電弧爐和礦熱爐

第一節電爐裝置的主電路系統第3，1，1條一、電弧爐和礦熱電爐根據冶煉工藝要求必須按爐況單獨進行調節電流、電壓等參數，因此電弧爐和礦熱爐與供電網路相聯結必須經過每個電爐裝置的專用變壓器。二、電爐變壓器的容量與產量和冶煉時間關系很大，例如XX化工廠的3臺電石爐將其中1臺電石爐變壓器容量由1OMVA換成16.5MVA，日產量由60t增至100t以上。以X鋼五廠的公稱容量為10t實際裝入量為20多噸的煉鋼電弧爐來作比較，當變壓器容量為5MVA時熔化期為110-120min,而變壓器容量為9MVA時熔化期為55—60min。又如XX機修總廠在1,5t煉鋼電弧爐上試用4MVA變壓器，達到1h煉一爐鋼，但其他工序跟不上，工人勞動強度過大；故仍用1,2MVA變壓器，2h多煉一爐鋼。所以電爐變壓器容量的選擇應符合工藝操作所規定的用電制度，年產量與其他工序密切配合并考慮到電弧爐變壓器有20％的過載能力；既能達到滿足工藝要求快速煉鋼，節約電能，又避免盲目地增加變壓器容量造成投資上的浪費。般可用卜貞來選擇嫌鋼電弧爐變圧器容1:式屮九變壓器晝人視在容址(譏⑴：Q——爐料熔化期的單耗(kWh/t)；——熔化期的乎均功率因數；T——雙入廢鋼重(I)；h——熔化期的凈博化時間(hh/——修止糸數為烙化期眾大容I衣利IH率心 .電爐變壓2SIS常設計成在熔牝期能過負荷勿％.所以電爐變壓器的額定容量為酬即加大的電弧爐變壓器蔽定容址期!2()VIVAC三、 電爐變壓器的二次電壓和調壓方式應符合工藝過程的要求：二次電壓高，功率因數高，電效率高，但電弧長，爐壁損蝕快。最近國內外采用水冷爐壁革新技術解決了爐壁壽命等問題。故目前超高功率電弧爐傾向于采用二次高電壓，這樣輸入功率高，冶煉時間短，產量大。礦熱爐的二次電壓值還與爐料的電阻系數大小有關。四、 電爐變壓器的一次電壓的選擇應考慮電爐供電的經濟合理性。在電爐容量較大時，一次電壓選擇得高可省掉降壓變壓器。例如，XX鋼廠50t煉鋼電弧爐變壓器采用110kV，實測電壓波動只有0.36%；但相應要解決110kV頻繁操作的操作斷路器，增加高壓配電裝置的費用所以應根據具體情況作技術經濟比較來選擇電爐變壓器的一次電壓。五、 為了保證多相電爐的各相功率對稱和調節方便，供給同一臺電爐的單相電爐變壓器的容量、電壓等級數值和調壓方式應相同。在改建擴建工程中為利用舊有設備可以由兩臺參數相同的變壓器并聯供電給一臺電爐，XX化工廠由兩臺參數相同10MVA變壓器并聯供電，運行情況良好。第3.1.2條電弧爐和礦熱爐的供電系統應盡量簡化，以減少車間復雜操作。根據調查一般采用放射式系統為宜。對具有平穩負荷特性的礦熱爐亦有采用干線式供電系統，如XX鐵合金廠的礦熱爐采用了母線通道式的干線式系統。絕大多數電弧爐都是單回路放射供電。例如XX鋼廠50t煉鋼電弧爐、XX重機廠和XX鋼廠40t煉鋼電弧爐均采用單回路放射式架空線路供電，已運行多年，供電可靠，滿足生產要求。為避免操作復雜化，在每臺電爐變電所中不應設置屬于該電爐以外的母線、開關等電氣設備。第3．1．3條一、三相電弧爐工作短路引起供電母線的電壓波動值原標準定為5％，此次修訂為2．5％，這是根據現行國家有關電能質量標準而訂的。