CN103048517A - 用于矿热炉低压补偿的通过电极电流测量装置测量电极电流的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于矿热炉低压补偿的通过电极电流测量装置测量电极电流的方法，所述电极电流测量方法包括：罗氏线圈输出信号为一次电流的微分电压信号
Figure DDA00002419599800011
第一总加积分器对该信号进行矢量总加积分处理得到电容补偿电流
Figure DDA00002419599800012
第二总加积分器对该信号进行矢量总加积分处理得到炉变低压侧电流
Figure DDA00002419599800013
电容补偿电流
Figure DDA00002419599800014
与炉变低压侧电流
Figure DDA00002419599800015
送入第一加法器中进行矢量减法计算得到低压补偿接入点之后短网上的补偿后电流
Figure DDA00002419599800016
补偿后电流送入第二加法器中；将前相补偿后电流
Figure DDA00002419599800018
送入本相第二加法器与本相补偿后电流相减得到本相电极电流
Figure DDA000024195998000110
本发明具有测量精确、测量范围宽、安装方便、结构简单的特点。

Description

用于矿热炉低压补偿的通过电极电流测量装置测量电极电流的方法
技术领域
本发明涉及冶金工业领域的大电流测量，具体地说，涉及一种用于矿热炉低压补偿的通过电极电流测量装置测量电极电流的方法。
背景技术
矿热炉是耗电量巨大的工业电炉，炉变（也称为矿热炉变压器）低压侧电流大都在几万安甚至十几万安，测量困难，目前矿热炉电极电流检测大都采用高压侧电流互感器采样，然后折算电极电流，如图1所示，CTA、CTB、CTC为设置在高压侧的电流互感器，其检测高压侧线电流
Figure BDA00002419599600011
然后再根据炉变的档位变比折算得到电极电流
Figure BDA00002419599600012
由于变压器的铁损和铜损，以及低压短网的阻抗及感抗的影响，这个方法所得低压电流的幅值和相位的精度很低，满足不了精确控制的需要。
其次，也有少量利用炉变自带的低压侧电流互感器来测量，图1中CTa、CTb、CTc为炉变内部的低压侧电流互感器。以上两种方法虽然测量精度不高，但在没低压无功补偿的时候都能较为正确的测量计算出电极电流，但是当设置了低压无功补偿时，通过这种方式便不能正确计算电极电流，这时该炉变低压侧电流是补偿电流和电极相电流的和，且正常运行时补偿电流很大，也很难直接测量。
近年来虽说出现了一些利用罗氏线圈来直接测量矿热炉低压大电流的仪器，但这些也存在上面所述问题，没考虑有低压无功补偿时的情况，不适合有低压补偿时的电极电流测量，现在还没有专门应用于矿热炉低压无功补偿的电极电流测量装置出现。
在矿热炉节能领域，炉变低压侧短网末端进行无功补偿越来越受到重视，在操作工艺方面，根据电极电流来操作电极比传统的根据高压侧电流更能如实反映入炉功率及入炉功率平衡，因此能否对炉变低压侧电流及电极电流精确的进行测量显得尤为重要，其关系到无功补偿的效果，以及电极深度的调节工艺。
目前几乎所有的电极电流参数都采用通过高压侧电流折算的方法，虽然该方法简单方便，但由于变压器的铁损和铜损，以及低压短网的阻抗及感抗的影响，致使折算所得电极电流不能如实反映真实的电极电流状况，在有低压无功补偿时由于补偿电流的参与，这种方法更不能正确得到电极电流，因此此类电流采样方式严重影响了电极操作的合理性。
发明内容
为了解决以上现有的矿热炉低压电流和电极电流测量方式的局限性，在此提出了一种用于矿热炉低压补偿的通过电极电流测量装置测量电极电流的方法，其弥补了以上方法的不足，其具有测量精确、测量范围宽、安装方便、结构简单的特点。
根据本发明的用于矿热炉低压补偿的通过电极电流测量装置测量电极电流的方法，所述电极电流测量装置由结构相同的三相分系统组成，每相分系统包括用于测量炉变低压侧电流和电容补偿电流的罗氏线圈、用于测量电容补偿电流的电容电流检测箱、和用于检测炉变低压侧电流并计算电极电流的复合电流检测箱。所述电极电流测量方法包括：所述罗氏线圈分别缠绕于炉变二次铜管和低压电容补偿柜出线铜管上，所述罗氏线圈输出信号为一次电流的微分电压信号
Figure BDA00002419599600031
所述低压电容补偿柜出线铜管所缠绕罗氏线圈的信号引出线与所述电容电流检测箱的第一总加积分器相连，第一总加积分器对该信号进行矢量总加积分处理得到电容补偿电流
