图1可以看出，三台电炉变压器的低压侧正常时采用Δ接线方式；高压侧根据运行方式的需要，在烘炉时，采用Y接线方式，正常运行时采用Δ接线方式。由于高压侧接线方式的变化，使得二者间的电流相位相对关系发生变化。

由于上述的电气特点，使得埋弧电炉电极电流测量比较困难。

准确的测量埋弧电炉的电极入炉电流对于此电炉的电极控制系统、炉况的稳定运行、提高产量、节约能源、减少电网的污染具有重要的意义。

埋弧电炉的电极控制系统通过测量电炉每相电极的入炉电流、每相电压，并考虑炉况，采用液压系统或卷扬系统控制每相电极的在炉料内的插入深度(实际为电弧的长度)，进而控制输入电炉内的功率。准确的测量电极入炉电流是电极控制系统的基本条件，以此为基础可以发展出性能更优、响应速度更快的电极控制系统。

生产实践证明，埋弧电炉在稳定炉况和不稳定的炉况两种情况下生产出单位产品的耗电量相差10％以上，这意味着在同样的时间内、同样的耗电量情况下，炉况稳定的电炉要多生产出10％的产品。直接监视到每相电极的入炉电流，使得操作人员了解每相电极附近熔池的状况，更容易控制电炉的炉况。测量电炉的每相电极入炉电流为这类高能耗的电力用户组织节能降耗生产提供有力的手段。

埋弧电炉的电力用户一般用电容量较大，同时也是大的电力污染源，产生较大的三相不平衡负荷和一定量的谐波电流。在直接监视到这种运行工况后，可以及时的调整电极的位置或变压器档位，使得三相电流尽快趋近于平衡，这对于减少电网的污染具有较好的指导意义。

测量埋弧电炉的电极电流，主要有以下几种可能方法：

在以往的工程中，通常直接测量电炉变压器的高压侧三相电流。这种测量方法比较简单，但不能直接的反映出电炉的电极入炉电流。原因在于电炉的三相电流不对称性、三相变压器的变比不一致、接线方式的变化均影响电炉变压器高低压侧的电流幅值比例关系和相互之间的相位关系。故虽然这种测量方法广泛的使用，但测量的准确度不高，无法反应电炉的每相电极入炉电流，参考意义不大。

由于埋弧电炉的变压器二次短网采用多根导电水冷铜管和水冷电缆的分布式形式，铜管或电缆之间有一定的距离，使得短网的尺寸较大(9MVA的单相变压器短网断面尺寸约为：高x宽＝1300x300mm)，有时出现首末端交叉跳相的问题，在短网上测量电流比较困难。在以往工程的在小型的电炉变压器中，偶尔在测量电炉变压器内的低压侧预设置电流互感器，但随着电炉容量的加大，短网出线尺寸的加大，变压器内部设置电流互感器已经不太可能。

为了减少电炉的大电流回路的长度，减少回路压降和电能消耗，一般电炉短网和电极的结合点(汇流环)位置较低，此处的环境温度较高(一般600℃左右)，而且有明火、烟尘大，不宜于安装检测设备。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种埋弧电炉电极电流的测量方法，利用测量电炉变压器调压线圈的电流，并通过电流的向量叠加得出电极入炉电流，测量方法可靠、准确度高、造价低、简单易行。

为实现上述目的，本发明提供了一种埋弧电炉电极电流的测量方法，包括：通过将电流互感器与测量电炉变压器调压线圈连接，测量所述电流互感器的二次侧的三相电流，并将所述二次侧的三相电流进行向量叠加以得出电极入炉电流。

通过将电流互感器与测量电炉变压器调压线圈连接，测量所述电流互感器的二次侧的三相电流具体包括：

从所述电炉变压器调压线圈中选取测量绕组；将所述电流互感器与所述测量绕组连接；以及确定所述电流互感器的二次侧采用Δ接线方式来测量二次侧的三相电流。所述电炉变压器调压线圈是串联变压器中的有载调压线圈。或者所述电炉变压器调压线圈是自耦变压器中的有载调压线圈。所述电流互感器与所述串联变压器中的有载调压线圈中的主变压器的一次侧绕组连接。或者所述套管式电流互感器与所述自耦变压器中的有载调压线圈中的主变压器的一次侧绕组连接。并且所述电流互感器的测量绕组采用S级。以及所述电流互感器采用套管式电流互感器。

所述二次侧的三相电流进行向量叠加以得出电极入炉电流具体为：所述电流互感器的二次侧采用Δ接线方式，将Δ接线方式的三相电流两两进行向量叠加，得到与所述电极入炉电流的幅值成固定比例、相位相同的线电流值。