二、煉鋼電弧爐的負荷電流在整個冶煉時間具有急劇的沖擊特性；熔化期最劇烈，精煉期較平穩，沖擊電流大小主要取決于電爐的阻抗參數和冶煉工藝。對不同沖擊電流倍數具有不同的沖擊頻率。沖擊電流倍數限3．5倍額定電流。沖擊頻率則由每小時數十次至數干次。根據實測資料，煉鋼電弧爐電壓波動在熔化初期的打洞期和二次加料后其幅度、頻度均大，隨著冶煉的進行通常其電壓波動值減小，電壓波動幅值△V與其發生頻度N,對煉鋼電弧爐來說一般具有這樣的規律：N(AV)a=常數在精煉期,電壓波動顯著減少,但在吹氧或加石灰石時鋼液面波動,產生短時性電壓波動。30t煉鋼電弧爐電壓波動值(AV)與發生頻度的關系中，a的平均值為4.5。三、 煉鋼電弧爐引起的電壓閃變一般可分為兩種：一種為熔化期在廢鋼上突發性的電弧短路,產生每秒一次以下的電弧電流變動而引起的電壓閃變稱為最頻繁的閃變，另一種是電弧點弧點在廢鋼上的移動的同時由于受其他相電流磁場影響使電弧長度不斷變化，因而產生每秒數次的電流變動而引起的電壓閃變稱為周期性電壓閃變。XX重機廠20t煉鋼電弧爐的電流、電壓波形圖在熔化期曾測得這種周期性電壓閃變。頻率為10Hz左右的周期性電壓波動對人眼最不利。四、 煉鋼電弧爐引起的電壓波動對其他用電設備影響很大，例如：1.照明燈光閃爍；電視機畫面亮度變化，垂直和水平幅度動搖；電動機轉速不均，使造紙、制絲不勻，使精加工機床制品光潔度差，嚴重的產生廢品；使電子設備(例如X光機)自控設備工作不正常；影響電渣爐使熔化形成紋點狀而影響高級鋼的質量；使光電比色儀工作不正常，影響化驗結果；使同步電動機聲音不正常，使定子壓板松動自行震出，線圈松動在槽口處受損。但煉鋼電弧爐引起的電壓波動對其他用電設備的影響最主要和最普遍的是照明燈光閃爍，因此國際電工委員會第七十七技術委員會電氣設備包括電網的電磁兼容技術委員會明文規定閃變是指照度波動的主要影響，并說明“閃變”詞組不應代替“電壓波動”。并規定了一臺設備在規定條件下試驗時可能產生的電壓波動限值；并明確說明這些要求不應與用戶供電質量相關的要求混淆。五、 國外煉鋼電弧爐引起電壓波動的計算方法及允許值如下：1?美國。從實例來說明，兩臺25MVA變壓器的100t電弧爐，這種電爐在熔化開始后30min周期性的電壓閃變，單相沖擊負荷每秒4?6次、時間4—12周波、cos屮=0.6、11.4MVA，這種周期性電壓閃變對眼最不利。采取短路容量最大的230kV系統供電，用二臺30MVA的同期調相機進行補償無功。經計算系統供應0.77的無功，系統電抗為0.03，周期性電壓閃變為0.422%，即在120V照明線路上的電壓閃變值為0.505V，而允許值為0.45%xl20二0.54V。從上例可以看出美國電爐電壓波動是按周期性電壓閃變值校驗，即每秒4?6次的單相負荷，允許值是在120V線路上不超過0.45%。每秒1次的更大沖擊負荷引起的電壓波動允許值在120V線路上不超過IV。2，獨聯體。根據原蘇聯國家標準《電能質量標準)FOCT—13109—87，電壓波動允許值如圖2所示。電壓波動幅值和次數如圖3所示。

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rrgGFCIK/min)I:r.j1...'l'JilF—吧壓進劭熬率他分如一玻動閥的時網聞隔圖2原蘇聯國家懈靠IXJCJ-13109-87電壓渡動允許值圖

咅5—周期桂詭動幅值（在忖間丁卩內桶値變動丁次卄點口,廣護Ud—非周期性波刮瞞值圖3原蘇聯國家標準POCT-L31G9-87電莊波動幅值和次數圖3.有關電壓波動的備國皈準見表26電壓波動的各國標準 表即電壓披動母式或所痔慮的菇他屢蛙?別限曜備訐（例如較高電壓采用較低阿度）啣時值聯荊議■3--8s0,4%-0.5^澳大利亞厳斯挾夫 111%1IrtkV0.75%;220kV().5%關 威0.5%IOI!z當址袪國童大利電壓波動刑竝1日本（B；C.公司）0一45箱（豈AJ0.32%（平均）麟時值lb平均毎分鐘10衣T口豐（G公司）1,3%-1.5%■'電壓渡蠱r（帶有n咲時間常數的儀越按毎孫忡請散的統計值）養 國().25%132kVWL0.20%電弧爐師宦容質電力系統撫態規路容『尿 1.單臺1.2^-L€%Z2.0%-2.7%3合及以上2.8鳴-3-7%閱跚電壓矗（推單臺爐.多臺爐歸換弟等斌電護）涎國2%132kV以上16%瑞輒2,5%2.0%~2.5%為可疑范圉*取臺護2%,1lOkVM1：2%'1f? 衛-荷二L75%闊斯竝夫2.5%六、相應的國際電工標準。國際電工標準最大電壓變動允許值見圖4所示。二■一d計Ts9go OO0-000-0qidVGl_U 二■一d計Ts9go OO0-000-0qidVGl_U ejH■才話訪H*電牢空盤欣歆I； 1T…十IIClC"JC5-ciOCC7Q■e齊-fiijmpg圖4IEC最丸允許電壓變動百分假AU/UC%)七、由于目前我國電力系統和短路容量與國外先進國家比較要小得多，且電壓閃變主要是對人眼感覺出發的，是針對照明照度閃爍而言的；正如國外照度標準不適合目前我國國情一樣，故在此條中暫不訂入有關電壓閃變允許值的數據。我們曾用日本引進的電壓閃變測定裝置對華東、華北電網進行煉鋼電弧爐引起電網電壓閃變的測定，由于我國發電容量和短路容量比發達國家小得多，所以實測結果大都不能符合發達國家對電網閃變的標準限值(△V10=0.5%)的要求。第3．1．4條在有工作短路的電爐裝置中，由于經常出現工作短路，電流將致使電爐裝置的變壓器等電氣設備易于損壞，引起電網過大的電壓波動，所以必須采取措施限制在規定值以下。較小容量的電爐短網阻抗較小，工作短路電流將超過允許值，應在電路中接入電抗器運行以限制沖擊電流用以限制工作短路電流的電抗器應能在冶煉過程中根據爐況進行調節或切除；煉鋼電弧爐的工作短路主要在熔化期產生，在精煉期負荷較為平穩。接入電抗器將使電爐的功率因數降低，并由于電弧電壓降低，熔化時間增加而增加電能耗量。XX拖拉機廠曾對兩臺5t電爐進行多次試驗，當冶煉鋼種和操作制度適當時接入電抗器比經常接入電抗器要節約電能70kWh/t，并縮短冶煉時間。對較大容量的電爐由于短網電抗較大（30t煉鋼電弧爐短網電抗值約為31%）,電弧爐的工作短路電流一般能自限在規定值以內。國外近年來經常省去電抗器是因為變壓器調到較低級電壓運行與采用串聯電抗器有相同效果。第3．1．5條由于國內外的煉鋼電弧爐變壓器一般能在熔化期過負荷20%運行，所以三相電弧爐裝置主系統的導體載流量應按電弧爐變壓器容量的120%計算；開關設備和互感器的額定電流可按大于上述數值選擇。