Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Электрооборудование и короткие сети ДСП




 

 

Выбор электрического оборудования и схемы питания дуговых сталеплавильных печей определяется следующими условиями.

Напряжение печи при ее работе требуется регулировать в довольно широких пределах. В период расплавления при холодной шихте дуга в печи неустойчивая, короткая, и для увеличения мощности необходимоповышать напряжение. При рафинировании вследствие изменившихся тепловых условий в ванне дуга значительно удлиняется. Во избежание выхода из строя футеровки стен и свода ее укорачивают, снижая напряжение. Для регулирования рабочего напряжения каждую печь комплектуют печным трансформатором с несколькими ступенями напряжения. Для малых печей, выплавляющих сталь для фасонного литья, период рафинирования сравнительно короток, что позволяет ограничить число ступеней напряжения; трансформаторы же крупных печей, выплавляющих сталь слитков, должны иметь много ступеней напряжения, чтобы для каждого периода плавки и каждого технологического процесса можно было подобрать оптимальное напряжение.

Так как дуговые печи, мощность которых достигает тысяч и десятков тысяч киловатт, работают при срав­нительно низких напряжениях и очень больших токах, печные транс­форматоры располагают возможно ближе к печи. Поэтому в сталепла­вильных и медеплавильных цехах рядом с дуговыми печами строят внутрицеховые печные подстанции, в которых располагают все необхо­димое электрооборудование.

В дуговой печи короткое замы­кание электродов на металл — нор­мальное эксплуатационное прису­щее ей явление, и необходимо обе­зопасить установку от его последствий. С этой целью стремятся огра­ничить толчки тока при коротком замыкании, а само замыкание стре­мятся возможно быстрее ликвиди­ровать, оснащая установку быстро­действующим автоматическим регу­лятором мощности.

Дуговая печь, как и любая круп­ная электроустановка, должна быть оснащена необходимой коммутаци­онной, измерительной и сигнальной аппаратурой, а также защитой от перегрузок и аварийных коротких замыканий. На рис. 1.21 приведена однолинейная схема питания уста­новки ДСП.

Печные трансформаторы, под­верженные частым эксплуатацион­ным коротким замыканиям, должны иметь повышенные механическую прочность и перегрузочную способ­ность. В новой серии печи для фа­сонного литья снабжены трансфор­маторами с 12 ступенями напряже­ния. У более крупных печей, вы­плавляющих слитки, трансформато­ры имеют 23 ступени напряжения. Это дает известные удобства в эксплуатации, в особенности при пе­реходе с одной марки стали на дру­гую.

 

Ступени напряжения транс­форматора изменяют обычно пере­ключателем с дистанционно управ­ляемым приводом. Переключение ступеней напряжения у трансфор­маторов с номинальной мощностью до 10 MB∙А осуществляется при отключенной печи (без нагрузки), более крупные агрегаты переключаются под нагрузкой. При переключениях без нагрузки привод переключателя во избежание аварии блокируют с выключателем высокого напряжения. Реактивное сопротивление печных трансформаторов составляет 7–8 %; для малых печей индуктивное сопротивление короткой сети равно 5–10 %. Между тем реактивное сопротивление установки должно составлять 30–40 %, для того чтобы обеспечить устойчивость дуги в период расплавления и ограничить толчки тока при эксплуатационных коротких замыканиях до значений 2,5–3-кратных от номинального тока.
Рис. 1.21. Однолинейная схема ДСП:   1— печь; 2— печной трансформатор; 3 — дроссель; 4 — высоковольтный выключатель; 5 — разъединитель; 6трансформатор тока; 7 — трансформатор напряжения.  

Поэтому в контур печи со стороны высшего напряжения включают дополнительную индуктивность — реактор с сердечником и масляным охлаждением, имеющий относительное реактивное сопротивление 15—25 %.Так как индуктивность дросселя не должна зависеть от тока, его сердечник рассчитывается на работу в режиме, далеком от насыщения. Часто реак­тор устанавливается в одном баке с трансформатором, причем пере­ключатель ступеней напряжения позволяет отключать его или вклю­чать, а также менять его реактив­ность, переключая число его рабо­чих витков. Это необходимо, так как ограничение толчков тока и стабилизация горения дуги нужны лишь в период расплавления и в начале периода окисления. В ос­тальное время дуга горит вполне устойчиво без дополнительной ин­дуктивности, а крупные толчки тока маловероятны. Если же реактор ус­тановлен в отдельном баке, то па­раллельно ему включают разъеди­нитель или вспомогательный выклю­чатель, позволяющие его закоротить на время рафинирования.

В установках крупных печей реактивное сопротивление короткой сети может превысить 20 %, а уста­новки в целом 30–40 %. В этом случае нет необходимости в реакто­ре. Индуктивность контура наиболее крупных печей возрастает настоль­ко, что возникает задача ее сниже­ния, а не увеличения.

Печные трансформаторы мощно­стью до 15 MB·А выполняют на на­пряжение питания 6 или 10 кВ, бо­лее мощные трансформаторы под­ключаются к сети 35 кВ. В этом случае трансформаторный агрегат выполняют из двух единиц — регулировочного трансформатора или автотрансформатора с переключе­нием ступеней напряжения и ос­новного трансформатора с постоян­ным коэффициентом трансформации.

Коммутационная аппаратура ду­говой печной установки работает в более тяжелых условиях по сравне­нию с аппаратурой общепромыш­ленных установок. Число отключе­ний печи, в том числе при коротких замыканиях, доходит до нескольких десятков в сутки. Это ставит в осо­бо тяжелые условия размыкающие контакты и требует частых (до двух в месяц) ревизий и замен масла. Ввиду этого для установок дуговых печей были разработаны специаль­ные выключатели: на 10 кВ воздуш­ные, вакуумные и электромагнит­ные, на 35 и 110 кВ — воздушные.

В печных дуговых установках необходима защита от аварийных коротких замыканий и от перегру­зок. Защиту от коротких замыка­ний обеспечивают с помощью ма­ксимальных токовых реле мгновен­ного действия, подключаемых к трансформаторам тока на стороне высшего напряжения, защиту от перегрузок — с помощью макси­мальных токовых реле с зависимой выдержкой времени, включаемых на стороне низшего напряжения. Реле устанавливают так, чтобы они не реагировали на эксплуатацион­ные короткие замыкания, ликвида­ция которых должна осуществлять­ся системой автоматического регу­лирования мощности дуговой печи в течение 2–4 с. Поэтому защита от перегрузки, устанавливаемая обычно на 1,5-кратный номиналь­ный ток, имеет выдержку около 10 с, тогда как реле защиты от ава­рийных коротких замыканий сра­батывает мгновенно, но их установ­ки должны быть на 25 % выше кратности токов эксплуатационных коротких замыканий.

В печных трансформаторах обес­печивается газовая защита. Они снабжены также сигнальными тер­мометрами, сигнализирующими о перегреве масла. Дифференциаль­ная защита в печных трансформа­торах не применяется. Остальная аппаратура, применяемая на дуго­вых печных подстанциях, не отли­чается по условиям работы и мето­дам выбора от аппаратуры обще­промышленных электроустановок. Отметим только, что фазовые ам­перметры печи выбирают с учетом эксплуатационных коротких замы­каний с тройным запасом шкалы, расширенной средней и суженной правой частями шкалы.

Короткой сетью дуговой печи называют токопровод, соединяющий печной трансформатор с электрода­ми (рис. 1.22). Ее участки — шинная ошиновка, выполняемая, как прави­ло, из прямоугольных шин, медных или (только у малых печей) алюми­ниевых, соединяющая вторичные вы­воды печного трансформатора с не­подвижными башмаками, к которым присоединены наконечники гибких кабелей. Кабели образуют петлю, компенсирующую перемещение сто­ек при движении электродов и на­клоне печи. Своим другим концом гибкие кабели присоединяются к подвижным (расположенным на стойках) башмакам, в свою очередь соединенным с идущими вдоль ру­кавов стоек трубошинами, подводя­щими ток к электрододержателям.

  Рис. 1.22. Эскиз вторичного токоподвода ДСП:   1 – шинный пакет; 2 –гирлянда гибких кабелей; 3 – трубошины на рукавах печи; 4 – зажим электро­да; 5 – электрод  

Короткая сеть должна иметь минимальные электрические потери, обеспечивать равномерное распре­деление мощности по фазам и иметь возможно меньшую индуктивность, с тем чтобы коэффициент мощности печной установки был по возможно­сти более высоким. Кроме того, поскольку материал, из которого сделаны шины, кабели и трубошины (медь), является дорогим, жела­тельно свести его затраты к мини­муму. Нетрудно видеть, что некоторые из этих требований противоре­чат друг другу. Так, последнее требует снижения сечения токопроводов, т.е. увеличения в них плотно­сти тока. Это можно осуществить применением водяного охлаждения, но при этом будут возрастать элек­трические потери. Поэтому обычно принимают компромиссные реше­ния. Если в шинах и гибких кабе­лях, не имеющих водяного охлаж­дения, допускают плотность тока в 1,4–1,6 и 1,0–1,4 А/мм2 соответст­венно, то в охлаждаемых водой ка­белях и трубошинах можно дово­дить плотность тока до 6–8 А/мм2. В действительности эту цифру берут значительно меньшей — от 3 до 4 А/мм2 из соображения повышения электрического КПД установки.

Весьма важным является соблю­дение равной загрузки фаз печи. В период расплавления загрузка фаз все время меняется; эта динамичес­кая неравномерность их загрузки обусловливается случайным харак­тером изменения длин дуг и их сопротивлений. Однако в среднем, ес­ли система автоматического регули­рования режима печи отлажена, за­грузка фаз является одинаковой. Но, кроме динамической неравномер­ности, существует еще постоянная статическая, вызываемая геометри­ческой несимметрией короткой сети. Токоподводы фаз, как правило, рас­положены в одну линию, поэтому их взаимоиндуктивности не равны, что приводит при равных токах в фазах к различным мощностям от­дельных дуг и вызывает усиленное разрушение футеровки против той дуги, мощность которой больше. Степень неравномерности загрузки фаз принято характеризо­вать коэффициентом неравномерно­сти , где Р' – мощность дуги наиболее загруженной «дикой» фазы; - мощность дуги наименее загружен­ной «мертвой» фазы; – сум­марная мощность трех фаз.

Для ма­лых печей значение этого коэффици­ента мало, в них неравномерность загрузки фаз несущественна. Но по мере увеличения мощности печей онa оказывается все больше и в самых крупных печах может дости­гать 30 % или даже более. Не менее важным оказывается влияние индуктивности короткой сети на электрический режим печи. Для ограничения токов эксплуатационных коротких замыканий и для обеспечения устойчивого горения дуги требуется, чтобы реактивность контура составляла около 30 %.

В установках малых печей эта реактивность недостаточна, и в контур печи приходится включать дополнительную индуктивность. Но по мере увеличения мощности печи индуктивность короткой сети растет (реактивность печного трансформатора остается примерно одинаковой – 6–8 %), и при мощностях свыше 15 МВт добавочная индуктивность становится излишней. Для еще более мощных печей реактивность короткой сети становится чрезмерной, что снижает коэффициент мощности установки, приводя к повышенным электрическим потерям (за счет реактивной составляющей тока) как в контуре самой печи, так и в питающей сети.

Кроме того, циркуляция реак­тивной составляющей тока в пита­ющей сети вызывает необходимость завышения установленной мощности трансформаторов подстанций и генераторов на питающих станциях.

Из-за этого развитию схем и конструкций коротких сетей дуго­вых печей уделялось большое вни­мание, и за последние годы были разработаны короткие сети, в кото­рых существенно снижена их ин­дуктивность и сведена до практиче­ски допустимых пределов неравно­мерность распределения мощности дуг по фазам.

На рис. 1.23 даны основные схе­мы коротких сетей ДСП. Наиболее простой является схема «звезда на электродах» (рис. 1.23, а). При этой схеме вторичные обмотки трансфор­матора соединяются в звезду, а их выводы сгруппированы пофазно. Шинный пакет тем самым сгруппи­рован также пофазно, то же отно­сится и к гирляндам и трубошинам. Такая схема обладает наибольшей индуктивностью и коэффициентом неравномерности, поэтому ее при­меняют лишь на малых печах, где эти ее недостатки несущественны.

На печах средней мощности при­меняется схема «треугольник на шихтованном пакете» (рис. 1.23, б). В этой схеме вторичные обмотки печного трансформатора включают­ся в треугольник, а их выводы вы­полняются таким образом, чтобы начало и конец каждой фазы рас­полагались рядом.

Рис. 1.23. Короткие сети ДСП:   а — звезда на элeктpoдax; б — треугольник на шихтованном пакете; в — несимметричный треугольник на электродах; г — симметричный треугольник на электродах; д — триангулированная короткая сеть; 1 — печной трансформатор; 2 — шины от трансформатора к неподвижным башмакам; 3 — гибкие кабе­ли; 4 — трубошины на печи; 5 — электроды  

В результате шинный пакет от трансформатора до кабелей оказывается «перешихто­ванным», т. е. в нем рядом располо­жены шины, несущие прямой и об­ратный токи. Индуктивность такого перешихтованного пакета неизмери­мо меньше по сравнению с индук­тивностью отдельных пакетов шин фаз. У конца шинного пакета дела­ется соединение шин х с в, у с с, z с а, и далее гибкие кабели и трубошины фаз идут раздельно. Эта схе­ма обладает за счет перешихтованногопакета несколько меньшими индуктивностью и неравномерно­стью по сравнению с схемой «звез­да на электродах».

Дальнейшее уменьшение индук­тивности может быть получено при использовании схемы «несимметрич­ный треугольник на электродах» (рис. 1.23, в). В этой схеме, как и в предыдущей, шины от трансформа­тора образуют перешихтованные па­кеты, однако далее гибкие кабели и трубошины делятся на шесть групп, соединяемых в треугольник на электродах. Как видно из рисун­ка, проводники х и в, а также у и с, несущие токи разных направлений, оказываются расположенными ря­дом, на одной стойке, тогда как проводники г и а разнесены далеко друг от друга. Поэтому, хотя общая индуктивность короткой сети умень­шается, неравномерность нагрузки фаз остается высокой.

Эту неравномерность можно су­щественно снизить, если соединяю­щую проводники z и а перемычку перенести к электродам, как это осуществлено в схеме «симметрич­ный треугольник на электродах» (рис. 1.23, г). При такой схеме пря­мые и обратные токи текут рядом во всех фазах. Расчеты, проведен­ные для печи 200 т [20], дали пара­метры печной установки (без учета трансформатора, по данным опыта короткого замыкания), приведенные в табл. 1.3. Эксплуатационные значения парамет­ров, благодаря дисперсии тока выше ука­занных в табл. 3.6 значений примерно на 15 %.

Таблица 1.3

Параметры печи ДСП-200 при различных

вариантах короткой сети

 

Схема короткой сети , Ом , Ом , %  
Звезда на электродах 3,14 0,411 35,7
Несимметричный треугольник на элек­тродах 2,45 0,409 29,2
Симметричный треугольник на элек­тродах 2,01 0,401 6,2
Триангулированный токоподвод 3,6 0,41 3 — 4 %  

 

Для осуществления схемы «сим­метричный треугольник на электро­дах» требуется четвертая стойка, движущаяся синхронно с первой. Это значительно усложняет конст­рукцию печи, тем более, что эта стойка и ее длинный рукав подвер­гаются действию значительных ди­намических сил и должны быть жесткими. Попытка установить та­кую стойку на первых отечествен­ных печах 200 т не привела к поло­жительным результатам.

Наиболее перспективной являет­ся короткая сеть с триангулирован­ным токоподводом (рис. 1.23, д).В этой схеме после перешихтованного пакета шин гибкие кабели и трубошины средней фазы приподняты от­носительно крайних фаз, образуя в сечении равносторонний треуголь­ник. Поэтому взаимоиндуктивности всех фаз одинаковы, и схема в экс­плуатации обеспечивает коэффици­ент неравномерности нагрузки фаз5 — 8 %. Такая схема токопроводов применена на ряде американ­ских и японских печей сверхвысо­кой мощности и предусмотрена на отечественных печах 100 и 200 т.

Расход электроэнергии на 1 т выплавленной стали и производи­тельность печи зависят не только от технологических факторов — сос­тава стали, состава шихты, умения персонала вести процесс, состояния футеровки, качества электродов, ве­личины простоев и т. п., но и в не меньшей степени от того, насколько правильно выбран электрический ре­жим печи. Регулировать режим мож­но, изменяя либо питающее на­пряжения, либо длину, а следова­тельно, и ток дуги. Первый способ, осуществляемый переключением об­мотки высокого напряжения печного трансформатора, используется обыч­но лишь несколько раз за плавку при изменении протекающего в печи процесса, например к концу рас­плавления шихты, при переходе на окисление и на рафинирование. Вто­рой способ позволяет регулировать режим печи непрерывно и плавно, поднимая и опуская электроды с помощью системы автоматического управления, поддерживающей на заданном уровне ток и мощность печи.

Таким образом, основное, непре­рывное регулирование режима рабо­ты печи ведется по току. Поэтому важно знать электрические характе­ристики печи — зависимость основ­ных электрических показателей пе­чи, в первую очередь ее мощности, КПД и коэффициента мощности, от рабочего тока.

Электрические характеристики строятся на основе схем замещения печных установок.

Схематический чертеж установки дуговой печи показан на рис. 1.24.

С электрической точки зрения ее можно рассматривать как набор ак­тивных и индуктивных сопротивле­ний, подключенных к питающей сети. Считая дуговую печь симметри­чной трехфазной системой, схему замещения можно принять однофазной, включенной на фазное напряжение обмотки н.н.[1] печного трансформатора. Тогда действительные сопротивления и индуктивности сети, дросселя и об­мотки в.н.[2] трансформатора следует пересчитывать на напряжение сто­роны н.н. трансформатора. При по­строении схемы замещения эти эле­менты, а также параметры обмотки н.н. трансформатора, короткой се­ти и дуги заменяют соответствую­щими индуктивными и активными сопротивлениями, включенными на фазное напряжение обмотки н.н. трансформатора (рис. 1.25, а). Ответ­вления , имитируют потери в стали трансформатора. Ввиду не­значительности этих потерь ими обычно пренебрегают, и схема за­мещения превращается в ряд после­довательно, включенных индуктивных и активных сопротивлений, ко­торые условно считают постоянны­ми, кроме сопротивления дуги . Складывая все постоянные сопро­тивления, схеме придают вид цепоч­ки из сопротивлений , х и ,из которых лишь последнее может из­меняться (рис. 1.25, б).

 

  Рис. 1.24. Схематический чертеж установки дуговой печи:   1 — кабель ввода; 2 — разъединитель; 3 — шины высокого напряжения; 4 — высоковольтный выключатель; 5 — дроссель; 6 — выключатель, шунтирующий дроссель; 7 — печной трансформатор; 8 — короткая сеть: а — компенсаторы; б — пакет шин; в — гибкие кабели; г — трубошины на печи; д — электрододержатели; е — контактные соединения; 9 — электроды; 10 — печь  

 

 

  Рис. 1.25. Схемы замещения установки дуговой печи: а — полная; б — упрощенная  

 

 







Дата добавления: 2015-10-19; просмотров: 1834. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2019 год . (0.004 сек.) русская версия | украинская версия