因此，本发明埋弧电炉电极电流的测量方法可靠、准确度高、造价低、简单易行。

附图说明

图1为现有的电炉电气系统主回路接线方式示意图；

图2为现有的电炉电气系统的布置方式示意图；

图3A为现有的调压方式的示意图之一；

图3B为现有的调压方式的示意图之二；

图4为本发明电流测量回路二次接线图；

图5为本发明实施例测量回路的接线和表计的选择。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

现有技术的埋弧电炉电极电流的测量方法主要着眼于电炉的主回路，由于电炉的短网电流和电炉变压器的二次电流相连，可以利用电炉变压器的内部结构，来进行埋弧电炉电极电流的测量。

大型电炉变压器按调压方式分主要有两种方式：即串联变压器有载调压方式和自耦变压器有载调压方式，如图3A和图3B所示，为现有的调压方式示意图。

串联变压器有载调压方式的电炉变压器接线形式参见图3A，变压器由主变压器T1和串联变压器T2组成，主变压器T1有三个绕组，其中绕组3为调压绕组，为串联变压器T2的一次侧(绕组4)提供电源；主变和串变二次绕组(绕组2和5)的电压加减后即为炉子的工作电压。

自耦变压器有载调压方式的电炉变压器接线形式参见图3B，变压器由自耦调压变压器T1和主变压器T2组成，自耦调压变压器T1的绕组分为三部分，其中公用绕组分为两部分(绕组1和2)，由绕组1和2与调压绕组(绕组3)相减后作为主变压器的一次侧(绕组4)的工作电源，主变压器的二次侧(绕组5)输出电压即为炉子的工作电压。

这两种变压器均为双器身变压器，其中绕组1、2、3安装在一个铁心上，绕组4、5安装在一个安装在另一个铁心上。

由图3A和图3B的两种接线方式可以看出，电炉变压器的输出电流(短网电流)和变压器二次侧(绕组5)的电流相同，绕组5与绕组4具有单一固定的磁路耦合关系，可以看作一个独立的变压器，绕组5与绕组4这种关系是其他绕组所不具有的，这为短网电流的测量提供了条件。

将两种调压方式的T2变压器单独进行分析，不难得出绕组5与绕组4的电流在幅值上成固定变比关系，不受变压器调压、操作方式的影响。二者的电流相位与一般电力变压器电流相位关系一致，即电流同相位(或相反相位)。

为满足检修和试验的需要，在制造过程中两种调压方式变压器的绕组4首末端均已经通过套管引出至变压器的器身外，并在套管终端上将此绕组的首末端短接。若要测量绕组4的电流，仅需在绕组4的首末端引出套管中的一个加装一组套管式电流互感器(图3A和3B中的CT元件)，方法简单，造价低，不影响变压器结构。从而本发明测量绕组选取的是所述串联变压器中的有载调压线圈中的主变压器的一次侧绕组或者所述自耦变压器中的有载调压线圈中的主变压器的一次侧绕组。如上面图3A和3B的描述，电流互感器与测量绕组连接，且本发明所针对的电炉变压器调压线圈是串联变压器中的有载调压线圈；或者是自耦变压器中的有载调压线圈。

即本发明提供的埋弧电炉电极电流的测量方法的主要思想是通过将一组电流互感器与测量电炉变压器调压线圈连接，测量该组电流互感器的二次侧的三相电流，并将二次侧的三相电流进行向量叠加以得出电极入炉电流。

而通过将电流互感器与测量电炉变压器调压线圈连接，测量所述电流互感器的二次侧的三相电流具体包括：从所述电炉变压器调压线圈中选取测量绕组；将所述电流互感器与所述测量绕组连接；以及确定所述电流互感器的二次侧采用Δ接线方式来测量二次侧的三相电流。

这是由图1可以看出，三台电炉变压器的低压侧(绕组5)通过电炉短网在电极的汇流环处接成Δ接线方式，电极电流是两相电流向量的叠加值。通过本发明测量方法可以测得变压器短网电流的幅值和相位，要得到电极的入炉电流，需将测得三相电流两两进行向量叠加，即电流互感器的二次侧采用Δ接线方式，得到与电极的入炉电流幅值成固定比例、相位相同的线电流值，这个电流值方可用于测量表计和控制系统的输入。

电流互感器的二次侧采用Δ接线方式将形成零序电流的低阻抗通路，由于电炉变压器的低压侧的不对称电流仅存在正序电流、负序电流，不存在零序电流，所以这种接线方式不会影响测量的准确性。从而可以确定本发明电流互感器的二次侧采用Δ接线方式。

三相电流互感器的一次接线图位置参见图1、图3的CT位置，图4为电流测量回路二次接线图。如图4所示，电流互感器的二次侧采用Δ接线方式后，一次电流额定电流按正常的方法选择(一般为负荷额定电流的1.25倍)，若电流互感器的二次侧输出值为5A，则在额定运行时，图4中的相电流Ia＝4A，则在测量元件所测得的线电流Iab应为6.9A。图中还标出其他两相电流Ib和Ic，以及测量元件所测得的线电流Ibc和Ica。正常在市场上购买到的测量元件的额定输入值范围一般为0--1A或0--5A，输入值大于5A的测量表计和变送器采购只能订做，没有标准产品。

