Способ регулирования мощности дуговой трехэлектродной электропечи переменного тока с применением однофазных управляемых реакторов



Способ регулирования мощности дуговой трехэлектродной электропечи переменного тока с применением однофазных управляемых реакторов

 


Владельцы патента RU 2432718:

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Липецкий государственный технический университет (ГОУ ВПО ЛГТУ) (RU)

Способ регулирования мощности дуговой трехэлектродной электропечи переменного тока с применением однофазных управляемых реакторов относится к электротехнике, а именно к электрометаллургии и способам регулирования мощности в трехэлектродных дуговых печах переменного тока. Способ заключается в выравнивании мощности по фазам путем управления током дуги каждого из электродов и регулировании электрических параметров короткой сети за счет включения в фазы между печным трансформатором и короткой сетью в одну или несколько фаз с наименьшим значением реактивного сопротивления однофазных управляемых электрических реакторов трансформаторного типа. Преимущество способа заключается в минимизации негативного воздействия на питающую сеть и в том, что по сравнению с батареями статических конденсаторов однофазный управляемый электрический реактор трансформаторного типа менее чувствителен к влиянию токов высших гармонических составляющих, имеет больший срок службы и надежность при эксплуатации. 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрометаллургии и к способам регулирования мощности в трехэлектродных дуговых печах переменного тока, и направлено на уменьшение удельного расхода электроэнергии, повышение их производительности, минимизацию негативного воздействия на питающую сеть и повышение надежности функционирования регулирующего устройства.

Известен способ регулирования мощности трехфазной дуговой электропечи, основанный на управлении величиной тока дуги каждого из электродов и регулировании реактивного сопротивления короткой сети за счет батарей статических конденсаторов (БК), подключаемых параллельно фазе с наибольшей реактивной составляющей сопротивления [Пат. РФ №2275759, МПК Н05В 7/148 (2006.01), заявл. 01.09.2004].

Включение БК на низшее напряжение печного трансформатора предполагает выполнение условия синусоидальности тока дуговой трехэлектродной печи, которое проблематично осуществить на практике [2]. Несинусоидальный характер тока печи обусловлен воздействием случайных факторов, природой горения и специфической характеристикой электрической дуги.

Дуговые электропечи являются источниками электромагнитных помех. Колебания напряжения обусловлены колебаниями токов дуг, несимметрия токов и напряжений - неравномерностью распределения нагрузки по фазам или возникновением аварийной ситуации. Перенапряжения на стороне первичного напряжения печного трансформатора появляются при коммутациях электропечных трансформаторов вакуумными выключателями. Провалы напряжения наблюдаются при коротких замыканиях электродов на шихту. Несинусоидальность формы кривой напряжения, высшие гармоники токов и напряжений вызваны специфичностью нагрузки электропечи. Наличие таких электромагнитных возмущений оказывает негативное воздействие на питающую сеть, снижает производительность и увеличивает потребление электроэнергии печи.

Рассматриваемый способ имеет некоторые недостатки. Это - трудности, возникающие при коммутациях значительных емкостей, а также существенные перегрузки БК токами высших гармонических составляющих, что снижает срок их службы и способствует преждевременному выходу из строя. Уменьшение реактивного сопротивления короткой сети за счет включения БК может снизить устойчивость горения дуги, что вызывает возрастание колебаний токов и напряжений. Указанный способ не позволяет минимизировать глубину провала напряжения, возникающего на стороне высшего напряжения печного трансформатора при эксплуатационном коротком замыкании электродов на шихту.

В течение цикла функционирования печного агрегата возникает динамическое изменение реактивных сопротивлений каждой фазы короткой сети. Это вызывает нарушение симметричного режима работы и появление смещения нейтральной точки нагрузки относительно нейтральной точки трансформатора. Суммарная активная мощность печи не изменяется, однако производительность электропечи меньше, чем при симметричном режиме работы [3]. В период расплавления дуги горят неустойчиво. Наблюдаются частые обрывы дуг и короткие замыкания электродов, возникающие при обвалах шихты. Появляются наиболее резкие колебания реактивного сопротивления короткой сети. Это вызвано значительными перемещениями электродов и изменением пути тока в рабочем пространстве печи. При этом изменяется внутрипечное сопротивление, до 97,7% которого составляет индуктивная составляющая. На исследованной печи ДСП-100 ее значение колеблется в диапазоне от 4 до 16 мОм. На практике встречаются частный и общий случаи несимметрии. Наиболее часто возникает частный случай асимметричного режима, при котором сопротивление одной фазы значительно отличается от сопротивлений других фаз. Вследствие неравенства электрических параметров короткой сети одна из фаз имеет наименьшее реактивное сопротивление, а следовательно, больший ток. Эту фазу принято называть «дикой». Излучение дуги этой фазы значительнее, чем других фаз, имеющих большие реактивные сопротивления. Ее электрод быстрее расплавляет твердую шихту, завалку и заглубляется сильнее. Его положение изменяется относительно электродов других фаз и происходит усиление несимметрии электрических параметров короткой сети. Возникает перекос мощности по фазам, согласно [4] он определяется по выражениям

