前不久投入运行的一座硅铁炉曾发生这样的现象,无功表比有功表转速高,而从《钢铁手册》中查得 ,硅铁炉的功率因数为09,如按09计算,有功表的转速应为无功表转速的206倍,那 么造成无功比有功跑的快的原因是什么呢?首先得分析一下炉子电路中的电气情况。1炉内电路分 析该工程为一台容量为2700kVA,接线组为Y/△-11的三相电炉变压器,由于Y/△接 线的电炉变压器与Y/Y接线的电炉变压器工作原理相同,为便于叙述,以Y/Y接法的变压器为 例对其工作原理进行如下分析。电炉等效电路图见图1。图1a为三相电炉的电路原理图,图1b 为设备各部分的有效和无效电阻及电抗的单极等效电路,图1c中合成总感抗为ωL=X,有功电 阻为R有,损耗电阻为R损,这里R=R有+R损。炉子电压的圆图见图2。U为变压器的相电压 ,电流I比电压U滞后Ф角,电阻R上的电压降与相电流有关,因而U阻=I×R,感性电压降U 感=ωL×I,比电阻电压滞后一个90°的相角,U阻和U感这两个电压降与变压器的副边相电 压U构成一个以C为顶点的直角三角形ABC,改变ωL或R,无论这时的电流有多大只能使直角 的顶点C在以U为直径的半圆周上移动。图1电炉等效电路图XT—变压器电抗RT—变压器电阻 RL—母线电阻XL—母线电抗XD—炉子电抗R有载(Rv)—有效电阻X=WL—总电抗R损 耗(Rv)—损耗电阻电炉的感抗ωL除电炉变压器的短路电抗外,基本上是由短网的几何尺寸决 定的,而很少受电极位置的影响。相反,有效电阻R有则随电极位置而明显变化,所以,只要变压 器输出电压不变,只有当炉内有效电阻改变了,电压三角形才会变化。而不同性质的炉料,或改变 电极位置,均会改变炉内的这种有效电阻。图2电压圆图注:CB=IR=U阻AC=IX=IW L=U感对于已安装好的电炉,ωL应为一个常数,在电压圆中由于C点是沿半圆周上运动的,就 说明电流相量的顶端也是在半圆上移动的,见图3。图3电流圆图电压圆与电流圆是有直接关系的 ,这两个圆图清楚地显示了炉内的电气情况。在理想的时候,即炉内无电阻(R=0)的情况下, 此时只有感抗ωL。在图2中,当点C移到点B时,整个电压U全部加到感抗上,因而有U感=ω L×I短=X×I短。与此相应,在图3的圆图上,电流向量的顶点移到了K理点,即理想的短路 点上。理想短路电流I理短等于电流半圆的直径,正如纯感性负载表现的那样,垂直于电压相量U ,理想短路电流可由下面的公式计算出来:I理短=U/ωL在图3中,与电压U平行的电流I的 分量就是有功电流I有功。因为有功功率P=UIcosФ=U×I有功。所以电流的有功分量I 有功的长度与电压U时的炉子的有功功率成正比。在图3的圆图上可以看出,有功功率P是怎样随 电流I变化的。有功功率先随电流增加而增加,在半圆的顶点处达到其最大值,当电流继续增大时 又开始减小,终于在电流成为短路电流I理短时变为0。有功功率等于零,有效电阻R也等于零。 从圆图中可以看出,当相位角Ф=45°时,有功功率最大。但是根据图2的电压圆图可知:RI =ωL×I则R=ωLcosФ=0707,相当于角Ф=45°。所以在有功电阻和无功电感 数量相等时,有功功率最大:Pmax=UIcosФ=UI0707在图3中的电压向量的坐 标上,同时标有cosФ的刻度。根据cosФ圆可以得出各种炉子电流的功率因数cosФ值。 从以上的分析可以看出,在规定的电压下,炉内可能达到的最大功率Pmax取决于炉子电路的感 抗。因为电流半圆的直径是由炉子电路的感抗决定的,半圆的半径与电压的乘积即为炉子可发出的 最大有功功率,如前所述当R=ωL,此时cosФ=0707,有功功率最大;现将ωL代替 R则:I=U/(R2+(ωL)2’99=U/(ωL)2+(ωL)2=U/(2ωL)电炉 输出的最大有功功率为Pmax=IU=U2/(2ωL)在以上的分析中,采用的是总有功电阻 和总有功功率。总有功功率中除冶炼功率即有效功率P有效外,还包括有损耗的功率P损耗,损耗 功率是由电流I通过短网损耗电阻R损耗产生的,如果考虑R损耗,则短路电流I短小于I理想, 并有一个夹角,其角度为:Ф短=arctg(ωL/R损耗)这个相位角在电流圆图上给出了真 实的短路点K,因而给出了真实的短路电流I短,见图3IK。2电炉异常现象的原因从图3可看 出,每一炉子都有一个十分确切的可以达到的最大功率,而且是由电压和感抗决定的,当功率因数 大于0707时,可达到最大有效功率的位置相当于相角Ф短/2,在操作时不应低于这个功率 因数,只要冶炼过程,特别是炉料电阻适当,电炉应该尽量采用较好的cosФ,亦即尽量采用损 耗相应较小的电流,这一点一般来说是可以做到的。但假如炉料电阻较小,为了在电阻R小时也取 得足够的功率I2R,就要采用较大的电流。大电流在炉子感抗大时,就会增加电压降,因而有时 就会使cosФ降到0707以下,这样产生的无功功率等于或者大于有功功率。