節能型矽鐵冶煉設備和短網低壓無功功率補償方法

2024-02-07 05:13:15 1

專利名稱：節能型矽鐵冶煉設備和短網低壓無功功率補償方法
技術領域：
本發明涉及金屬冶煉技術領域，特別涉及一種節能型矽鐵冶煉設備和短網低壓無功功率補償方法。
背景技術：
礦熱電阻式電弧爐由於受到短網、操作電流電壓、爐料、冶煉方法等諸多因素的影響，運行自然功率因數普遍較低。另外，由於短網長度不等，將引起短網末端電壓不平衡，導致三相電極不能平衡作功，爐內功率中心、熱力中心和爐膛中心不能重合，熔池的理論形狀較難保證。這些因素將使爐況不能保持長周期穩定，最終導致礦熱電阻式電弧爐綜合熱效率低，能耗上升，經濟效益得不到充分發揮。為了獲得一個理想的冶煉爐況，通常在設備上採取短網同相逆並及縮短短網的方法，儘可能的減少短網及電極上的阻抗壓降，通過提高自然功率因數來提高入爐有功功率， 達到改善冶煉爐況的目的；在冶煉工藝上採用調整爐料配比及強壓電極(讓電爐變過載運行)等方法來提高爐內有功功率，達到改善冶煉爐況的目的。上述方法在改善爐況方面雖有一定效果，但也造成了一定負面後果。如強壓電極， 讓電爐變過載運行(有些廠家電爐變過載50% )將會加速變壓器內部絕緣老化，大大降低變壓器的使用壽命；由於強壓電極會引起變壓器電流增加，導致自然功率因數更低，系統無功損耗加大，能耗上升；前移變壓器縮短短網(有些廠家甚至將電爐變幾乎推至冶煉爐罩上)，由於變壓器越靠近爐體吸收的輻射熱也越多，必然影響變壓器出力及使用壽命。因此， 上述方法即不科學又不經濟，但為了滿足生產需要也只能如此。多年以來，礦熱電阻式電弧爐的建設及運行技術基本停留在建國初期的技術水平上，雖然在容量上已逐步變大，但在節能及冶煉工藝技術方面沒有大的創新和發展。礦熱電阻式電弧爐系列，早在90年代國內就已經開始研究在電爐變低壓側，對礦熱電阻式電弧爐進行低壓無功功率補償技術。由於當時國內生產製造低電壓電力電容器技術不成熟，低壓無功功率補償是通過在電爐變低壓側增設升壓變壓器，將低壓升高後再利用高壓電力電容器進行補償。另一辦法是，在電爐變中增設中壓補償繞組，將高壓電力電容器接至中壓繞組對電石爐系統進行補償。這些方法雖有一定的補償效果，但由於設備投資過大，一般企業很難承受，使低壓無功功率補償技術研究受阻較大，發展速度緩慢。近幾年以來，隨著國內生產製造低電壓電力電容器技術的成熟。國內個別公司開始加緊研發礦熱電阻式電弧爐低壓無功補償技術，並在從變壓器二次側提高網端功率因數方面取得了較明細的效果，使電爐變的負載率明細降低，但在提高入爐功率及改善爐況降低能耗方面尚沒有突破性進展。

發明內容
有鑑於此，有必要提供一種提高入爐功率及確保爐況長期穩定工作的節能型矽鐵冶煉設備。還有必要提供一種提高入爐功率及確保爐況長期穩定工作的短網低壓無功功率補償方法。一種節能型矽鐵冶煉設備，包括電爐電極、工作短網、補償短網、低壓補償裝置、變壓器及高壓補償裝置。變壓器的一次側與高壓補償裝置電性連接，變壓器的二次側通過工作短網與電爐電極電性連接。電爐電極還通過補償短網與低壓補償裝置電性連接，以將電爐電極上的電壓提高，進而增加冶煉電弧長度。用於將高壓採用櫃式低壓電容器、控制櫃組成，通過短網直接作用於電極(包括軟聯、集電環、導電板)。通過計算機來監控電容器裝置。可根據電壓、功率因數、有功功率等來跟蹤調節無功容量(以達到最佳補償效果)，人工控制投切電容器。