где Рiперек - перекос мощности i-й фазы электропечи, Вт;

I - заданный ток в электродах, А;

Xi - реактивное сопротивление i-й фазы печной установки, Ом.

Перенос мощности из одной фазы в другую осуществляется путем электромагнитной индукции. Суммарный перенос мощности в цепи электропечной установки равняется нулю, т.к. энергия может переноситься только с одной фазы на другую. В общем случае асимметрии в обмене энергии участвуют все три фазы. Условия функционирования каждой из них различны [4].

По мере погружения электрода все большая часть излучения дуги экранируется шихтой. В период расплавления стадия закрытых дуг имеет много большую продолжительность по сравнению со стадией открытых дуг. Излучение дуги «дикой» фазы не представляет серьезной опасности для футеровки стен и свода печи. Снижение производительности печи объясняется тем, что увеличенное излучение дуги фазы с наименьшим реактивным сопротивлением не компенсирует уменьшенное излучения дуг других фаз. В период восстановления колебания реактивного сопротивления короткой сети менее значительны, а излучение дуги каждой фазы не экранируется шихтой. Поэтому футеровкой стен и свода поглощается больше энергии, излучаемой дугами, чем в период расплавления. Вблизи увеличенного излучения дуги «дикой» фазы она повреждается быстрее. Это вызывает дополнительные остановки печи для восстановления разрушенной футеровки, что значительно снижает производительность агрегата. Вышесказанное подчеркивает актуальность минимизации смещения нейтральной точки нагрузки относительно нейтральной точки печного трансформатора и перекоса мощностей по фазам во всех режимах функционирования электропечи.

Задачей изобретения является повышение надежности функционирования регулирующего устройства, минимизация негативного воздействия на питающую сеть, увеличение производительности и снижение удельного расхода электроэнергии дуговой электропечи.

Предлагается регулировать мощность дуговой трехэлектродной электропечи переменного тока путем управления величиной тока дуги каждого из электродов и выравнивания электрических параметров короткой сети по фазам. Для выравнивания мощностей по фазам за счет изменения реактивных сопротивлений короткой сети между печным трансформатором и короткой сетью включают однофазные управляемые электрические реакторы трансформаторного типа.

В частном случае асимметрии при снижении реактивного сопротивления и возрастания тока «дикой» фазы для выравнивания мощностей по фазам производят увеличение реактивного сопротивления данной фазы за счет включения однофазного управляемого электрического реактора трансформаторного типа между печным трансформатором и короткой сетью. Схема включения на примере дуговой электропечи с конфигурацией короткой сети «треугольник на неподвижных башмаках» представлена на чертеже. При этом приняты следующие обозначения: jωLcz, jωLax, jωLby - реактивные сопротивления обмоток печного трансформатора; JωLKCi - реактивное сопротивление i-го токопровода короткой сети; jωLP - реактивное сопротивление однофазного управляемого реактора трансформаторного типа; jωLB - реактивное сопротивление ванны печи с учетом сопротивления электрода; ZД - нелинейное сопротивление электрической дуги. В другом случае, когда реактивное сопротивление отличающейся фазы больше, чем в двух других фазах, для выравнивания мощностей по фазам производят увеличение реактивных сопротивлений фаз, имеющих его наименьшие значения, путем включения в них между печным трансформатором и короткой сетью по одному однофазному управляемому электрическому реактору трансформаторного типа. В общем случае несимметрии, когда условия функционирования всех трех фаз различны, для выравнивания мощностей по фазам производят регулирование реактивного сопротивления короткой сети за счет включения в каждую фазу между печным трансформатором и короткой сетью по одному однофазному управляемому электрическому реактору трансформаторного типа.

