CN113783210B - 矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法 - Google Patents

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Abstract

一种矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法，包括：采集变压器低压侧三相的有功功率，得出有功功率设定值；分别通过上升电磁阀和下降电磁阀控制三相电极的上升及下降，各电极设置上限位及下限位；比较采集的有功功率与对应的有功功率设定值的大小，如果当前的有功功率小于有功功率设定值的下限，接通对应相的下降电磁阀、关闭该相上升电磁阀；如果当前的有功功率处于有功功率设定值的上下限之间，关闭下降电磁阀和上升电磁阀；如果当前的有功功率超出有功设定值的上限，开启上升电磁阀、关闭下降电磁阀。本发明最大限度地利用了变压器的有效容量，也最大程度地提高了炉产量，避免了电流中无功电流的干扰，在有功平衡的同时也做到了无功的平衡。

Description

矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法
技术领域
本发明涉及一种治理变压器的三相不平衡的方法，尤其是一种矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法。
背景技术
目前国内的矿业企业的矿冶炉容量都很大，配备的炉用变压器容量随之也很大，许多容量都在30MVA以上。每台变压器的二次低压侧带三个电极来进行工作。由于电极工作特性的差异很大，往往造成三组电极的有功、无功负载差异很大，造成负载侧严重不平衡，变压器负序三相不平衡情况严重，如此导致了三相电极不能出力相同，整体的炉产量不能达到理想的最大化状态；同时严重的三相不平衡还导致了变压器的损耗加大，零序磁通导致变压器夹件、箱壁等涡流加大，损耗增加，变压器的绝缘强度不合理的下降等一系列副作用，降低了变压器的使用寿命。
治理变压器的三相不平衡的办法目前是以无功补偿技术为主，有并联的分相补偿，也有并联无功共补。其原理都是通过改变每相的无功来把每相的视在负荷补偿到接近，就认为基本达到了基本的三相平衡。表面上看，治理效果还可以，实际上，每相的有功无功都不一样，而每相的有功大小才是实际的出力大小，三相电极只有有功接近一致，三相的冶炼才能达到出力相同；如果三相有功都不一样，甚至差别很大，而一味的无功补偿只能补偿掉多余的无功，三相的功率因数如果设定的值接近的话，反而会加剧三相的不平衡状况，所以说并联的容性无功补偿降低短网线损效果可以，但对于治理三相不平衡来说不是一个好的解决问题的办法。治理变压器的三相不平衡还有电流法电极调节，这种方法通过调节电极的位置来调整三个电极的电流，所述电流是有功无功合成的视在电流，这种方法与无功补偿治理三相平衡一样，有着同样的缺点，通过电极的调整使三相总电流一致，但是每相的电极出力即有功输出还是不能准确控制，再加上低压补偿的无功削减，最终实现的平衡电流情况下的每相的有功输出甚至可能差别很大，三个电极的产量就不会相同，虽然三相达到平衡，但生产能力没有显著提高。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术存在的上述问题，提供一种矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法。
本发明的技术解决方案是：一种矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法，
其步骤包括：
步骤1采集变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc；
步骤2得出变压器低压侧单相有功功率设定值；
步骤2.1下探任一相电极并根据该相电极与熔池底面的安全距离得到单相工作时理论最大的输出有功功率，所述电极与熔池底面的安全距离即为电极的下限位；
步骤2.2根据炉料的材料以及电极的材质得到合理的有功功率设定值；
步骤3电极调节
步骤3.1分别通过上升电磁阀和下降电磁阀控制A、B及C相电极的上升及下降，各电极设置上限位及下限位；
步骤3.2比较采集的有功功率Pa、Pb和Pc与对应的有功功率设定值的大小，如果当前的有功功率小于有功功率设定值的下限，就接通对应相的下降电磁阀、关闭该相上升电磁阀，此时电极在液压系统带动下下降，有功功率随之增加；
如果当前的有功功率处于有功功率设定值的上下限之间，就关闭下降电磁阀，同时关闭上升电磁阀；
如果当前的有功功率超出有功设定值的上限，就开启上升电磁阀、关闭下降电磁阀，实测有功功率回到有功功率设定值的上下限内时，关闭上升电磁阀。
进一步，步骤2.2中有功功率设定值为所述理论最大输出有功功率的85－95％。
进一步，步骤3.2中有功功率设定值的上限和下限为有功功率设定值×(1±5％)。
进一步，电极调节时，三相电极先统一下降，下降过程中先设定一个中间有功功率，中间有功功率为理论最大输出有功功率的30％－50％，A、B、C三相先按照中间有功功率由自动控制系统自动控制分别独立下降，当每相的电极下降过程中，该相的有功功率落在中间有功功率的限值区间，所述中间有功功率的限值区间＝中间有功功率×(1±5％)，这相的电极就停止升降；当自控系统检测到ABC三相电极的有功都处于中间有功功率的限值区间内，再执行步骤3.1。
进一步，步骤3.2中有功功率设定值的上限和下限为有功功率设定值×(1±3％)。
进一步，步骤1中变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc采集是通过低压侧检测相电流的罗氏线圈控制器直接测得。
进一步，步骤1中变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc采集过程是：
步骤1.1.采集高压侧的相电流IAB、IBC及ICA和线电压UAB、UBC及UCA，利用如下关系式：
PA＝UAB*IAB*cosA
PB＝UBC*IBC*cosB
PC＝UCA*ICA*cosC
得到AB相的有功功率PA、BC相的有功功率PB及CA相的有功功率PC；
步骤1.2利用变压器高压侧三相有功功率关系式：
PA＝Pbyq_A+P电极A
PB＝Pbyq_B+P电极B
PC＝Pbyq_C+P电极C
得到P电极A、P电极B及P电极C，所述P电极A、P电极B及P电极C即为变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc；
式中:
Pbyq_A—变压器A相有功损耗；
Pbyq_B—变压器B相有功损耗；
Pbyq_C—变压器C相有功损耗；
P电极A-A相电极消耗的有功功率；
P电极B-B相电极消耗的有功功率；
P电极C-C相电极消耗的有功功率。通过采集高压侧有功功率值作为电极位置控制的功率依据，由于高压侧有功功率里面除了含有三相电极的有功功率外，也包含了变压器自身的有功功率消耗，从而得到计量变压器三相有功功率的真实值，以控制变压器的三相不平衡度。
进一步地，所述电极的上限位和下限位分别设有起保护作用的上限位开关和下限位开关，当上限位开关动作，即刻关闭上升电磁阀；当下限位开关动作，即刻关闭下降电磁阀。
本发明的有益效果如下：
1、冶炼产量的大小与有功消耗成正比，通过调节电极位置准确控制每相的有功功率大小基本相同，也就控制了每相电极的工作出力基本相同，这时即使伴随的三相无功可能会有所差异，但差异不大，通过每相的动态无功补偿，使每相功率因数达标后，每项的无功也就差别不大了。变压器三相的总电流通过电极的适当调整达到基本平衡，也就起到了矿冶炉三相不平衡的治理效果，更为重要的是这时的平衡是三相工况的基本平衡，每相电极的有效工作量也基本一致，即三相电极的产量也就基本一致，最大限度地利用了变压器的有效容量，也最大程度地提高了炉产量，为用户创造最大利益。
2、避免了电流中无功电流的干扰。当三相有功达到基本一致后，即使无功三相会有差别，但通过低压侧的并联无功补偿就可以使三相的无功也基本上接近一致，在有功平衡的同时也做到了无功的平衡。
3、控制简单、高效。整套三相不平衡治理系统控制参数就是三相的有功功率，电极的调节简单可靠。
4、三相有功的平衡极大地减少了变压器的零序磁通的损耗，变压器使用效率更高。
附图说明
图1是本发明的矿冶炉变压器的电气原理图；
图2是AB相电极位置调整示意图；
图3是本发明电极调整方法的自控系统流程图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明进行详细说明：
实施例1
如图1所示，矿冶炉变压器包括A相变压器TA、B相变压器TB及C相变压器TC、星角转换开关KAB、KBC和KCA及A相、B相及C相电极。
该矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法步骤包括：
步骤1采集变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc：
步骤1.1采集高压侧的相电流IAB、IBC及ICA和线电压UAB、UBC及UCA，利用如下关系式：
PA＝UAB*IAB*cosA
PB＝UBC*IBC*cosB
PC＝UCA*ICA*cosC
得到AB相的有功功率PA、BC相的有功功率PB及CA相的有功功率PC；
步骤1.2.利用变压器高压侧三相有功功率关系式：
PA＝Pbyq_A+P电极A
PB＝Pbyq_B+P电极B
PC＝Pbyq_C+P电极C
得到P电极A、P电极B及P电极C，所述P电极A、P电极B及P电极C即为变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc；
式中:
Pbyq_A—变压器A相有功损耗；
Pbyq_B—变压器B相有功损耗；
Pbyq_C—变压器C相有功损耗；
P电极A-A相电极消耗的有功功率；
P电极B-B相电极消耗的有功功率；