为了解决测量表计和变送器问题，可适当的增加互感器的一次侧的额定电流，将一次侧的额定电流由现在的负荷额定电流的1.25倍增加为

(≈2.17)倍，可以保证测量元件输入电流小于其额定输入值(5A)。但这样带来了一个附加的问题，即由于电流互感器的一次电流增加，在额定负荷电流时其一次输出电流仅为其额定电流的40--50％，使得普通电流互感器的输出电流幅值和相位测量误差均加大，超出其测量精度允许的测量误差范围。应将电流互感器的测量绕组应采用S级，S级互感器可以在额定电流20％～120％的范围内满足额定输入时测量精度的要求，在增大电流互感器一次电流后保证了测量精度。

采用上述措施后，测量元件或控制系统可以采用标准的输入值为0--5A的设备，不需要单独订制设备。

下面介绍本发明测量方法的实例，以一台25.5MVA的硅铁电炉为例，电炉采用三台8.5MVA单相电炉变压器，自耦变压器有载调压方式，变压器一次侧额定电压为35kV，二次输出电压为219-177-129V、31级，二次输出电流为38.8-48kA。

电炉的常用电压为177V，短网最大电流为48kA，电极最大入炉电流为83kA左右。

8.5MVA单相电炉变压器的档位和参数参见附表1，由附表1可以看出，自耦调压变压器的二次侧电流和主变压器的二次电流成固定比例关系，其比值不受变压器的调压开关档位影响。

自耦调压变压器的二次侧电压接近于35kV，故选择LR-35型套管式互感器，由上表可以看出自耦调压变压器的二次侧最大电流为304.61A，电流互感器一次额定电流600A，二次输出电流为5A，测量精度为0.5S/10P20级(10P20级线圈短接)。额定电流时互感器的二次输出电流为2.54A，测量元件的输入为4.4A，1.2倍过载时5.27A。测量元件的额定输入电流为0-5A，对应量程为0-94.6kA。

测量回路的接线和表计的选择如图5所示，图中电流变送器(TAa、TAb、TAc)，输入0-5A、输出4-20mA。每相电流表(Aa、Ab、Ac)，输入0-5A、输出0～94.6KA。

附表1 8.5MVA单相电炉变压器的档位和参数表

因此，上述利用本发明测量方法的实验实例也证明了本发明方法可以可靠、准确度高、造价低、简单易行地测量获得埋弧电炉的电极入炉电流。

最后所应说明的是，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，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1、一种埋弧电炉电极电流的测量方法，其特征在于包括：通过将电流互感器与测量电炉变压器调压线圈连接，测量所述电流互感器的二次侧的三相电流，并将所述二次侧的三相电流进行向量叠加以得出电极入炉电流。

2、如权利要求1所述的埋弧电炉电极电流的测量方法，其特征在于所述通过将电流互感器与测量电炉变压器调压线圈连接，测量所述电流互感器的二次侧的三相电流具体包括：

从所述电炉变压器调压线圈中选取测量绕组；将所述电流互感器与所述测量绕组连接；以及确定所述电流互感器的二次侧采用△接线方式来测量二次侧的三相电流。

3、如权利要求2所述的埋弧电炉电极电流的测量方法，其特征在于所述电炉变压器调压线圈是串联变压器中的有载调压线圈。

4、如权利要求2所述的埋弧电炉电极电流的测量方法，其特征在于所述电炉变压器调压线圈是自耦变压器中的有载调压线圈。

5、如权利要求3所述的埋弧电炉电极电流的测量方法，其特征在于所述测量绕组为主变压器的一次侧绕组；所述电流互感器与所述串联变压器中的有载调压线圈中的主变压器的一次侧绕组连接。

6、如权利要求4所述的埋弧电炉电极电流的测量方法，其特征在于所述测量绕组为主变压器的一次侧绕组；所述套管式电流互感器与所述自耦变压器中的有载调压线圈中的主变压器的一次侧绕组连接。

7、如权利要求5所述的埋弧电炉电极电流的测量方法，其特征在于所述二次侧的三相电流进行向量叠加以得出电极入炉电流具体为：

所述电流互感器的二次侧采用△接线方式，将△接线方式的三相电流两两进行向量叠加，得到与所述电极入炉电流的幅值成固定比例、相位相同的线电流值。

8、如权利要求6所述的埋弧电炉电极电流的测量方法，其特征在于所述二次侧的三相电流进行向量叠加以得出电极入炉电流具体为：

9、如权利要求7或8所述的埋弧电炉电极电流的测量方法，其特征在于所述电流互感器的测量绕组采用S级。

10、如权利要9所述的埋弧电炉电极电流的测量方法，其特征在于所述电流互感器采用套管式电流互感器。