一種用於礦熱爐低壓補償的電極電流測量裝置的製作方法

2023-07-24 11:16:01 1

專利名稱：一種用於礦熱爐低壓補償的電極電流測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及冶金工業領域的大電流測量領域，特別是涉及礦熱爐低壓側有無功補償裝置時的短網大電流檢測，以及用於礦熱爐低壓補償的電極自動控制時的電極電流測量>J-U ρ α裝直。
背景技術：
礦熱爐是耗電量巨大的工業電爐，爐變(也稱為礦熱爐變壓器)低壓側電流大都在幾萬安甚至十幾萬安，測量困難，因此很多礦熱爐低壓補償都是以高壓側功率因數為控制目標，電極的操作也是以高壓側電流和功率作為參考，如圖1所示，CTA, CTB、CT。為設置在高壓側的電流互感器，其檢測高壓側線電流iA、iB、ie，因電極電流i8由高壓線電流 iA、iB、ie經過爐變的檔位變比折算得到的，所以電極操作以高壓側線電流近似正比於電極電流的關係並結合經驗的方法來指導進行的。其次，也有少量利用爐變自帶的低壓側電流互感器來測量，圖1中CTa、CTb、CT。為爐變內部的低壓側電流互感器。
另外，近來雖說出現了一些礦熱爐低壓大電流直接測量儀器，但都沒考慮有低壓無功補償的情況，不適合有低壓補償時的電極電流測量，現在還沒有專門應用於礦熱爐低壓無功補償的電極電流測量裝置出現。
由於變壓器和輸送大電流的短網產生大量的無功，短網的阻抗和感抗引起的電壓下降，以及由於短網結構不對稱等因素，致使線路損耗高，變壓器的利用率低，三相功率不平衡、能耗增加，所以在低壓側短網末端進行無功補償越來越受到重視，而根據高壓電流來操作電極也不能如實反映入爐功率及入爐功率平衡，因此能否對爐變低壓側電流及電極電流精確的進行測量顯得尤為重要，其關係到無功補償的效果，以及電極深度的調節工藝。
目前幾乎所有的電極電流參數都採用上述高壓側電流折算的方法，雖然該方法簡單方便，但由於變壓器的鐵損和銅損，以及低壓短網的阻抗及感抗的影響，致使折算所得電極電流不能反映入爐電極電流真實狀況，因此此類電極電流採樣方式嚴重影響了電極操作及生產；當設置了低壓無功補償時，通過這種方式不能正確計算電極電流，該爐變低壓側電流是補償電流和電極相電流的和，且正常運行時補償電流很大，也很難直接測量。發明內容
為了解決以上現有的礦熱爐低壓大電流採樣方式的局限性，本發明提供了一種用於礦熱爐低壓補償的電極電流測量裝置，其彌補了以上方法的不足，具有測量精確、測量範圍寬、安裝方便、價格低等多種優點。
根據本發明，所述電極電流測量裝置由結構相同的三相分系統組成，每相分系統包括用於測量爐變低壓側電流和電容補償電流的作為電流傳感器的羅氏線圈、用於測量電容補償電流的電容電流檢測箱、和用於檢測爐變低壓側電流並計算電極電流的複合電流檢測箱。
其中，所述羅氏線圈分別纏繞於爐變二次銅管和低壓電容補償櫃出線銅管上，其輸出信號為一次電流的微分電壓信號所述低壓電容補償櫃出線銅管所纏繞羅氏線圈的信號引出線與所述電容電流檢測箱的總加積分器相連，對該信號進行總加積分處理得到電容補償電流I4 ;所述爐變二次銅管所纏繞的羅氏線圈的信號引出線與所述複合電流檢測箱的總加積分器相連，對該信號進行總加積分處理得到爐變低壓側電流iif￡;所述電容電流檢測箱安裝有總加積分器I和外部接線端子I ;所述複合電流檢測箱安裝有總加積分器2、 兩個加法器I和2、和外部接線端子2 ;所述電容電流檢測箱與所述複合電流檢測箱連接，將所述電容補償電流1^送入所述複合電流檢測箱的加法器I與所述爐變低壓側電流iis進行矢量減法計算得到低壓補償接入點之後短網上的補償後電流i#Jg ;本相複合電流檢測箱與接入同一電極的前一相複合電流檢測箱相連，將前相補償後電流送入本相複合電流檢測箱的加法器2與本相補償後電流相減得到本相電極電流itl，其中(HtfJ。