Предлагаемый способ применим для электропечей со следующими видами конфигурации короткой сети: «звезда на электродах», «треугольник внутри трансформатора», «треугольник на неподвижных башмаках» в копланарном и триангулированном исполнении.

Применение заявляемого способа способствует снижению смещения нейтральной точки нагрузки относительно нейтральной точки печного трансформатора и перекоса мощности по фазам. Снижается излучение дуги «дикой» фазы, а следовательно, и перегрев футеровки стен и свода печи вблизи него. Повышается устойчивость горения дуги. Уменьшаются колебания токов и напряжений. При эксплуатационном коротком замыкании электродов на шихту увеличение реактивного сопротивления за счет однофазного управляемого электрического реактора трансформаторного типа снижает глубину провала напряжения, возникающего на стороне первичного напряжения печного трансформатора.

Это позволяет повысить вводимую в печь мощность, снизить продолжительность цикла плавки, сократить периоды простоя печи, необходимые для проведения ремонтных работ по восстановлению футеровки стен и свода вблизи дуги «дикой» фазы. В результате минимизируется негативное воздействие на питающую сеть, повышается производительность и снижается удельное потребление электроэнергии электропечи. Преимуществом заявляемого способа регулирования мощности дуговой трехэлектродной электропечи переменного тока является минимизация негативного влияния на питающую сеть, а также то, что по сравнению с БК однофазный управляемый электрический реактор трансформаторного типа менее чувствителен к воздействию высших гармонических составляющих тока электропечи, обладает большим сроком службы и высокой надежностью при эксплуатации.

Источники информации

1. Пат. РФ №2275759, МПК Н05В 7/148 (2006.01). Способ регулирования мощности по фазам трехэлектродной электропечи переменного тока. /Шпиганович А.Н., Захаров К.Д., Зацепин Е.П., Бош В.И.; заявитель и патентообладатель Липецкий государственный технический университет. - №2004126602/09; заявл. 01.09.2004. - 5 с.: ил.

2. Минеев Р.В. Повышение эффективности электроснабжения электропечей. /Р.В.Минеев, А.П.Михеев, Ю.Л.Рыжнев. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 206 с.

3. Альтгаузен А.П. Электротермическое оборудование. Справочник /А.П.Альтгаузен. - М.: Энергия, 1980. - 416 с.

4. Данцис Я.Б. Методы электротехнических расчетов рудотермических печей. /Я.Б.Данцис. - Л.: Энергия, 1973. - 184 с.

Способ регулирования мощности электропечи, при котором производят управление током дуги каждого из электродов и выравнивание электрических параметров короткой сети по фазам, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности функционирования регулирующего устройства, минимизации негативного воздействия на питающую сеть, увеличения производительности и снижения удельного расхода электроэнергии дуговой трехэлектродной электропечи переменного тока, для выравнивания мощностей по фазам за счет изменения реактивного сопротивления короткой сети между печным трансформатором и короткой сетью в одну или несколько фаз с наименьшим значением реактивного сопротивления включают однофазные управляемые электрические реакторы трансформаторного типа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрометаллургии, а также к способам регулирования мощности в трехэлектродных дуговых электропечах переменного тока и направлено на увеличение их производительности, снижение удельного расхода электроэнергии, уменьшение их негативного воздействия на питающую сеть и повышение надежности функционирования регулирующего устройства.

Изобретение относится к металлургии и химической электротермии, в частности к руднотермическим электропечам. .

Изобретение относится к области измерений электрических параметров дуговых электропечей. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к рудовосстановительным электропечам ферросплавного производства, и может быть использовано в электротермии при получении любой продукции, технологические процессы которых осуществляются в плавильных агрегатах, оснащенных трансформаторами переменного тока.

Изобретение относится к электротермии. .

Изобретение относится к способу работы пирометаллургической печи, в частности дуговой печи, при работе которой несколько рабочих параметров удерживают внутри заданных пределов.

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов и может быть использовано при выплавке слитков из титановых сплавов.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при эксплуатации дуговой электропечи, содержащей по крайней мере один электрод. .