P电极C-C相电极消耗的有功功率。
步骤2得出变压器低压侧单相有功功率设定值；
步骤2.1下探A相(或B相或C相)电极并根据该相电极与熔池底面的安全距离得到单相工作时理论最大的输出有功功率，所述电极与熔池底面的安全距离即为电极的下限位；
步骤2.2根据炉料的材料以及电极的材质得到合理的有功功率设定值；所述有功功率设定值为所述最大输出有功功率的91％。
步骤3如图2所示，电极调节：
步骤3.1分别通过上升电磁阀和下降电磁阀控制A、B及C相电极的上升及下降，各电极设置上限位及下限位；所述电极的上限位和下限位分别设有起保护作用的上限位开关和下限位开关，当上限位开关动作，即刻关闭上升电磁阀；当下限位开关动作，即刻关闭下降电磁阀。
步骤3.2比较采集的有功功率Pa、Pb和Pc与对应的有功功率设定值的大小，如果当前的有功功率小于有功功率设定值的下限，就接通对应相的下降电磁阀、关闭该相上升电磁阀，此时电极在液压系统带动下下降，有功功率随之增加；
如果当前的有功功率处于有功功率设定值的上下限之间，就关闭下降电磁阀，同时关闭上升电磁阀；
如果当前的有功功率超出有功设定值的上限，就开启上升电磁阀、关闭下降电磁阀，实测有功功率回到有功功率设定值的合格的上下限内时，关闭上升电磁阀。
所述有功功率设定值的上限和下限为有功功率设定值×(1±3％)。
实施例2
如图1所示，该矿冶炉变压器与实施例1相同。
该矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法步骤包括：
步骤1通过低压侧检测相电流(包括相电压)的罗氏线圈控制器采集变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc；
步骤2得出变压器低压侧单相有功功率设定值；
步骤2.1下探A相电极并根据该相电极与熔池底面的安全距离得到单相工作时理论最大的输出有功功率，所述电极与熔池底面的安全距离即为电极的下限位；
步骤2.2根据炉料的材料以及电极的材质得到合理的有功功率设定值；所述有功功率设定值为所述最大输出有功功率的85－95％。
步骤3如图2所示，电极调节：
三相电极先统一下降，下降过程中先设定一个中间有功功率，中间有功功率为理论最大输出有功功率的30％－50％，A、B、C三相先按照中间有功功率由自动控制系统自动控制分别独立下降，当每相的电极下降过程中，该相的有功功率落在中间有功功率的限值区间，所述中间有功功率的限值区间＝中间有功功率×(1±5％)，这相的电极就停止升降；当自控系统检测到ABC三相电极的有功都处于中间有功功率的限值区间内，再执行步骤3.1。
步骤3.1分别通过上升电磁阀和下降电磁阀控制A、B及C相电极的上升及下降，各电极设置上限位及下限位。
步骤3.2比较采集的有功功率Pa、Pb和Pc与对应的有功功率设定值的大小，如果当前的有功功率小于有功功率设定值的下限，就接通对应相的下降电磁阀、关闭该相上升电磁阀，此时电极在液压系统带动下下降，有功功率随之增加；有功功率设定值的上限和下限为有功功率设定值×(1±5％)；
如果当前的有功功率处于有功功率设定值的上下限之间，就关闭下降电磁阀，同时关闭上升电磁阀；
如果当前的有功功率超出有功设定值的上限，就开启上升电磁阀、关闭下降电磁阀，实测有功功率回到有功功率设定值的合格的上下限内时，关闭上升电磁阀。
所述电极的上限位和下限位分别设有起保护作用的上限位开关和下限位开关，当上限位开关动作，即刻关闭上升电磁阀；当下限位开关动作，即刻关闭下降电磁阀。
以控制变压器的三相不平衡度以一台30000kVA 110kV/0.3kV变压器为例，对通过有功功率调节电极进行说明:
该变压器高压侧额定线电流为157.46A，额定相电流为90.91A；低压侧单相容量10000KVA，额定相电流为33333A，平均功率因数为0.9。
采用通过低压侧检测相电流(相电压)的罗氏线圈控制器直接测得变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc。
该变压器低压侧单相工作时理论最大的输出有功功率为9000kW。
下探A相电极得目标有功功率即变压器低压侧单相有功功率设定值有为理论最大输出有功功率的90％，即8100kW。
有功功率区间设置过大，三相的不平衡度就大；如果设置过小，每相的电极动作就频繁，甚至会产生动作震荡。合理的区间设置在5％以内，即有功功率区间的上限值为8505kW、下限值为7695kW。
电极调节，实际工作时三相电极先统一下降，下降过程中先设定一个中间有功功率，中间有功功率为理论最大的输出有功功率为9000kW的40％，即3600kW，这时A、B、C三相先按照这个有功值由自动控制系统自动控制分别独立下降，当每相的电极下降过程中，该相的有功功率落在3600kW的限值区间，所述限值区间＝中间有功功率×(1±3％)，这相的电极就停止升降。当自控系统检测到ABC三相电极的有功都处于中间有功功率的限值区间内后，操作人员再按照设定的目标有功功率即8100kW使A、B、C三相电极继续下降，最终各自通过电极的上升下降都达到了各自的有功功率值。这时炉工作进入自动控制的最大工作负荷。
每相电极在工作中电极材料是不断消耗的，相当于每相电极的高度在减小，这时自控系统根据有功功率的减少自动下降电极使有功功率增加，具体过程如实施例2步骤3.2所述，三相都如此自动控制电极深度，也就达到了三相有功功率的基本平衡。
以上仅为本发明的具体实施例而已，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 (7)

1.一种矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法，其特征是，步骤包括：
步骤1. 采集变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc；
步骤2. 得出变压器低压侧单相有功功率设定值；
步骤2.1 下探任一相电极并根据该相电极与熔池底面的安全距离得到单相工作时理论最大的输出有功功率，所述电极与熔池底面的安全距离即为电极的下限位；
步骤2.2 根据炉料的材料以及电极的材质得到合理的有功功率设定值；
步骤3.电极调节
步骤3.1 分别通过上升电磁阀和下降电磁阀控制A、B及C相电极的上升及下降，各电极设置上限位及下限位；
步骤3.2 比较采集的有功功率Pa、Pb和Pc与对应的有功功率设定值的大小，如果当前的有功功率小于有功功率设定值的下限，就接通对应相的下降电磁阀、关闭上升电磁阀，此时电极在液压系统带动下下降，有功功率随之增加；
如果当前的有功功率处于有功功率设定值的上下限之间，就关闭下降电磁阀，同时关闭上升电磁阀；
如果当前的有功功率超出有功设定值的上限，就开启上升电磁阀、关闭下降电磁阀，实测有功功率回到有功功率设定值的上下限内时，关闭上升电磁阀；
电极调节时，三相电极先统一下降，下降过程中先设定一个中间有功功率，中间有功功率为理论最大输出有功功率的30%－50%，A、B、C三相先按照中间有功功率由自动控制系统自动控制分别独立下降，当每相的电极下降过程中，该相的有功功率落在中间有功功率的限值区间，所述中间有功功率的限值区间＝中间有功功率×（1±5%），这相的电极就停止升降；当自控系统检测到ABC三相电极的有功都处于中间有功功率的限值区间内，再执行步骤3.1。
2.根据权利要求1所述的矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法，其特征是，步骤2.2中有功功率设定值为所述理论最大输出有功功率的85－95%。
3.根据权利要求1所述的矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法，其特征是，步骤3.2中有功功率设定值的上限和下限为有功功率设定值×（1±5%）。
4.根据权利要求1所述的矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法，其特征是，步骤3.2中有功功率设定值的上限和下限为有功功率设定值×（1±3%）。
5.根据权利要求1所述的矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法，其特征是，步骤1中变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc采集是通过低压侧检测相电流的罗氏线圈控制器直接测得。
6.根据权利要求1所述的矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法，其特征是，步骤1中变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc采集过程是：
步骤1.1 采集高压侧的相电流IAB、IBC及ICA和线电压UAB、UBC及UCA，利用如下关系式：
PA=UAB*IAB*cosA
PB=UBC*IBC*cosB
PC=UCA*ICA*cosC
得到AB相的有功功率PA、BC相的有功功率PB及CA相的有功功率PC；
步骤1.2 利用变压器高压侧三相有功功率关系式：
PA=Pbyq_A+P电极A
PB=Pbyq_B+P电极B
PC=Pbyq_C+P电极C
得到P电极A 、P电极B 及P电极C，所述P电极A 、P电极B 及P电极C即为变压器低压侧三相的有功功率Pa、Pb和Pc；
式中:
Pbyq_A—变压器A相有功损耗;
Pbyq_B—变压器B相有功损耗;
Pbyq_C—变压器C相有功损耗;
P电极A-A相电极消耗的有功功率;
P电极B-B相电极消耗的有功功率;
P电极C-C相电极消耗的有功功率。
7.根据权利要求1所述的矿冶炉用变压器三相不平衡的治理方法，其特征是，所述电极的上限位和下限位分别设有起保护作用的上限位开关和下限位开关，当上限位开关动作，即刻关闭上升电磁阀；当下限位开关动作，即刻关闭下降电磁阀。
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