此时便会出现 无功表比有功表转的快的现象。据甲方管理人员讲,由于开炉时感觉炉温不够,就将电极一再下降 ,每个班高压柜跳闸10多次,假如变压器电压选择不恰当且偏小,电流圆直径变小,想通过下降 电极的方法来迅速提高炉温,这就会造成cosФ<0707,有功电流越来越小,无功电流迅 速增加,从一次侧的电流表上看电流虽然增加了,可是用来提高炉内温度的有功功率反而下降了, 自然会发生有功表慢,无功表快的现象,炉温反而下降,有一种变压器使不出力的感觉。3解决办 法(1)首先在短网设计时应采用双线制,并尽可能在靠近炉子的地方接成三角形,此时邻近的母 线电流方向相反,相角相差180°。这样,一方面可以显著地削弱磁场,减小短网电抗,另一方 面,即使在电流增大时,也可使功率因数达到有利的数值,避免无功比有功大。(2)尽量提高电 炉的有效电阻,因为这一参数同时控制有效电压与电极的电流值,热分配,有效功率及电极插入深 度,故它在电炉运行中非常重要。另外从电炉功率因数及电效率的角度出发,一般也都希望采用较 高的有效电阻,有效电阻提高了,功率因数和电效率都会提高。如何提高有效电阻?首先应选用电 阻较高的炉料,这样就可以使有效电阻运行于较高值。其次提高电极的心距数,也可以提高电炉的 有效电阻。(3)尽量提高有效相电压。从图3中可见,相电压增加后,电流圆的直径增大,这样 即提高了电炉的功率因数,同时又可避免电炉运行到cosФ<0707的区域,也就不会发生 无功表比有功表转的快了。另外,有效相电压提高,也使电炉输出的最大有功功率增加。4结语通 过以上调整,从一段时间内有功与无功的计量读数看,有功表数为113295,而无功表数为5 5105,平均功率因数为:Ф=arctg(55105/113295)=288°<45 °cosФ=09这就说明,平均功率因数达到正常值,电炉工作趋于正常。以上分析,对电炉 具有一定的普遍意义,但电炉矛盾复杂,必须与冶金原理、产品的性质,以及当时的具体情况结合 起来,才能取得较好的效果。矿热炉工作异常分析@吴晓红$昆明有色冶金设计研究院电炉,有效 电阻,
有效相电压,有功功率论述了某工程硅铁炉无功表比有功表转速高,致使电炉工作不正常的 原因,指出了解决办法:一是在短网设计时采用双线制;二是尽量提高电炉的有效电阻;三是尽量 提高有效相电压。通过这些措施,能使电炉输出的最大有功功率增加,从而使有功表转速正常。的 无功功率等于或者大于有功功率。此时便会出现无功表比有功表转的快的现象。据甲方管理人员讲 ,由于开炉时感觉炉温不够,就将电极一再下降,每个班高压柜跳闸10多次,假如变压器电压选 择不恰当且偏小,电流圆直径变小,想通过下降电极的方法来迅速提高炉温,这就会造成cosФ <0707,有功电流越来越小,无功电流迅速增加,从一次侧的电流表上看电流虽然增加了, 可是用来提高炉内温度的有功功率反而下降了,自然会发生有功表慢,无功表快的现象,炉温反而 下降,有一种变压器使不出力的感觉。3解决办法(1)首先在短网设计时应采用双线制,并尽可 能在靠近炉子的地方接成三角形,此时邻近的母线电流方向相反,相角相差180°。这样,一方 面可以显著地削弱磁场,减小短网电抗,另一方面,即使在电流增大时,也可使功率因数达到有利 的数值,避免无功比有功大。(2)尽量提高电炉的有效电阻,因为这一参数同时控制有效电压与 电极的电流值,热分配,有效功率及电极插入深度,故它在电炉运行中非常重要。另外从电炉功率 因数及电效率的角度出发,一般也都希望采用较高的有效电阻,有效电阻提高了,功率因数和电效 率都会提高。如何提高有效电阻?首先应选用电阻较高的炉料,这样就可以使有效电阻运行于较高 值。其次提高电极的心距数,也可以提高电炉的有效电阻。(3)尽量提高有效相电压。从图3中 可见,相电压增加后,电流圆的直径增大,这样即提高了电炉的功率因数,同时又可避免电炉运行 到cosФ<0707的区域,也就不会发生无功表比有功表转的快了。另外,有效相电压提高 ,也使电炉输出的最大有功功率增加。4结语通过以上调整,从一段时间内有功与无功的计量读数 看,有功表数为113295,而无功表数为55105,平均功率因数为:Ф=arctg(5 5105/113295)=288°<45°cosФ=09这就说明,平均功率因数达到 正常值,电炉工作趋于正常。以上分析,对电炉具有一定的普遍意义,但电炉矛盾复杂,必须与冶 金原理、产品的性质,以及当时的具体情况结合起来,才能取得较好的效果。矿热炉工作异常分析@吴晓红$昆明有色冶金设计研究院电炉,有效电阻,有效相电压,有功功率论述了某工程硅铁炉无功表比有功表转速高,致使电炉工作不正常的原因,指出了解决办法:一是在短网设计时采用双线制;二是尽量提高电炉的有效电阻;三是尽量提高有效相电压。通过这些措施,能使电炉输出的
More reviews about the 矿热炉工作异常分析