本相複合電流檢測箱與後相複合電流檢測箱連接，將本相!^^送給下一相，用於下一相電極電流的計算。
優選地，所述羅氏線圈為鉗形PCB羅氏線圈。所述鉗形PCB羅氏線圈由A和B兩個半圓線圈組成，所述A和B兩個半圓線圈分別膠封於兩個塑料半圓外殼中，所述兩個塑料半圓外殼通過轉軸和卡口連接以形成一個完整的圓形羅氏線圈。
優選地，所述低壓電容補償櫃出線銅管和所述爐變二次銅管分別為至少兩根。
優選地，每根低壓電容補償櫃出線銅管和每根爐變二次銅管分別纏繞一根羅氏線圈。
優選地，所述複合電流檢測箱還安裝有開關電源。
此外，所述複合電流檢測箱還與電極電流顯示箱連接以顯示現場電極電流數據。 所述複合電流檢測箱還與用於控制和顯示所送入的低壓側電流、電容補償電流、補償點後電流以及電極電流的無功補償控制器連接。所述複合電流檢測箱安裝有2個電流表以顯示其所得電 流數據。所述電容電流檢測箱安裝有I個電流表以顯示其所得電流數據。
與採用高壓側電流互感器折算的方法相比，該系統為對低壓大電流進行直接測量，避免了從高壓側折算時由於變壓器銅損和鐵損及線路的阻抗和感抗所引起的誤差，能實現爐變二次側、電容補償電流和電極電流的準確測量，其精度可達O. 5%以內，相位在 O. 5%以內，線性度好可達O. 1%。
利用羅氏線圈傳感器，解決了設置低壓無功補償裝置時採用高壓側折算方法和採用爐變自帶低壓電流互感器時的補償電流和電極電流測量難題；
該系統結合礦熱爐低壓補償使用，可以測量爐變低壓側電流、電容補償電流、補償接入點後電流及電極電流，具有可以檢測多項電流參數的功能，性能強大。
另外，該裝置所使用PCB鉗形羅氏線圈傳感器，其具備相位誤差小，測量範圍寬、 不會產生高電壓等電性能優點，羅氏線圈可以用來測量尺寸很大或形狀不規則的導體電流，非常適合於礦熱爐短網銅管，線圈所需的安裝空間極小，安裝簡單方便，無須破壞導體。
該裝置由羅氏線圈配合後續模擬電路組成，具有結構簡單，省材料、體積小、造價低等優點。


圖1為現有礦熱爐電流傳輸系統的結構示意圖2為礦熱爐的電極電流測量的矢量圖3為本發明的礦熱爐的電極電流測量裝置(一相)的結構示意圖4 Ca)為本發明的電極電流測量裝置中複合電流檢測箱的結構框圖
圖4 (b)為本發明的電極電流測量裝置中電容電流檢測箱的結構框圖
圖4 (c)為本發明的電極電流測量裝置中電極電流顯示箱的結構框圖
圖4 (d)為本發明的電極電流測量裝置中鉗形PCB羅氏線圈的結構框圖。
具體實施方式

為了使審查員能進一步了解本發明的結構、特徵及其他目的，現結合所附較佳實施例附以附圖詳細說明如下，使用本附圖所說明的實施例僅用於說明本發明的技術方案， 並非限定本發明。
如圖1所示，圖1為礦熱爐電流傳輸系統的結構示意圖。其中，圖1中虛線圓內部為爐體內部系統，虛線方框內為無功補償系統，其餘為變壓器和短網系統。由圖2中所示電流參考方向可得該電極電流測量裝置所應用的矢量合成方法，各電流矢量計算關係式如下 (公式I):
I 補後 a -1tta -1#a；!補—-1fftb -1frb;!補仏-1tec -1^c;
1極1#—1補仏-1補後為請―I補—-1補後-1補師；
(公式I)
其電流矢量如圖2所示，該電極電流測量裝置即是採用上述矢量計算得出電極電流的大小。
本發明採用礦熱爐低壓補償的電極電流測量裝置，其中，作為電流傳感器的羅氏線圈對爐變低壓側及補償電容器電流進行直接測量，然後通過上述矢量計算得出電極電流的大小。