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами

Изобретение относится к области электротехники, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами

Изобретение относится к металлургии, в частности к автоматическому регулированию мощности дуговых сталеплавильных печей

Изобретение относится к области электротермии, а именно к контролю технологических параметров при производстве плавленых фосфатов, карбида кальция в рудно-термических печах, и может быть использовано в цветной металлургии

Изобретение относится к области электрометаллургии

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрометаллургии, а также к способам регулирования мощности, потребляемой группой дуговых сталеплавильных печей (ДСП) переменного тока

Изобретение относится к электродуговой печи, устройству для обработки сигналов и носителю информации для выполнения способа определения меры излучения для исходящего от горящей между электродом и расплавляемым материалом электрической дуги, попадающего на ограничение электродуговой печи теплового излучения. Измеряют колебания корпусного шума электродуговой печи, при этом из измеренного электродного тока определяют относящийся к частотному диапазону измеренного электродного тока сигнал оценки тока. Из измеренных колебаний корпусного шума определяют относящийся к частотному диапазону измеренных колебаний корпусного шума сигнал оценки колебаний, в качестве меры излучения образуют частное из сигнала оценки колебаний и сигнала оценки тока, по меньшей мере, для одной общей для измеренного электродного тока и измеренных колебаний корпусного шума частоты, предлагается способ, с помощью которого обеспечивается возможность определения характеризующей рабочее состояние электрода электродуговой печи величины. Технический результат - повышение точности определения излучения электрической дуги. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротермии, в частности к устройствам управления дуговыми сталеплавильными печами. Технический результат - снижение чувствительности системы управления дуговой сталеплавильной печи к изменяющимся параметрам процесса плавки, повышение стабильности режимов работы, уменьшение уровня пульсаций силового тока, снижение потерь электроэнергии, а также подавление колебаний силового тока дуговой сталеплавильной печи. Устройство содержит блок 1 задания силового тока, выход которого подключен к положительному входу первого сумматора 3, к отрицательному входу которого подключен первый выход датчика 2 силового тока. Выход сумматора 3 подключен к первому входу умножителя 5, выход которого подключен к входу регулятора 7, выход которого подключен к входу привода 11 перемещения электрода. Выход привода 11 перемещения электрода подключен к входу датчика 12 скорости перемещения электрода, выход которого подключен к входу звена 8 модели объекта управления. Выход звена 8 модели объекта управления подключен к отрицательному входу сумматора 3. Второй выход датчика 2 силового тока подключен к последовательно соединенным датчику 4 колебаний и фильтру 6, выход которого соединен с положительным входом второго сумматора 10, отрицательный вход которого соединен с блоком 9 задания допустимого значения амплитуды колебаний тока, выход второго сумматора 10 подключен к входу первого компаратора 13, выход которого подключен к последовательно соединенным первому формирователю 15 импульсов и первому счетчику 17 импульсов, также выход первого компаратора 13 подключен к последовательно соединенным элементу «НЕ» 14, элементу «И» 16, второму формирователю 18 импульсов и второму счетчику 19 импульсов. Выход первого счетчика 17 импульсов и второго счетчика 19 импульсов соединены соответственно с отрицательным и положительным входами третьего сумматора 20, третий вход которого соединен с выходом блока 22 задания коэффициента усиления, выход блока 22 задания коэффициента усиления соединен также с первым входом второго компаратора 21, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора 20, выход второго компаратора 21 соединен с вторым входом элемента «И» 16. Выход третьего сумматора 20 соединен со вторым входом умножителя 5. 4 ил.

Изобретение относится к способу контроля процесса плавки в электродуговой печи (11), а также к устройству (21) обработки сигналов для электродуговой печи (11), к программному коду и носителю для хранения данных для осуществления этого способа. В способе с помощью датчиков (22) корпусного звука определяются звуковые сигналы или колебания из внутренности корпуса (12) печи, из которых можно вывести параметры для распределения расплавляемого материала, расплава и шлака в заполнении печи. В первую очередь определяются параметр SM для термического излучения, возникающего на стенке корпуса печи, параметр М для кусковатости расплавляемого материала в объеме заполнения печи и параметр ММ для изменения находящейся у стенки печи доли расплавляемого материала. В соответствии с изобретением предусмотрено, что посредством системы (21) регулирования при оценке параметров преимущественно распределение энергии на электродах (13) изменяется таким образом, что термические пики нагрузки ослабляются или предотвращается их зарождение. Для этого модифицируются сохраненные в качестве заданных значений импедансы ветвей. Если этого регулирования не достаточно, то затем снижается термическая мощность электрических дуг. Тем самым можно реализовать быстро и надежно действующий режим работы для процессов в электродуговой печи (11). 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх