CN112858820A

CN112858820A - 三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统

Info

Publication number: CN112858820A
Application number: CN202110066937.9A
Authority: CN
Inventors: 陶文戈; 杨荣; 李亚杰; 沈健
Original assignee: Suzhou Surong Electric Co ltd
Current assignee: Suzhou Surong Electric Co ltd
Priority date: 2021-01-19
Filing date: 2021-01-19
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2041-01-19
Also published as: CN112858820B

Abstract

本发明是三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，该监测系统包括以下监测步骤：步骤1）对矿热炉低压侧各个导电截面的全部并联导体电流进行监测得到矢量电流信号；步骤2）将矢量电流信号和导体设计/实测参数输入至控制处理器中；步骤3）控制处理器根据接收到的信号参数通过相应的矢量相关性和空间时序算法，并经过导体材料和结构专家系统检验，判断导体事故及预警、得到寿命趋势和检维护提示周期。本发明能够准确预警导体事故，提示导体维护，准确记录全部并联导体工作和事故过程，大幅度降低导体事故所致的被迫停炉损失，并且应用范围广，还可用于类似的交流大电流负载电路。

Description

三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统

技术领域

本发明涉及低压大电流负载寿命监测技术领域，具体涉及一种三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统。

背景技术

矿热炉电炉变压器（以下简称“炉变”）输出生产所需的低压电流，经由低压短网、软电缆、电极导体送到电极为炉料提供冶炼所需的能量，矿热炉复杂的电气系统回路包含电炉变压器一次（高压）侧、三次（串联调压）中压侧、二次低压侧、低压短网、电极、导电炉料、（生产过程中的）电弧、炉底及炉壁碳砖等构成。

由于电流太大（数十、过百kA）只能采用并联导体（甚至常用水冷结构），而并联导体的续接联接面与电极间的导电接触面都可能因多种原因出现非正常设计范围的电阻增加现象，导致部分并联导体断路、烧损等问题和事故。

导体事故所导致的停产损失远远大于导体恢复本身的直接损失，因此导体寿命监测具有重要的实际意义和价值。

一直以来，由于矿热炉低压并联导体电流较大、导体间结构局促、工作环境温度高、粉尘大、电磁场强度大等诸多因素，从未有任何实用方法解决导体寿命监测问题。矿热炉设计和设备制造也主要是从增加导体截面以降低电流密度、结构设计优化、强化冷却效果、制造质量提升等方面来被动减少导体事故，增加了设备成本。

针对上述问题，本发明提供一种三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，来准确、可靠、完整的预警导体、提示导体维护，并记录全部并联导体工作和事故过程。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，该监测系统包括以下监测步骤：

步骤1）对矿热炉低压侧各个导电截面的全部并联导体电流进行监测得到矢量电流信号；

步骤2）将矢量电流信号和导体设计/实测参数输入至控制处理器中；

步骤3）控制处理器根据接收到的信号参数通过相应的矢量相关性和空间时序算法，并经过导体材料和结构专家系统检验，判断导体事故及预警、得到寿命趋势和检维护提示周期。

进一步的，在所述步骤1）中，首先构建监测系统低压短网：每根电极与两台炉变相首尾连接，炉变二次侧通过多导体并联结构连接至电极，作为低压补偿的接入，使炉变二次侧到电极形成多点汇流，同段间不同导体的电流不同，头尾同一导体不同段的电流也不同。

进一步的，所述多导体并联结构包括若干个电极导体和分支导体，若干个所述电极导体分别与电极相连接并呈圈型均布在电极的外侧面上，所述分支导体的一端连接电极导体，另一端连接相应的炉变。

进一步的，每个所述电极导体分别连接有两个分支导体，该两个分支导体连接至同一个炉变或分别连接至不同的两个炉变上。

进一步的，在所述电极导体之前、电极低压补偿接入点之后，采用罗氏线圈对二次侧导体、水冷电缆、接入电极导体的每根分支导体进行电流检测，对采集到的线圈信号处理得到各电流的大小及相角作为矢量电流信号，将检测好的矢量电流信号通过设备网传输至控制处理器中。

进一步的，所述罗氏线圈及引出线本身采用耐高温材料制作，并采用防火型管状绝缘材包裹，用于阻隔矿热炉电极周边高温辐射、明火和炉料喷溅灼烧，管内通冷却空气，使得罗氏线圈及引出线、管状绝缘材长期保持在低温下。

进一步的，所述控制处理器接收到所有现场仪表检测到的矢量电流信号后，按电极的配对设置，运算出进入各电极导体的分支电流、以及两个电流大小，采用余弦定理计算出各电极导体的实际电流，然后再对各导体的电流占比分析、占比变化分析，对导体的导电性能、损坏程度、及可用时间给出判断和建议，并分析各相两端输出的总电差、分析罗氏线圈的完好程度，对罗氏线圈的损坏进行识别与报警。