Figure BDA00002419599600032
其中
Figure BDA00002419599600033
所述炉变二次铜管所缠绕的罗氏线圈的信号引出线与所述复合电流检测箱的第二总加积分器相连，第二总加积分器对该信号进行矢量总加积分处理得到炉变低压侧电流
Figure BDA00002419599600034
其中将第一总加积分器和第二总加积分器与第一加法器相连，分别将所计算得到的电容补偿电流
Figure BDA00002419599600036
与炉变低压侧电流
Figure BDA00002419599600037
送入第一加法器中进行矢量减法计算得到低压补偿接入点之后短网上的补偿后电流
Figure BDA00002419599600038
其中第一加法器与第二加法器相连，将补偿后电流
Figure BDA000024195996000310
送入第二加法器中；第二加法器与接入同一电极的前一相的第一加法器相连，将前相补偿后电流送入本相第二加法器与本相补偿后电流
Figure BDA000024195996000312
相减得到本相电极电流
Figure BDA000024195996000313
其中
Figure BDA000024195996000314
优选地，所述信号引出线通过铠装屏蔽管引入接到第一总加积分器。所述信号引出线通过铠装屏蔽管引入接到第二总加积分器。
优选地，所述第一总加积分器安装于无功补偿控制系统附近墙体，以便于上述信号线最短引入。
优选地，所述罗氏线圈的安装方向一致，且安装在铜管直线段，以避免杂散磁场干扰且提高测量精度。
优选地，每相的第一总加积分器和第二总加积分器与本相的第一加法器通过屏蔽线相连。
优选地，每相的补偿后电流
Figure BDA00002419599600041
通过屏蔽导线进行传输，且布置于弱电线槽内。
优选地，第二总加积分器、第一加法器和第二加法器放置在复合电流检测箱，并安装于炉变附近墙体，以便于上述信号线最短引入。
与采用高压侧电流互感器折算的方法相比，该系统为对低压大电流进行直接测量，避免了从高压侧折算时由于变压器铜损和铁损及线路的阻抗和感抗所引起的电流幅值及相位的误差，能实现炉变低压侧大电流的准确测量。
利用罗氏线圈传感器，解决了设置低压无功补偿装置时采用高压侧折算方法和采用炉变自带低压电流互感器时的补偿电流和电极电流测量难题。
该方法结合矿热炉低压补偿使用，可以测量炉变低压侧电流、补偿电容器电流、补偿接入点后电流及电极电流，具有可以检测多项电流参数的功能，性能强大。
另外，该方法引入的罗氏线圈传感器，其具备相位误差小，测量范围宽、不会产生高电压等电性能优点，罗氏线圈可以用来测量尺寸很大或形状不规则的导体电流，非常适合于矿热炉短网铜管，线圈所需的安装空间极小，安装简单方便，无须破坏导体。
该方法所描述的电极电流测量系统具有结构简单，省材料、体积小、造价低等优点。
附图说明
图1为现有矿热炉电流传输系统的结构示意图；
图2为矿热炉电极电流测量矢量图；
图3为本发明的矿热炉电极电流测量方法的原理示意图（一相）；
图4为本发明的单相炉变矿热炉电极电流测量系统的结构示意图。
附图标记说明如下：
炉变二次绕组101、电容补偿柜102、接入点103、电极104、变压器室墙体110、炉变二次绕组401、电容补偿柜402、炉变输出铜管403、补偿铜管404、铜管405、电极406、接入点407、变压器室墙体408、罗氏线圈411、第一总加积分器412、第二总加积分器413、第一加法器414、第二加法器415、屏蔽线416、铠装屏蔽管417。
具体实施方式
为了使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，使用本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
如图1所示，图1为矿热炉电流传输系统结构示意图。其中，图1中虚线圆内部为炉体内部系统，虚线方框内为无功补偿系统，其余为变压器和短网系统。由图2中所示电流参考方向可得该电极电流测量装置所应用的矢量合成方法。
如图1所示，在矿热炉低压无功补偿中，电容补偿柜102接入点103位于炉变低压侧短网末端，通过该接入点向炉体内及后端短网提供无功功率，以A相为例并参考图1中所示电流参考方向可知，补偿接入点后边短网电流为炉变出线低压侧相电流
Figure BDA00002419599600062
和电容器补偿电流
Figure BDA00002419599600063
的矢量差。
根据矿热炉结构和功率的不同，矿热炉变压器（也称为炉变）一般采用三个单相变压器或单个三相变压器进行供电，图1为三个单相炉变结构，110为变压器室墙体。通常炉变二次绕组101通过电极104上的集电环形成三角形接法，根据三角形接法的电流矢量关系，可知电极电流
Figure BDA00002419599600064
为引入电极集电环的相邻两相补偿后电流
Figure BDA00002419599600065
的矢量差。
其它两相计算关系与上述相同，其电流矢量如图2所示，图2为矿热炉电极电流测量矢量图。各电流矢量计算关系如下：
Figure BDA00002419599600067
本发明的方法采用作为电流传感器的罗氏线圈对炉变低压侧及补偿电容器电流进行直接测量，然后通过上述矢量计算得出电极电流的大小。如图3所示，图3为本发明的矿热炉电极电流测量方法的原理示意图（一相）。
首先，所述罗氏线圈分别缠绕于炉变二次铜管和低压电容补偿柜出线铜管上，每根出线铜管缠绕一根罗氏线圈，所述罗氏线圈输出信号为一次电流的微分电压信号
Figure BDA00002419599600071
接着，所述低压电容补偿柜出线铜管所缠绕罗氏线圈的信号引出线与所述电容电流检测箱的第一总加积分器相连，第一总加积分器对该信号进行矢量总加积分处理得到电容补偿电流
Figure BDA00002419599600072
其中
Figure BDA00002419599600073
然后，所述炉变二次铜管所缠绕的罗氏线圈的信号引出线与所述复合电流检测箱的第二总加积分器相连，第二总加积分器对该信号进行矢量总加积分处理得到炉变低压侧电流
Figure BDA00002419599600074
其中
再有，将第一总加积分器和第二总加积分器与第一加法器相连，分别将所计算得到的电容补偿电流
Figure BDA00002419599600076
与炉变低压侧电流送入第一加法器中进行矢量减法计算得到低压补偿接入点之后短网上的补偿后电流
Figure BDA00002419599600078
其中
Figure BDA00002419599600079
紧接着，第一加法器与第二加法器相连，将补偿后电流
Figure BDA000024195996000710
送入第二加法器中。
最后，第二加法器与接入同一电极的前一相的第一加法器相连，将前相补偿后电流送入本相第二加法器与本相补偿后电流
Figure BDA000024195996000713
相减得到本相电极电流其中
Figure BDA000024195996000715
这里，第一加法器和第二加法器进行减法计算，仅只是被减矢量输入信号极性反接而实现；所得的炉变低压侧电流
Figure BDA000024195996000716
电容补偿电流
Figure BDA00002419599600081
和补偿后电流
Figure BDA00002419599600082
送入无功补偿控制系统作为控制和显示的参数，电极电流
Figure BDA00002419599600083
提供给电极自动控制系统作为电极深度调节参数。
如图4所示，图4为本发明的单相炉变矿热炉电极电流测量系统的结构示意图。图4中每台炉变二次绕组401有多组铜管输出，在炉变低压侧之后与电容补偿柜402补偿接入点407之前的每组炉变输出铜管403（也称“炉变二次铜管”）上缠绕一根罗氏线圈411，这些罗氏线圈信号引出线通过铠装屏蔽管417引入接到第二总加积分器413，并通过总加积分计算得到炉变低压侧电流
Figure BDA00002419599600084
图4中电极406将冶炼所用大电流引入矿热炉炉膛内部，与图1中的电极104相同。
电容补偿柜出线有多组铜管输出，在电容补偿柜出线端之后与补偿接入点之前的每组补偿铜管404（也称“低压电容补偿柜出线铜管”）上缠绕一根罗氏线圈，这些罗氏线圈信号引出线通过铠装屏蔽管417引入接到第一总加积分器412，并通过其总加积分计算得到补偿电容电流
Figure BDA00002419599600085
其中第一总加积分器412可以安装于无功补偿控制系统附近墙体便于上述信号线最短引入。
上述所有罗氏线圈安装方向必须一致，且安装在铜管直线段，避免杂散磁场干扰，提高测量精度。
每相的第一总加积分器412和第二总加积分器413与本相的第一加法器414通过屏蔽线416相连，将上述计算所得到的
Figure BDA00002419599600086
和
Figure BDA00002419599600087
送入其中进行矢量减法计算得到本相补偿接入点之后铜管405上的电流
Figure BDA00002419599600088
然后，第一加法器414将其计算所得
Figure BDA00002419599600089
送入第二加法器415，
本相第二加法器415与接入同一电极的相邻相的第一加法器414相连，两相
Figure BDA00002419599600091
相减即得到本相电极电流
Figure BDA00002419599600092
各相补偿后电流
Figure BDA00002419599600093
通过屏蔽导线进行传输，其必须为屏蔽导线，且布置于弱电线槽内。
其中第二总加积分器、第一加法器和第二加法器三个功能模块可以放置在复合电流检测箱，并安装于变压器附近墙体以便于上述信号线最短引入。
综上所述，本电极电流测量方法完全满足矿热炉低压补偿和电极操作对炉变低压侧大电流参数的需要，其结构简单，现场安装、布线及维修不涉及短网系统，施工方便；其应用灵活，可以根据现场短网情况轻易的变换和修改；此系统不局限于矿热炉补偿电流检测，也可应用于电力输配电、化工电解等领域。

Claims (8)

1.一种用于矿热炉低压补偿的通过电极电流测量装置测量电极电流的方法，所述电极电流测量装置由结构相同的三相分系统组成，每相分系统包括用于测量炉变低压侧电流和电容补偿电流的罗氏线圈、用于测量电容补偿电流的电容电流检测箱、和用于检测炉变低压侧电流并计算电极电流的复合电流检测箱；所述电极电流测量方法包括：
所述罗氏线圈分别缠绕于炉变二次铜管和低压电容补偿柜出线铜管上，所述罗氏线圈输出信号为一次电流的微分电压信号
所述低压电容补偿柜出线铜管所缠绕罗氏线圈的信号引出线与所述电容电流检测箱的第一总加积分器相连，第一总加积分器对该信号进行矢量总加积分处理得到电容补偿电流
Figure FDA00002419599500012
其中
Figure FDA00002419599500013
所述炉变二次铜管所缠绕的罗氏线圈的信号引出线与所述复合电流检测箱的第二总加积分器相连，第二总加积分器对该信号进行矢量总加积分处理得到炉变低压侧电流
Figure FDA00002419599500014
其中
Figure FDA00002419599500015
将第一总加积分器和第二总加积分器与第一加法器相连，分别将所计算得到的电容补偿电流
Figure FDA00002419599500016
与炉变低压侧电流
Figure FDA00002419599500017
送入第一加法器中进行矢量减法计算得到低压补偿接入点之后短网上的补偿后电流
Figure FDA00002419599500018
其中
Figure FDA00002419599500019
第一加法器与第二加法器相连，将补偿后电流送入第二加法器中；
第二加法器与接入同一电极的前一相的第一加法器相连，将前相补偿后电流
Figure FDA00002419599500021
送入本相第二加法器与本相补偿后电流
Figure FDA00002419599500022
相减得到本相电极电流
Figure FDA00002419599500023
其中
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号引出线通过铠装屏蔽管引入接到第一总加积分器。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述信号引出线通过铠装屏蔽管引入接到第二总加积分器。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一总加积分器安装于无功补偿控制系统附近墙体，以便于上述信号线最短引入。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述罗氏线圈的安装方向一致，且安装在铜管直线段，以避免杂散磁场干扰且提高测量精度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每相的第一总加积分器和第二总加积分器与本相的第一加法器通过屏蔽线相连。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每相的补偿后电流
Figure FDA00002419599500025
通过屏蔽导线进行传输，且布置于弱电线槽内。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二总加积分器、第一加法器和第二加法器放置在复合电流检测箱，并安装于炉变附近墙体，以便于上述信号线最短引入。
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