無功補償裝置包括電容器BSMJR-0. 2-16. 53，504隻等電容器設備，安裝在14個柜子裡。控制系統安裝在一個櫃體中，整套裝置要有過流，過壓，失壓，急停等保護.控制器硬體使用P L C。控制系統採用二次電壓加一次電流綜合的監控原來低壓電容器補償位置在冶煉變壓器的低壓側樁頭上，由於冶煉變低壓側到冶煉電極還有幾十米的距離，電壓降也很大，補償前電壓128V，補償後電壓變為132V，效果不是很明顯。經過我們的研究，決定將低壓補償點直接改到電極的短網上，補償到電極的最末端，電極與銅管之間用水冷電纜連接，這樣變可解決電極溫度高、電極上下移動等許多問題；這樣最高限度的提高冶煉電極的電壓，是最好的補償點.把最需要的無功送給最需要電極，是最直接最完美的補償方法，把電極間電壓從128V提高到 139V，冶煉爐吃料速度明顯加快，有功功率增加了許多，無功下降了好多，電極做功明顯加快。這是冶煉技術又一次變革。這樣補償是最直接、最有效的補償方法。電極與銅管之間用水冷電纜連接一種短網低壓無功功率補償方法，該基於短網低壓無功功率補償方法包括以下步驟在與高壓電網連接的變壓器的一次側電性連接高壓補償裝置；通過工作短網將變壓器的二次側與電爐電極電性連接；通過補償短網將電爐電極與低壓補償裝置電性連接，以將電爐電極上的電壓提高，進而增加冶煉電弧長度。上述基於射頻識別技術的商品防偽系統及方法和防偽電子裝置，將生產廠商的商品信息、生產廠商信息及生產廠商購買的電子標籤的電子標籤身份標識號碼存儲在查詢服務系統中，用戶利用防偽電子裝置驗證商品真偽時，防偽電子裝置獲取貼設在商品上的電子標籤中的電子標籤信息，並根據獲取的電子標籤身份標識號碼產生查詢信息，將產生的查詢信息傳送給查詢服務系統，並接收查詢服務系統提供的根據查詢信息查找到的商品信息、生產廠商信息。防偽電子裝置比較接收到的廠家信息及商品信息與讀取的電子標籤信息中的廠家信息及商品信息是否相同，來確定商品的真偽。防偽電子裝置在判斷商品的真偽時，從查詢服務系統獲取真實的基準信息，並將從貼設在商品上的電子標籤中獲取的電子標籤信息與獲取真實的基準信息進行比較，如此，在制假者寫入與假冒商品信息及假冒生產廠商信息時，仍然可以判斷出商品的真偽。


附圖1是現有技術中的電子標籤中電子標籤記錄格式示意圖附圖2是一較佳實施方式的基於射頻識別技術的商品防偽系統的功能模塊圖
具體實施例方式如圖1所示，節能型矽鐵冶煉設備10包括電爐電極11、工作短網12、補償短網13、 低壓補償裝置14、變壓器15及高壓補償裝置16。變壓器15的一次側與高壓補償裝置16電性連接，變壓器15的二次側通過工作短網12與電爐電極11電性連接。電爐電極11還通過補償短網13與低壓補償裝置14電性連接，以將電爐電極11上的電壓提高，進而增加冶煉電弧長度。其中，低壓補償裝置採用櫃式低壓電容器、控制櫃組成，通過短網直接作用於電極(包括軟聯、集電環、導電板)。通過計算機來監控電容器裝置。可根據電壓、功率因數、有功功率等來跟蹤調節無功容量(以達到最佳補償效果)，人工控制投切電容器。(1)原來低壓電容器補償位置在冶煉變壓器的低壓側樁頭上，由於冶煉變低壓側到冶煉電極還有幾十米的距離，電壓降也很大，補償前電壓128V，補償後電壓變為132V，效果不是很明顯。經過我們的研究，決定將低壓補償點直接改到電極的短網上，補償到電極的最末端，電極與銅管之間用水冷電纜連接，這樣變可解決電極溫度高、電極上下移動等許多問題；這樣最高限度的提高冶煉電極的電壓，是最好的補償點.把最需要的無功送給最需要電極，是最直接最完美的補償方法，把電極間電壓從128V提高到139V，冶煉爐吃料速度明顯加快，有功功率增加了許多，無功下降了好多，電極做功明顯加快。這是冶煉技術又一次變革。這樣補償是最直接、最有效的補償方法。(2)按設計要求低壓補償要補到0. 94左右，由於負荷頻繁變化，導致功率因數也跟著變化；為了滿足功率因數要求，低壓電容器頻繁投退，電容器操作頻繁，引起操作過電壓和諧波過電壓，這些過電壓的產生很容易燒壞接觸器、保險等電器元件。導致電容器不能正常運行，為電容器安全運行帶來麻煩；導至電容器不能長期運行，增加了運行成本。現改為低壓電容器補償最多補償到0. 9左右，稍欠一些，不足部分，由高壓補償來實現；手動依次投入，低壓電容器投入後一直運行，不隨冶煉變負荷變化而變化，取消自動投切功能；這樣就避免了低壓電容器頻繁操作，引起過電壓；也保證了電氣元件長期在安全電壓下可靠運行。(3)低壓電容器迴路中加裝避雷器或過電壓保護器等電氣設備，防止過電壓造成其它損壞。(4)把所有二次無功補償裝置做防灰塵處理，防止灰塵進入電氣元件觸點，影響電氣原件的導電能力；大電流通過時，可能會引起觸點發熱，導致觸點燒毀等事故，影響設備正常運行。(5)低壓電容器應在爐況完全正常情況下，再投入運行；最好不要再烘爐等異常情況下投入(6)必要時，可以在低壓電容器控制迴路中加入斷路器，提高電容器投退時的可靠性和安全性；提高滅弧能力。(7)低壓電容器投運前，應做好各種調試工作，合格後在投運。二、概述我們2004年在我們冶煉爐安裝了一套二次低壓補償裝置，安裝完以後，由於種種原因沒有正常投入運行。這幾年以來，隨著冶煉技術水平大幅度提高，科學技術的應用；冶煉行業在降低能耗、提高效益方面也做了大量的工作，為了把這些已有設備發揮最大的效益，所以就想把這一套二次低壓無功補償裝置進行針對的、必要的改造，並進行理論分析和詳細的計算推導，並根據2010年前半年的運行數據做基礎，提出了詳細的改造方案；
原始參數額定容量12500KVA運行容量16500KVA功率因數0· 78一次運行電壓37KV一次運行電流265A二次運行電壓150V電耗8900KWAH/ 噸日產量36噸(1-8月)二次無功補償參數容量6700Kvar運行一次電壓37· 5KV運行容量16500KVA補償系統無功電流11764A無功補償裝置包括電容器BSMJR-0. 2-16. 53，504隻等電容器設備，安裝在14個柜子裡。控制系統安裝在一個櫃體中，整套裝置要有過流，過壓，失壓，急停等保護.控制器硬體使用P L C。控制系統採用二次電壓加一次電流綜合的監控。三、對二次無功補償裝置做以下改進(1)原來低壓電容器補償位置在冶煉變壓器的低壓側樁頭上，由於冶煉變低壓側到冶煉電極還有幾十米的距離，電壓降也很大，補償前電壓128V，補償後電壓變為132V，效果不是很明顯。經過我們的研究，決定將低壓補償點直接改到電極的短網上，補償到電極的最末端，電極與銅管之間用水冷電纜連接，這樣變可解決電極溫度高、電極上下移動等許多問題；這樣最高限度的提高冶煉電極的電壓，是最好的補償點.把最需要的無功送給最需要電極，是最直接最完美的補償方法，把電極間電壓從128V提高到139V，冶煉爐吃料速度明顯加快，有功功率增加了許多，無功下降了好多，電極做功明顯加快。這是冶煉技術又一次變革。這樣補償是最直接、最有效的補償方法。(2)按設計要求低壓補償要補到0. 94左右，由於負荷頻繁變化，導致功率因數也跟著變化；為了滿足功率因數要求，低壓電容器頻繁投退，電容器操作頻繁，引起操作過電壓和諧波過電壓，這些過電壓的產生很容易燒壞接觸器、保險等電器元件。導致電容器不能正常運行，為電容器安全運行帶來麻煩；導至電容器不能長期運行，增加了運行成本。現改為低壓電容器補償最多補償到0. 9左右，稍欠一些，不足部分，由高壓補償來實現；手動依次投入，低壓電容器投入後一直運行，不隨冶煉變負荷變化而變化，取消自動投切功能；這樣就避免了低壓電容器頻繁操作，引起過電壓；也保證了電氣元件長期在安全電壓下可靠運行。(3)低壓電容器迴路中加裝避雷器或過電壓保護器等電氣設備，防止過電壓造成其它損壞。(4)把所有二次無功補償裝置做防灰塵處理，防止灰塵進入電氣元件觸點，影響電氣原件的導電能力；大電流通過時，可能會引起觸點發熱，導致觸點燒毀等事故，影響設備正常運行。(5)低壓電容器應在爐況完全正常情況下，再投入運行；最好不要再烘爐等異常情況下投入(6)必要時，可以在低壓電容器控制迴路中加入斷路器，提高電容器投退時的可靠性和安全性；提高滅弧能力。(7)低壓電容器投運前，應做好各種調試工作，合格後在投運。一、理論分析補償前數據視在功率16500KVA功率因數0· 78(1-8月平均)補償後希望達到功率因數0. 9P = S* (COS Φ 2-C0S Φ 1)= S* (0· 9-0. 78)= S*0.12= 16500*0. 12= 1980KWP—補償後有功功率提高值，S—冶煉變壓器視在功率，COSO 2補償後的功率因數，coscin補償前的功率因數。Q = S* (Sin Φ 2_Sin Φ 1)= 16500* ( V 1-0.92- V 1-0. 722)= 16500* (0· 436-0. 694)= -16500*0. 258= -4257KvarQ----功率因數補償到C0Sc52時，需要補償的無功容量；S-變壓器的視在功率；從上式可以看出，要把冶煉變壓器功率因數從0. 78提高到0. 9，還需低壓二次補償容量為4257Kvar，有功功率提高了 1980KW，有功功率的提高就能提高產量，也就是說變壓器出力增加了；從上面結果可以看出，相當於增加了一臺1980KW的冶煉爐。對變壓器來說，視在功率沒變，對變壓器沒什麼影響，提高了感性負荷，減低了變壓器容性損耗，提高了變壓器的利用率和效率。請參看圖2，其為一較佳實施方式的一種短網低壓無功功率補償方法，該基於短網低壓無功功率補償方法包括以下步驟步驟S800，在與高壓電網連接的變壓器的一次側電性連接高壓補償裝置。步驟S801，通過工作短網將變壓器的二次側與電爐電極電性連接。步驟S802，通過補償短網將電爐電極與低壓補償裝置電性連接，以將電爐電極上的電壓提高，進而增加冶煉電弧長度。步驟S803，。步驟S804,。目前，隨著國家產業政策的調整及節能減排任務的實施，國內各地已相繼開始建設大型礦熱電阻式電弧爐。大型爐建設中，多數已採用分相節能型電爐變壓器及組合把持器技術，在節電方面較為突出。但大型爐的自然功率因數更低，這一問題仍然沒有得到有效解決。因此，大型礦熱電阻式電弧爐低壓無功補償技術，將成為其不可分割的一部分。
根據大型礦熱電阻式電弧爐的特點，其低壓無功補償裝置的設計，將在原補償技術上，配合爐子主體設計突出入爐功率補償，減少電爐變的容量損失，將礦熱電阻式電弧爐的技術創新推向新的高潮。大型礦熱電阻式電弧爐應用低壓無功補償技術後，在原有效果的基礎上將實現以下效果由於低補裝置的作用使自然功率因數大大提高，因此電爐變壓器的額定容量可以適當減小。從而可以減少設備投資，減少運行時的基本容量電費。
權利要求
1.一種節能型矽鐵冶煉設備，包括冶煉電極、工作短網、變壓器及高壓補償裝置，其特徵在於該節能型矽鐵冶煉設備還包括補償短網、低壓補償裝置；變壓器的一次側與高壓補償裝置電性連接，變壓器的二次側通過工作短網與冶煉電極電性連接；冶煉電極還通過補償短網與低壓補償裝置電性連接，以將冶煉電極上的電壓提高，進而增加冶煉電極的有功功率。
2.根據權利要求1所述的節能型矽鐵冶煉設備，其特徵在於補償短網包括銅管，銅管通過水冷電纜分別與冶煉電極、低壓補償裝置電性連接。
3.根據權利要求1所述的節能型矽鐵冶煉設備，其特徵在於低壓補償裝置包括低壓電容器組，低壓電容器組迴路中加裝有避雷器或過電壓保護器等電氣設備。
4.根據權利要求3所述的節能型矽鐵冶煉設備，其特徵在於低壓補償裝置經過防灰塵處理。
5.根據權利要求3所述的節能型矽鐵冶煉設備，其特徵在於低壓電容器組控制迴路中設置有斷路器，用以提高電容器投退時的可靠性和安全性。
6.一種短網低壓無功功率補償方法，該短網低壓無功功率補償方法應用於包括冶煉電極、工作短網、補償短網、低壓補償裝置、變壓器及高壓補償裝置的節能型矽鐵冶煉設備中， 該短網低壓無功功率補償方法包括以下步驟在與高壓電網連接的變壓器的一次側電性連接高壓補償裝置；通過工作短網將變壓器的二次側與冶煉電極電性連接；通過補償短網將冶煉電極與低壓補償裝置電性連接，以將冶煉電極上的電壓提高，進而增加冶煉電極的有功功率。
7.根據權利要求6所述的短網低壓無功功率補償方法，其特徵在於補償短網包括銅管，銅管通過水冷電纜分別與冶煉電極、低壓補償裝置電性連接。
8.根據權利要求6所述的短網低壓無功功率補償方法，其特徵在於低壓補償裝置包括低壓電容器組，低壓電容器組迴路中加裝有避雷器或過電壓保護器等電氣設備。
9.根據權利要求8所述的短網低壓無功功率補償方法，其特徵在於低壓補償裝置經過防灰塵處理，低壓補償裝置中的低壓電容器組控制迴路中設置有斷路器，用以提高電容器投退時的可靠性和安全性。
10.根據權利要求8所述的短網低壓無功功率補償方法，其特徵在於還包括以下步驟在節能型矽鐵冶煉設備的爐況完全正常情況下，手動依次投入低壓補償裝置中的低壓電容器組，並保持低壓電容器組在投入後一直運行，以保證節能型矽鐵冶煉設備生產時能夠穩定運行。
全文摘要
一種節能型矽鐵冶煉設備，包括冶煉電極、工作短網、補償短網、低壓補償裝置、變壓器及高壓補償裝置。變壓器的一次側與高壓補償裝置電性連接，變壓器的二次側通過工作短網與冶煉電極電性連接。冶煉電極還通過補償短網與低壓補償裝置電性連接，以將冶煉電極上的電壓提高，進而增加冶煉電極的有功功率。本發明還提供了一種短網低壓無功功率補償方法。
文檔編號H02J3/18GK102263412SQ20111004472
公開日2011年11月30日 申請日期2011年2月24日 優先權日2011年2月24日
發明者劉成平, 宣儉, 李滿素 申請人:寧夏天淨天達冶金有限公司