进一步的，所述控制处理器的输出端上连接有人机界面，用于现场显示、归档和记录处理。

进一步的，所述控制处理器通过网络接口及以太网连接炉控系统和远程计算机，用于进行存储、显示、直流负载并联电路导体寿命在线监测，远程调用、数据分析和图形化处理，并关联历史大数据模型，在一定数量的检测点故障时仍然输出足够精确可靠的数据。

本发明的有益效果是:

1、本发明能够准确预警导体（如铜管、铜排、软母线、水冷电缆、铜瓦、把持器导电元件等）事故，提示导体维护，大幅度降低导体事故所导致的被迫停炉损失；

2、本发明能够准确记录全部多导体并联结构的工作和事故过程，从而为优化结构设计、提升制造质量提供依据；

3、本发明为相关矢量合成模型提供基础数据，从而为矿热炉生产自动化控制提供可靠依据。

4、本发明还可用于类似的交流大电流负载电路，更换电流检测方式后其算法也可用于直流大电流动态负载的导体寿命监测。

附图说明

图1为本发明的矿热炉电气连接图；

图2为本发明的矿热炉电极导体上的分支导体第一种连接方式图；

图3为本发明的矿热炉电极导体上的分支导体第二种连接方式图；

图4为本发明的矿热炉实时电气参数仪表检测系统原理图。

图中标号说明：K、电极，M、电极导体，N、分支导体。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

实施例1：

在所述步骤1）中，首先构建监测系统低压短网：如图1所示，每根电极K与两台炉变相首尾连接，炉变二次侧通过多导体并联结构连接至电极K，作为低压补偿的接入，使炉变二次侧到电极K形成多点汇流，同段间不同导体的电流不同，头尾同一导体不同段的电流也不同，如：I20_a1≠I21_a1≠I22_a1≠I23_a1，I20_an≠I21_an≠I22_an≠I23_an，I20_b1≠I21_b1≠I22_b1≠I23_bn等。

如图2和图3所示，所述多导体并联结构包括若干个电极导体M和分支导体N，若干个所述电极导体M分别与电极K相连接并呈圈型均布在电极K的外侧面上，所述分支导体N的一端连接电极导体M，另一端连接相应的炉变。

每个所述电极导体M分别连接有两个分支导体N，该两个分支导体N连接至同一个炉变或分别连接至不同的两个炉变上；如图2所示，第一种连接方式是两个分支导体N分别连接至不同的两个炉变上；如图3所示，第二种连接方式是两个分支导体N只连接至同一个炉变上；这两种方式的区别在于两个电流的相角不同，每一个相角接近60度、每二个接近0度。

在所述电极导体M之前、电极K低压补偿接入点之后，采用罗氏线圈对每根接入电极导体M的分支导体N进行电流检测，对采集到的线圈信号处理得到各电流的大小及相角作为矢量电流信号，在本实施例中，可连接相应的积分处理器进行转换处理，将检测好的矢量电流信号通过设备网（如MODBUS、PROFIBUS等）传输至控制处理器中。

所述罗氏线圈及引出线本身采用耐高温材料制作，并采用防火型管状绝缘材包裹，用于阻隔矿热炉电极周边高温辐射、明火和炉料喷溅灼烧，管内通冷却空气，使得罗氏线圈及引出线、管状绝缘材长期保持在低温下。

所述控制处理器接收到所有现场仪表检测到的矢量电流信号后，按电极K的配对设置，运算出进入各电极导体M的分支电流、以及两个电流大小，采用余弦定理计算出各电极导体M的实际电流，然后再对各导体的电流占比分析、占比变化分析，对导体的导电性能、损坏程度、及可用时间给出判断和建议，并分析各相两端输出的总电差、分析罗氏线圈的完好程度，对罗氏线圈的损坏进行识别与报警。

如图4所示，所述控制处理器的输出端上连接有人机界面，用于现场显示、归档和记录处理。

所述控制处理器通过网络接口及以太网连接炉控系统和远程计算机，用于进行存储、显示、直流负载并联电路导体寿命在线监测，远程调用、数据分析和图形化处理，并关联历史大数据模型，在一定数量的检测点故障时仍然输出足够精确可靠的数据。控制处理器可以是单独开发的单片机处理器，也可是西门子、欧姆龙等厂家的PLC控制器，或是ABB、浙江中控的DCS控制器。