根據國家專業標準《電弧爐變壓器》：煉鋼電弧爐變壓器在溫升試驗時應折算到1．2倍額定電流；煉鋼電弧爐其均方根值為1．2倍額定電流時，每周期所允許的持續時間不應超過表21的規定。毎周期允許持繞時間 表婦每風期時阿T（h）允許持皺時闊質歸TC4.5T>4.52.5毎周期時間系指每煉一爐鋼從裝料到出鋼完畢所需時間第3．1．6條一、 煉鋼電弧爐的負荷很不穩定，熔化期由于工作短路經常使操作斷路器帶負荷跳閘。另外空載調壓的電爐變壓器切換二次電壓或改變串聯電抗器的接線方式時也要操作斷路器。據調查每爐鋼的操作次數一般平均達7—10次，多則數十次，所以電弧爐操作斷路器應允許頻繁連續接通和斷開負荷電流。二、 我國早年（10t及以下煉鋼電弧爐）廣泛采用的是多油斷路器，從調查幾十個廠的工人一致反映這種斷路器性能差，幾次跳閘后油就碳化，觸頭無滅弧裝置磨損大，容易出事故。例如XX鋼廠一年半時間內就發生爆炸事故9起，有一次斷路器爆炸起火將整個配電室電氣設備燒毀。X鋼三廠用此種斷路器有一次爆炸開關室墻倒壓傷了3人。XX鋼廠用此種斷路器發生爆炸事故4起；其他廠發生類似事故很多。我國在60年代試制成磁吹式空氣斷路器。這種斷路器用空氣作滅弧介質，開斷速度較快，斷流容量較大，性能比多油斷路器有較大改善，運行安全可靠，維修工作量較小，適用于頻繁操作，較受煉鋼工廠的歡迎。三、 隨著我國社會主義建設的發展，首先制成KN—35型空氣斷路器，其操作壽命超過10000次（一般斷路只有1050次），接著試制成功35kVSF6斷路器，利用惰性氣體SF6作為絕緣和滅弧介質。這二種斷路器在XX重機廠、X鋼五廠使用多年，已基本上解決了我國35kV電壓等級頻繁操作斷路器。四、 除上述斷路器外，目前我國不少開關廠研制成功真空斷路器。這種斷路器是將觸頭封閉在真空管內，滅弧效果好，運行安全，體積小，維修工作量小。但國內目前這種斷路器產品質量不統一；有的產生嚴重的過電壓。五、 礦熱爐的負荷特性較平穩且多為連續工作制。很少有過電流跳閘和切換電壓操作。例如XX鐵合金廠全廠十幾臺礦熱爐經常連續運行一兩個月而不切換電壓，操作斷路器幾乎不動作，因此礦熱爐可以采用少油或多油斷路器為操作斷路器。在我們調查的幾十個鐵合金廠50多臺礦熱爐一般采用少油斷路器，長期運行證實可靠。第3．1．7條根據各地運行情況，切斷空載變壓器時產生過電壓可能性較高，而電弧爐經常在電極升起后切斷空載變壓器，所以應在操作斷路器與電爐變壓器之間裝設閥型避雷器以限制切斷空載變壓器時所產生的過電壓（1.5?7.5UH）。XX鋼廠50t煉鋼電弧爐在操作斷路器與電爐變壓器之間設有閥型避雷器。XX重機廠100t精煉爐也是這樣。在中性點不接地或經消弧線圈接地的35kV電力網切斷空載變壓器產生的過電壓一般不超過4.0UH,個別可達7.0UH,變壓器的勵磁電流越小則過電壓越小。用裝有并聯電阻的斷路器可以限制切斷空載變壓器時產生的過電壓。操作斷路器在切斷變壓器——電弧爐時，操作斷路器的強制滅弧作用和電弧爐中的電弧不穩定作用合在一起使電流迅速遮斷，也會產生很大的過電壓。采用真空斷路器為操作斷路器時，在試驗和運行中均發現操作過電壓較嚴重。限制操作過電壓除采用氧化鋅避雷器外，還可以采用阻容吸收裝置等辦法。在電爐變壓器的二次側應裝設阻容吸裝置，這是因為60