如圖3所示，圖3為礦熱爐的電極電流測量裝置(一相)的結構示意圖。該電極電流測量裝置由結構相同的三相分系統組成，每相分系統包括用於測量爐變低壓側電流和電容補償電流的作為電流傳感器的羅氏線圈、用於測量電容補償電流的電容電流檢測箱、和用於檢測爐變低壓側電流並計算電極電流的複合電流檢測箱。
所述羅氏線圈分別纏繞於爐變二次銅管和低壓電容補償櫃出線銅管上，其輸出信號為一次電流的微分電壓信號 #,。
所述低壓電容補償櫃出線銅管所纏繞羅氏線圈的信號引出線與所述電容電流檢測箱的總加積分器相連，其對該信號進行總加積分處理得到電容補償電流^，其中^Σ 夂。
所述爐變二次銅管所纏繞的羅氏線圈的信號引出線與所述複合電流檢測箱的總加積分器相連，其對該信號進行總加積分處理得到爐變低壓側電流iis，其中i低=Σ] '。
所述電容電流檢測箱安裝有總加積分器和外部接線端子。
所述複合電流檢測箱安裝有總加積分器、兩個加法器和外部接線端子。
所述電容電流檢測箱與所述複合電流檢測箱連接，將所述電容補償電流送入所述複合電流檢測箱的加法器I與所述爐變低壓側電流Ifs進行矢量減法計算得到低壓補償接入點之後短網上的補償後電流,其中i補後。
本相複合電流檢測箱與接入同一電極的前一相複合電流檢測箱相連，將前相補償後電流送入本相複合電流檢測箱的加法器2與本相補償後電流相減得到本相電極電流 β ,其中I極I#後(本)補後-(it) °
本相複合電流檢測箱與後相複合電流檢測箱連接，將本相送給下一相，用於下一相電極電流的計算。
所述電容電流檢測箱內部安裝總加積分器，外部接線端子，箱體門上安裝電流表。 所述複合電流檢測箱內部安裝總加積分及兩個加法器、開關電源、外部接線端子、箱體門上安裝電流表可現場顯示電流數據。
這裡，加法器I和加法器2進行減法計算，僅只是被減矢量輸入信號極性反接而實現；所得的爐變低壓側電流iis、電容補償電流4和補償後電流i#Jg送入無功補償控制器作為控制和顯示的參數，電極電流[8提供給電極自動控制系統作為電極深度調節參數。
本發明的電極電流測量裝置組成包括羅氏線圈、複合電流檢測箱、電容電流檢測箱和電極電流顯示箱。下面結合圖4對本發明進行詳細說明。
圖4 (d)所示羅氏線圈為本裝置所用鉗形PCB羅氏線圈，其PCB線圈部分由A和 B兩個半圓線圈組成，該兩個半 圓線圈分別膠封於一個塑料半圓外殼中，然後兩個外殼通過轉軸和卡口連接形成一個完整的圓形羅氏線圈。羅氏線圈在系統中起電流檢測和電氣隔離作用，當穿過線圈的銅管中有電流時，羅氏線圈感應出與該電流大小成正比，相位超前90° 的電壓信號。該鉗形結構線圈在安裝時不需破壞銅管，非常適合礦熱爐短網電流的測量。
圖4(a)為複合電流檢測箱內部結構原理圖，包含一路總加積分器、兩路總加法器、 開關電源、電流表和接線端子。總加積分器的作用為通過對爐變低壓銅管羅氏線圈檢測到的信號進行濾波、總加積分及量程變換後得到低壓側電流信號。兩路總加器分別對其輸入信號進行濾波、加法及量程變換得到本相補償後電流和電極電流。這些計算模塊運算所需數據和計算結果都通過接線端子進行傳輸；開關電源對本相裝置提供電源，除了給本複合電流檢測箱內各個矢量計算模塊和電流表提供電源外，還通過接線端子給本相電容電流檢測箱提供DC±12V電源；該箱體前面安裝兩個電流表，對計算結果進行現場顯示。
圖4 (b)為電容電流檢測箱內部結構原理圖，其包括一路總加積分器、電流表和接線端子，其中總加積分器對輸入的補償銅管羅氏線圈信號進行濾波、總加積分及量程變換後得到電容補償電流，並通過接線端子引出箱體。
圖4 (C)所示為電極電流顯示箱內部結構圖，包括一個開關電源和三個電流表，其中開關電源為電流表提供電源，三塊電流表接收各相複合電流檢測箱計算所得電極電流信號進行顯示，指導現場操作人員進行電極操作。
綜上所述，本系統完全滿足礦熱爐低壓補償對爐變低壓側大電流參數的需要，其 結構簡單，現場安裝、布線及維修不涉及短網系統，施工方便；其應用靈活，可以根據現場短 網情況輕易的變換和修改；此系統不局限於礦熱爐補償電流檢測，也可應用於電力輸配電、 化工電解等領域。
權利要求
1.一種用於礦熱爐低壓補償的電極電流測量裝置，所述電極電流測量裝置由結構相同的三相分系統組成，每相分系統包括用於測量爐變低壓側電流和電容補償電流的作為電流傳感器的羅氏線圈、用於測量電容補償電流的電容電流檢測箱、和用於檢測爐變低壓側電流並計算電極電流的複合電流檢測箱；其中， 所述羅氏線圈分別纏繞於爐變二次銅管和低壓電容補償櫃出線銅管上，所述羅氏線圈的輸出信號為一次電流的微分電壓信號; 所述低壓電容補償櫃出線銅管所纏繞羅氏線圈的信號引出線與所述電容電流檢測箱的總加積分器相連，對該信號進行總加積分處理得到電容補償電流i#; 所述爐變二次銅管所纏繞的羅氏線圈的信號引出線與所述複合電流檢測箱的總加積分器相連，對該信號進行總加積分處理得到爐變低壓側電流； 所述電容電流檢測箱安裝有總加積分器I和外部接線端子I; 所述複合電流檢測箱安裝有總加積分器2、兩個加法器I和2、和外部接線端子2 ； 所述電容電流檢測箱與所述複合電流檢測箱連接，將所述電容補償電流|#送入所述複合電流檢測箱的加法器I與所述爐變低壓側電流ifS進行矢量減法計算得到低壓補償接入點之後短網上的補償後電流i#/g ； 本相複合電流檢測箱與接入同一電極的前一相複合電流檢測箱相連，將前相補償後電流送入本相複合電流檢測箱的加法器2與本相補償後電流相減得到本相電極電流ift。
2.如權利要求1所述的電極電流測量裝置，其特徵在於，所述羅氏線圈為鉗形PCB羅氏線圈。
3.如權利要求2所述的電極電流測量裝置，其特徵在於，所述鉗形PCB羅氏線圈由A和B兩個半圓線圈組成，所述A和B兩個半圓線圈分別膠封於兩個塑料半圓外殼中，所述兩個塑料半圓外殼通過轉軸和卡口連接以形成一個完整的圓形羅氏線圈。
4.如權利要求1所述的電極電流測量裝置，其特徵在於，所述低壓電容補償櫃出線銅管和所述爐變二次銅管分別為至少兩根。
5.如權利要求4所述的電極電流測量裝置，其特徵在於，每根低壓電容補償櫃出線銅管和每根爐變二次銅管分別纏繞一根羅氏線圈。
6.如權利要求f5任一所述的電極電流測量裝置，其特徵在於，所述複合電流檢測箱還安裝有開關電源。
7.如權利要求1飛任一所述的電極電流測量裝置，其特徵在於，所述複合電流檢測箱還與電極電流顯示箱連接，以顯示現場電極電流數據。
8.如權利要求7所述的電極電流測量裝置，其特徵在於，所述複合電流檢測箱安裝有2個電流表以顯示其所得電流數據。
9.如權利要求1飛任一所述的電極電流測量裝置，其特徵在於，所述複合電流檢測箱還與用於控制和顯示所送入的低壓側電流、補償電容電流、補償點後電流以及電極電流的無功補償控制器連接。
10.如權利要求1所述的電極電流測量裝置，其特徵在於，所述電容電流檢測箱安裝有I個電流表以顯示其所得電流數據 。
全文摘要
本發明提供了一種用於礦熱爐低壓補償的電極電流測量裝置，所述電極電流測量裝置由結構相同的三相分系統組成，每相分系統包括用於測量爐變低壓側電流和電容補償電流的羅氏線圈傳感器、用於測量電容補償電流的電容電流檢測箱、和用於檢測爐變低壓側電流並計算電極電流的複合電流檢測箱。本發明具有測量精確、測量範圍寬、安裝方便、價格低等多種優點。
文檔編號G01R19/00GK102998514SQ20121046650
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者李俊彪, 王浩, 李湘 申請人:北京思能達電力電子技術有限公司