安装时：对于一次检测元件罗氏线圈，将之安装在电极补偿接入点的后端（且位于电极导体之前），罗氏线圈及引出线使用高温材料制作，自身耐高温、可在160℃环境下工作；现再用防火型绝缘材（如玻纤管、石绵等）包裹，将罗氏线圈引出线安装在管状管缘材料内，且在管内通冷却空气，使罗氏线圈引出线、管状管缘材料长期保持有低温下。

对于后序（二次）处理元件的安装，后序处理元件主要是积分处理器、控制处理器、人机界面等；这些元件用一个小金属箱（即配电箱）统一集成安装，并按图4的原理图接线和预留外送数据通讯接口，并将一次检测元件（罗氏线圈）引出线引接到小金属箱内；配电箱安装在现场无热辐射、通风、无强磁场的位置；向控制处理器加载相应的固化矿热炉全电气参数运算程序（即本发明构思所对应的软件部分）；向人机界面加载显示程序、显示全部电气参数，人机界面可装在箱体上也可安装在易观察的地方。

实施例2：

水冷电缆导体（电流）监测的实施

水冷电缆导体（电流）监测的实施与电极导体（电流）监测的实施基本相同，不同之处是将罗氏线圈安装在水冷电缆前端，电流不用合成；积分处理器、控制处理器也安装在箱体内，人机界面等独立安装、既可装在箱体上也可安装在易观察的地方。

实施例3：

炉变二次侧线圈导体（电流）监测的实施

炉变二次侧线圈导体（电流）监测的实施与电极导体（电流）监测的实施基本相同，不同之处是将罗氏线圈安装在水冷电缆前端，电流不用合成；积分处理器、控制处理器也安装在箱体内，人机界面等独立安装、既可装在箱体上也可安装在易观察的地方。

实施例4：

电极导体、水冷电缆、二次侧线圈导体全监测的实施

电极导体、水冷电缆、二次侧线圈导体全监测的实施是矿热炉短网全导体监测，是实施例1、实施例2、实施例3全合成。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，其特征在于，该监测系统包括以下监测步骤：

2.根据权利要求1所述的三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，其特征在于，在所述步骤1）中，首先构建监测系统低压短网：每根电极（K）与两台炉变相首尾连接，炉变二次侧通过多导体并联结构连接至电极（K），作为低压补偿的接入，使炉变二次侧到电极（K）形成多点汇流，同段间不同导体的电流不同，头尾同一导体不同段的电流也不同。

3.根据权利要求2所述的三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，其特征在于，所述多导体并联结构包括若干个电极导体（M）和分支导体（N），若干个所述电极导体（M）分别与电极（K）相连接并呈圈型均布在电极（K）的外侧面上，所述分支导体（N）的一端连接电极导体（M），另一端连接相应的炉变。

4.根据权利要求3所述的三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，其特征在于，每个所述电极导体（M）分别连接有两个分支导体（N），该两个分支导体（N）连接至同一个炉变或分别连接至不同的两个炉变上。

5.根据权利要求4所述的三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，其特征在于，在所述电极导体（M）之前、电极（K）低压补偿接入点之后，采用罗氏线圈对每根接入电极导体（M）的分支导体（N）进行电流检测，对采集到的线圈信号处理得到各电流的大小及相角作为矢量电流信号，将检测好的矢量电流信号通过设备网传输至控制处理器中。

6.根据权利要求5所述的三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，其特征在于，所述罗氏线圈及引出线本身采用耐高温材料制作，并采用防火型管状绝缘材包裹，用于阻隔矿热炉电极周边高温辐射、明火和炉料喷溅灼烧，管内通冷却空气，使得罗氏线圈及引出线、管状绝缘材长期保持在低温下。

7.根据权利要求5所述的三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，其特征在于，所述控制处理器接收到所有现场仪表检测到的矢量电流信号后，按电极（K）的配对设置，运算出进入各电极导体（M）的分支电流、以及两个电流大小，采用余弦定理计算出各电极导体（M）的实际电流，然后再对各导体的电流占比分析、占比变化分析，对导体的导电性能、损坏程度、及可用时间给出判断和建议，并分析各相两端输出的总电差、分析罗氏线圈的完好程度，对罗氏线圈的损坏进行识别与报警。

8.根据权利要求7所述的三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，其特征在于，所述控制处理器的输出端上连接有人机界面，用于现场显示、归档和记录处理。

9.根据权利要求8所述的三相交流矿热炉低压导体在线寿命监测系统，其特征在于，所述控制处理器通过网络接口及以太网连接炉控系统和远程计算机，用于进行存储、显示、直流负载并联电路导体寿命在线监测，远程调用、数据分析和图形化处理，并关联历史大数据模型，在一定数量的检测点故障时仍然输出足够精确可靠的数据。