基於節電運行的交流電熔鎂爐供電系統的製作方法

2023-07-07 13:43:51

專利名稱：基於節電運行的交流電熔鎂爐供電系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於冶金技術領域，特別是涉及一種基於節電運行的交流電熔鎂爐供電系統。
背景技術：
目前的電熔鎂生產企業正處於工藝原始、技術及裝備落後、自動化水平低的狀態， 導致能源、資源浪費嚴重。隨著電熔鎂產業規模不斷擴大，大量電耗已經給電熔鎂產地造成 了嚴重的用電壓力和用電矛盾，嚴重阻礙了地區經濟健康發展和社會和諧，因此，研究能夠 節電運行的交流電熔鎂爐供電系統適應《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》的要求，也 是電熔鎂企業生存和發展的迫切需要。 傳統的交流電熔鎂爐供電系統由爐用變壓器、短網、三相電極以及手動控制電極 升降裝置四部分組成。爐用變壓器由於其容量選擇受傳統計算方法影響，使之一直不能處 於經濟運行，自身電耗過大；電極升降靠人工手動控制，勞動強度過大，不能及時有效地結 合工藝對冶煉過程中的電流進行調整，造成產品質量差且電耗高；另外，由於爐用變壓器及 短網上存在大量諧波，造成電耗的急劇升高、且影響到變壓器的使用壽命。
目前，電熔鎂爐供電系統的設計缺乏科學合理的設計依據，並且並非是由專業設 計單位設計，而是由各電熔鎂砂生產廠根據相互的使用經驗簡單設計完成，故此造成整個 供電系統自身電耗居高不下，嚴重製約了電熔鎂生產企業的進一步發展。

發明內容
針對現有的交流電熔鎂爐供電系統電耗高、產品質量差，且影響變壓器使用壽命 的問題，本發明提供一種電耗低、產品質量好，且不影響變壓器使用壽命的基於節電運行的 交流電熔鎂爐供電系統。 為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案，一種基於節電運行的交流電熔鎂 爐供電系統，包括爐用變壓器、短網、三相電極、濾波補償裝置和自動控制電極升降裝置；所 述的爐用變壓器的一次側與供電電網相連接，二次側通過短網與三相電極相連接；對爐用 變壓器的一次側和二次側分別通過電量檢測儀表將檢測信號送給自動控制電極升降裝置、 濾波補償裝置，所述的濾波補償裝置的補償端與三相電極上端相連接，濾波補償裝置的控 制器與自動控制電極升降裝置的控制器相通訊。 所述的濾波補償裝置採用無源單調諧濾波補償器，包括主電路和控制系統，主電 路是通過總隔離開關上連進線電纜下連母線排，通過多個分隔離開關上連母線排下連多組 熔斷器，每組熔斷器下端接一個真空接觸器，真空接觸器下端與濾波電抗器相連，濾波電抗 器下端與補償電容器相接；控制系統控制器的輸入端接有爐用變壓器一次側、二次側的電 量檢測信號，其多路輸出端分別接到各個真空接觸器的控制線圈迴路。 所述的濾波補償裝置的補償點，即濾波補償裝置與三相電極的連接點，選擇靠近 三相電極上端頭處。
所述爐用變壓器的容量的確定方法，包括如下步驟
步驟一 確定變壓器的有功功率經濟負載係數13 ,formula see original document page 4
式中，P。_變壓器空載損耗，PK_變壓器短路損耗； 步驟二 對變壓器有功功率的經濟運行區間進行劃分，其中， 最佳運行區1. 33P JP2《P《0. 75， 經濟運行區P ^《P《1， 最劣運行區0《P《P JP2， |3 -T時間段內變壓器的平均負載係數； 步驟三根據使電熔鎂冶煉過程實際需求電流處於變壓器有功功率最佳運行區間
的原則確定變壓器的容量。 本發明的有益效果 1、由於本發明的交流電熔鎂爐供電系統採用了由爐用變壓器、短網、三相電極、濾 波補償裝置和自動控制電極升降裝置五個部分組成的有機整體，使大大降低供電系統的自 身運行電能消耗成為可能，可以實現與傳統電熔鎂爐供電系統相比，在保證產品質量的前 提下，總體節電15%的指標； 2、由於本發明的供電系統採用了濾波補償裝置，並選擇了合理的補償點，可以將 爐用變壓器及短網上存在的大量諧波進行濾除，並且通過爐用變壓器的容量的確定方法使 電熔鎂冶煉過程實際需求電流處於變壓器有功功率最佳運行區間；就使本發明的供電系統 電耗低，且不影響變壓器的使用壽命； 3、由於本發明的供電系統採用了自動控制電極升降裝置，能自動調節三相電極的 升降，及時有效控制電弧電流，實現改善產品質量、降低電耗的目的。


圖1是本發明的供電系統的結構示意圖；
圖2是變壓器有功功率運行區間劃分示意圖；
圖3是電熔鎂爐變壓器二次側濾波補償原理示意圖；
圖4是電熔鎂爐變壓器二次側濾波補償點的示意圖； 圖中，1-濾波補償裝置，2-電熔鎂爐，3-三相電極，4-自動控制電極升降裝置， 5-短網，6-爐用變壓器，7-電量檢測儀表，8-供電電網，9-高壓開關，10-補償點。
具體實施例方式
如圖1所示，一種基於節電運行的交流電熔鎂爐供電系統，包括爐用變壓器6、短 網5、三相電極3、濾波補償裝置1和自動控制電極升降裝置4 ;所述的爐用變壓器6的一次 側與供電電網8相連接，二次側通過短網5與三相電極3相連接；對爐用變壓器6的一次側 和二次側分別通過電量檢測儀表7將檢測信號送給自動控制電極升降裝置4、濾波補償裝 置l，所述的濾波補償裝置1的補償端與三相電極3上端相連接，濾波補償裝置1的控制器 與自動控制電極升降裝置4的控制器相通訊。 所述的濾波補償裝置採用無源單調諧濾波補償器，包括主電路和控制系統，主電路是通過總隔離開關上連進線電纜下連母線排，通過多個分隔離開關上連母線排下連多組
熔斷器( 一一對應)，每組熔斷器下端接一個真空接觸器，真空接觸器下端與濾波電抗器相
連，濾波電抗器下端與補償電容器相接；控制系統控制器的輸入端接有爐用變壓器一次側、
二次側的電量檢測信號，其多路輸出端分別接到各個真空接觸器的控制線圈迴路。 本發明的自動控制電極升降裝置4為現有技術，可採用專利號為03212158. X的中
國專利"電熔鎂爐自動控制裝置。 濾波補償裝置的節電原理如下 電熔鎂爐的無功和諧波主要來自於電極電弧。儘管在電熔鎂爐的高壓側已經安裝 了高壓濾波補償器，但該高壓濾波補償器不能補償變壓器二次側的無功損耗，也不能消除 變壓器二次側的諧波。 如圖3所示，在未加濾波補償裝置之前，維持電極電弧發生所需要的無功全部來 自於變壓器，由電弧產生的大量諧波經過短網返送給變壓器，如圖3中虛線單箭頭所示，由 此造成電能的大量損耗。在加濾波補償裝置之後，維持電極電弧發生所需要的無功主要來 自於濾波補償裝置；由電弧產生的大量諧波大量流經濾波補償裝置提供的低阻通道，不再 返送給變壓器，如圖3中實線雙箭頭所示，短網上的無功電流大大減少，由此可以節省大量 的電能。 理想化的濾波補償效果應該是當將電熔鎂爐與濾波補償裝置看成是一個整體 時，那麼它相對與變壓器以及短網來說，應該呈現出純阻性負載，即電弧與濾波補償裝置組 成的電路的等效阻抗為阻性。 基於上述電熔鎂爐濾波補償裝置的節電原理，從低成本和電熔鎂企業的實際情況
出發，本供電系統的濾波補償裝置採用無源單調諧濾波補償器，該濾波補償器具有結構簡
單、成本低廉、運行可靠性高以及運行費用較低等優點。 所述的無源單調諧濾波補償器應滿足如下技術要求 電容C、電感L和電阻R之間的關係滿足濾波原理；整體濾波等效阻抗滿足系統無 功補償要求；整體阻抗不應與電網阻抗形成串、並聯諧振；各組濾波容量計算要考慮10% 的背景諧波容量；保證在正常失諧的情況下，無源濾波器仍能滿足各項技術要求；避免各 個無源濾波器之間的並聯諧振。 如圖4所示，所述的濾波補償裝置的補償點，即濾波補償裝置與三相電極的連接 點，其選擇應該儘量靠近三相電極的上端頭處；以儘量減少無功電流流經短網而造成的不 必要的電能損失。 傳統的電熔鎂爐上使用的變壓器，大都是屬於S6、S7系列變壓器，其能效較低。近 些年來，一些電熔鎂企業紛紛開展了針對變壓器更新改造的節電工程，條件好的企業甚至 選用了針對電熔鎂爐開發的專用變壓器，已經取得了較好的節電效果。但由於企業在變壓 器容量選擇上缺乏適用的理論指導，往往造成變壓器容量選擇偏小，有的企業為了提高單 位時間產量，甚至使爐用變壓器長期過載運行，結果造成變壓器運行損耗普遍很高。
變壓器的節能降耗分別考慮了有功損耗最小、無功損耗最小、綜合損耗最小的三 種情況。考慮到電熔鎂爐變壓器(多臺高壓側並聯)高壓側母線上已經採用集中無功補償 設備，節電以節約有功電量為主，故此在變壓器容量選擇上，按照有功經濟運行原則進行選 擇。
按照這一原則，經過理論分析與推導，得出了爐用變壓器的容量的確定方法，包括 如下步驟 步驟一 確定變壓器的有功功率經濟負載係數13 Jp，
P JP = (P0/PK) 1/2 式中，P。-變壓器空載損耗，PK_變壓器短路損耗； 步驟二 對變壓器有功功率的經濟運行區間進行劃分，如圖2所示，其中，
最佳運行區(即高效率運行區)1. 33 P JP2《P《0. 75，
經濟運行區P 7《P《1， 最劣運行區(即低效率運行區)0《|3《|3 JP2，
|3 -T時間段內變壓器的平均負載係數； 步驟三根據使電熔鎂冶煉過程實際需求電流處於變壓器有功功率最佳運行區間 的原則確定變壓器的容量。 在電熔鎂冶煉過程中，工藝需求的電功率可以分為電弧加熱功率和電阻加熱功 率。電弧加熱功率用於熔化電熔鎂砂，電阻加熱功率用於維持爐內熔池的深度。理論上講， 當熔融電熔鎂砂物料總量、粒度、成分、水分等因素一定時，電熔鎂冶煉所需的電功率也一 定。在操作上，若電弧加熱功率過大，電阻加熱功率則偏小，會導致雖物料熔化快但熔池深 度不夠，這樣形成的熔坨不僅小而且不能使其中的雜質充分析出，嚴重影響到產品質量；若 電阻加熱功率過大，電弧加熱功率則偏小，這時因爐內達不到足夠的熔融溫度，導致化料困 難、熔化時間長，嚴重影響冶煉過程的電耗狀況。在電阻加熱功率與電弧加熱功率之間存在 著一個合適的比例。在電熔鎂爐設備及物料等狀況一定時，電弧加熱功率與電阻加熱功率 的實際比例值大小主要取決於電弧電流。因此，本發明採用自動控制電極升降裝置對三相 電極的電流進行自動控制，並通過實際效果進行電流設定值修正，這樣可以達到很好的熔 煉效果，既可以穩定產品質量，又可以降低單產電耗指標。
權利要求
一種基於節電運行的交流電熔鎂爐供電系統，其特徵在於包括爐用變壓器、短網、三相電極、濾波補償裝置和自動控制電極升降裝置；所述的爐用變壓器的一次側與供電電網相連接，二次側通過短網與三相電極相連接；對爐用變壓器的一次側和二次側分別通過電量檢測儀表將檢測信號送給自動控制電極升降裝置、濾波補償裝置，所述的濾波補償裝置的補償端與三相電極上端相連接，濾波補償裝置的控制器與自動控制電極升降裝置的控制器相通訊。
2. 根據權利要求1所述的一種基於節電運行的交流電熔鎂爐供電系統，其特徵在於所 述的濾波補償裝置採用無源單調諧濾波補償器，包括主電路和控制系統，主電路是通過總 隔離開關上連進線電纜下連母線排，通過多個分隔離開關上連母線排下連多組熔斷器，每 組熔斷器下端接一個真空接觸器，真空接觸器下端與濾波電抗器相連，濾波電抗器下端與 補償電容器相接；控制系統控制器的輸入端接有爐用變壓器一次側、二次側的電量檢測信 號，其多路輸出端分別接到各個真空接觸器的控制線圈迴路。
3. 根據權利要求1所述的一種基於節電運行的交流電熔鎂爐供電系統，其特徵在於所 述的濾波補償裝置的補償點，即濾波補償裝置與三相電極的連接點，選擇靠近三相電極上 端頭處。
4. 根據權利要求1所述的一種基於節電運行的交流電熔鎂爐供電系統，其特徵在於所 述爐用變壓器的容量的確定方法，包括如下步驟步驟一 確定變壓器的有功功率經濟負載係數！^p，e JP = (P。/PK)1/2式中，P。_變壓器空載損耗，PK_變壓器短路損耗；步驟二 對變壓器有功功率的經濟運行區間進行劃分，其中，最佳運行區1. 33 P JP2《P《0. 75，經濟運行區P 7《P《1， 最劣運行區0《|3《|3 JP2， P -T時間段內變壓器的平均負載係數；步驟三根據使電熔鎂冶煉過程實際需求電流處於變壓器有功功率最佳運行區間的原 則確定變壓器的容量。
全文摘要
基於節電運行的交流電熔鎂爐供電系統，屬於冶金技術領域。本發明提供一種電耗低、產品質量好，且不影響變壓器使用壽命的基於節電運行的交流電熔鎂爐供電系統。本發明包括爐用變壓器、短網、三相電極、濾波補償裝置和自動控制電極升降裝置；所述的爐用變壓器的一次側與供電電網相連接，二次側通過短網與三相電極相連接；對爐用變壓器的一次側和二次側分別通過電量檢測儀表將檢測信號送給自動控制電極升降裝置、濾波補償裝置，所述的濾波補償裝置的補償端與三相電極上端相連接，濾波補償裝置的控制器與自動控制電極升降裝置的控制器相通訊。
文檔編號H02J3/01GK101752869SQ200910248878
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者史大為, 吳志偉, 吳永健, 張杰卿, 胡毅 申請人:瀋陽東大自動化有限公司