專利名稱：基于節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前的電熔鎂生產(chǎn)企業(yè)正處于工藝原始、技術(shù)及裝備落后、自動化水平低的狀態(tài)， 導(dǎo)致能源、資源浪費(fèi)嚴(yán)重。隨著電熔鎂產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，大量電耗已經(jīng)給電熔鎂產(chǎn)地造成 了嚴(yán)重的用電壓力和用電矛盾，嚴(yán)重阻礙了地區(qū)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展和社會和諧，因此，研究能夠 節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)適應(yīng)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》的要求，也 是電熔鎂企業(yè)生存和發(fā)展的迫切需要。 傳統(tǒng)的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)由爐用變壓器、短網(wǎng)、三相電極以及手動控制電極 升降裝置四部分組成。爐用變壓器由于其容量選擇受傳統(tǒng)計(jì)算方法影響，使之一直不能處 于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，自身電耗過大；電極升降靠人工手動控制，勞動強(qiáng)度過大，不能及時有效地結(jié) 合工藝對冶煉過程中的電流進(jìn)行調(diào)整，造成產(chǎn)品質(zhì)量差且電耗高；另外，由于爐用變壓器及 短網(wǎng)上存在大量諧波，造成電耗的急劇升高、且影響到變壓器的使用壽命。
目前，電熔鎂爐供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)合理的設(shè)計(jì)依據(jù)，并且并非是由專業(yè)設(shè) 計(jì)單位設(shè)計(jì)，而是由各電熔鎂砂生產(chǎn)廠根據(jù)相互的使用經(jīng)驗(yàn)簡單設(shè)計(jì)完成，故此造成整個 供電系統(tǒng)自身電耗居高不下，嚴(yán)重制約了電熔鎂生產(chǎn)企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)電耗高、產(chǎn)品質(zhì)量差，且影響變壓器使用壽命 的問題，本發(fā)明提供一種電耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好，且不影響變壓器使用壽命的基于節(jié)電運(yùn)行的 交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種基于節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂 爐供電系統(tǒng)，包括爐用變壓器、短網(wǎng)、三相電極、濾波補(bǔ)償裝置和自動控制電極升降裝置；所 述的爐用變壓器的一次側(cè)與供電電網(wǎng)相連接，二次側(cè)通過短網(wǎng)與三相電極相連接；對爐用 變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)分別通過電量檢測儀表將檢測信號送給自動控制電極升降裝置、 濾波補(bǔ)償裝置，所述的濾波補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償端與三相電極上端相連接，濾波補(bǔ)償裝置的控 制器與自動控制電極升降裝置的控制器相通訊。 所述的濾波補(bǔ)償裝置采用無源單調(diào)諧濾波補(bǔ)償器，包括主電路和控制系統(tǒng)，主電 路是通過總隔離開關(guān)上連進(jìn)線電纜下連母線排，通過多個分隔離開關(guān)上連母線排下連多組 熔斷器，每組熔斷器下端接一個真空接觸器，真空接觸器下端與濾波電抗器相連，濾波電抗 器下端與補(bǔ)償電容器相接；控制系統(tǒng)控制器的輸入端接有爐用變壓器一次側(cè)、二次側(cè)的電 量檢測信號，其多路輸出端分別接到各個真空接觸器的控制線圈回路。 所述的濾波補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償點(diǎn)，即濾波補(bǔ)償裝置與三相電極的連接點(diǎn)，選擇靠近 三相電極上端頭處。
所述爐用變壓器的容量的確定方法，包括如下步驟
步驟一 確定變壓器的有功功率經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)13 ,<formula>formula see original document page 4</formula>
式中，P。_變壓器空載損耗，PK_變壓器短路損耗； 步驟二 對變壓器有功功率的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間進(jìn)行劃分，其中， 最佳運(yùn)行區(qū)1. 33P JP2《P《0. 75， 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)P ^《P《1， 最劣運(yùn)行區(qū)0《P《P JP2， |3 -T時間段內(nèi)變壓器的平均負(fù)載系數(shù)； 步驟三根據(jù)使電熔鎂冶煉過程實(shí)際需求電流處于變壓器有功功率最佳運(yùn)行區(qū)間
的原則確定變壓器的容量。 本發(fā)明的有益效果 1、由于本發(fā)明的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)采用了由爐用變壓器、短網(wǎng)、三相電極、濾 波補(bǔ)償裝置和自動控制電極升降裝置五個部分組成的有機(jī)整體，使大大降低供電系統(tǒng)的自 身運(yùn)行電能消耗成為可能，可以實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)電熔鎂爐供電系統(tǒng)相比，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前 提下，總體節(jié)電15%的指標(biāo)； 2、由于本發(fā)明的供電系統(tǒng)采用了濾波補(bǔ)償裝置，并選擇了合理的補(bǔ)償點(diǎn)，可以將 爐用變壓器及短網(wǎng)上存在的大量諧波進(jìn)行濾除，并且通過爐用變壓器的容量的確定方法使 電熔鎂冶煉過程實(shí)際需求電流處于變壓器有功功率最佳運(yùn)行區(qū)間；就使本發(fā)明的供電系統(tǒng) 電耗低，且不影響變壓器的使用壽命； 3、由于本發(fā)明的供電系統(tǒng)采用了自動控制電極升降裝置，能自動調(diào)節(jié)三相電極的 升降，及時有效控制電弧電流，實(shí)現(xiàn)改善產(chǎn)品質(zhì)量、降低電耗的目的。


圖1是本發(fā)明的供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是變壓器有功功率運(yùn)行區(qū)間劃分示意圖；
圖3是電熔鎂爐變壓器二次側(cè)濾波補(bǔ)償原理示意圖；
圖4是電熔鎂爐變壓器二次側(cè)濾波補(bǔ)償點(diǎn)的示意圖； 圖中，1-濾波補(bǔ)償裝置，2-電熔鎂爐，3-三相電極，4-自動控制電極升降裝置， 5-短網(wǎng)，6-爐用變壓器，7-電量檢測儀表，8-供電電網(wǎng)，9-高壓開關(guān)，10-補(bǔ)償點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，一種基于節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)，包括爐用變壓器6、短 網(wǎng)5、三相電極3、濾波補(bǔ)償裝置1和自動控制電極升降裝置4 ;所述的爐用變壓器6的一次 側(cè)與供電電網(wǎng)8相連接，二次側(cè)通過短網(wǎng)5與三相電極3相連接；對爐用變壓器6的一次側(cè) 和二次側(cè)分別通過電量檢測儀表7將檢測信號送給自動控制電極升降裝置4、濾波補(bǔ)償裝 置l，所述的濾波補(bǔ)償裝置1的補(bǔ)償端與三相電極3上端相連接，濾波補(bǔ)償裝置1的控制器 與自動控制電極升降裝置4的控制器相通訊。 所述的濾波補(bǔ)償裝置采用無源單調(diào)諧濾波補(bǔ)償器，包括主電路和控制系統(tǒng)，主電路是通過總隔離開關(guān)上連進(jìn)線電纜下連母線排，通過多個分隔離開關(guān)上連母線排下連多組
熔斷器( 一一對應(yīng))，每組熔斷器下端接一個真空接觸器，真空接觸器下端與濾波電抗器相
連，濾波電抗器下端與補(bǔ)償電容器相接；控制系統(tǒng)控制器的輸入端接有爐用變壓器一次側(cè)、
二次側(cè)的電量檢測信號，其多路輸出端分別接到各個真空接觸器的控制線圈回路。 本發(fā)明的自動控制電極升降裝置4為現(xiàn)有技術(shù)，可采用專利號為03212158. X的中
國專利"電熔鎂爐自動控制裝置。 濾波補(bǔ)償裝置的節(jié)電原理如下 電熔鎂爐的無功和諧波主要來自于電極電弧。盡管在電熔鎂爐的高壓側(cè)已經(jīng)安裝 了高壓濾波補(bǔ)償器，但該高壓濾波補(bǔ)償器不能補(bǔ)償變壓器二次側(cè)的無功損耗，也不能消除 變壓器二次側(cè)的諧波。 如圖3所示，在未加濾波補(bǔ)償裝置之前，維持電極電弧發(fā)生所需要的無功全部來 自于變壓器，由電弧產(chǎn)生的大量諧波經(jīng)過短網(wǎng)返送給變壓器，如圖3中虛線單箭頭所示，由 此造成電能的大量損耗。在加濾波補(bǔ)償裝置之后，維持電極電弧發(fā)生所需要的無功主要來 自于濾波補(bǔ)償裝置；由電弧產(chǎn)生的大量諧波大量流經(jīng)濾波補(bǔ)償裝置提供的低阻通道，不再 返送給變壓器，如圖3中實(shí)線雙箭頭所示，短網(wǎng)上的無功電流大大減少，由此可以節(jié)省大量 的電能。 理想化的濾波補(bǔ)償效果應(yīng)該是當(dāng)將電熔鎂爐與濾波補(bǔ)償裝置看成是一個整體 時，那么它相對與變壓器以及短網(wǎng)來說，應(yīng)該呈現(xiàn)出純阻性負(fù)載，即電弧與濾波補(bǔ)償裝置組 成的電路的等效阻抗為阻性。 基于上述電熔鎂爐濾波補(bǔ)償裝置的節(jié)電原理，從低成本和電熔鎂企業(yè)的實(shí)際情況
出發(fā)，本供電系統(tǒng)的濾波補(bǔ)償裝置采用無源單調(diào)諧濾波補(bǔ)償器，該濾波補(bǔ)償器具有結(jié)構(gòu)簡
單、成本低廉、運(yùn)行可靠性高以及運(yùn)行費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)。 所述的無源單調(diào)諧濾波補(bǔ)償器應(yīng)滿足如下技術(shù)要求 電容C、電感L和電阻R之間的關(guān)系滿足濾波原理；整體濾波等效阻抗?jié)M足系統(tǒng)無 功補(bǔ)償要求；整體阻抗不應(yīng)與電網(wǎng)阻抗形成串、并聯(lián)諧振；各組濾波容量計(jì)算要考慮10% 的背景諧波容量；保證在正常失諧的情況下，無源濾波器仍能滿足各項(xiàng)技術(shù)要求；避免各 個無源濾波器之間的并聯(lián)諧振。 如圖4所示，所述的濾波補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償點(diǎn)，即濾波補(bǔ)償裝置與三相電極的連接 點(diǎn)，其選擇應(yīng)該盡量靠近三相電極的上端頭處；以盡量減少無功電流流經(jīng)短網(wǎng)而造成的不 必要的電能損失。 傳統(tǒng)的電熔鎂爐上使用的變壓器，大都是屬于S6、S7系列變壓器，其能效較低。近 些年來，一些電熔鎂企業(yè)紛紛開展了針對變壓器更新改造的節(jié)電工程，條件好的企業(yè)甚至 選用了針對電熔鎂爐開發(fā)的專用變壓器，已經(jīng)取得了較好的節(jié)電效果。但由于企業(yè)在變壓 器容量選擇上缺乏適用的理論指導(dǎo)，往往造成變壓器容量選擇偏小，有的企業(yè)為了提高單 位時間產(chǎn)量，甚至使?fàn)t用變壓器長期過載運(yùn)行，結(jié)果造成變壓器運(yùn)行損耗普遍很高。
變壓器的節(jié)能降耗分別考慮了有功損耗最小、無功損耗最小、綜合損耗最小的三 種情況。考慮到電熔鎂爐變壓器(多臺高壓側(cè)并聯(lián))高壓側(cè)母線上已經(jīng)采用集中無功補(bǔ)償 設(shè)備，節(jié)電以節(jié)約有功電量為主，故此在變壓器容量選擇上，按照有功經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則進(jìn)行選 擇。
按照這一原則，經(jīng)過理論分析與推導(dǎo)，得出了爐用變壓器的容量的確定方法，包括 如下步驟 步驟一 確定變壓器的有功功率經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)13 Jp，
P JP = (P0/PK) 1/2 式中，P。-變壓器空載損耗，PK_變壓器短路損耗； 步驟二 對變壓器有功功率的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間進(jìn)行劃分，如圖2所示，其中，
最佳運(yùn)行區(qū)(即高效率運(yùn)行區(qū))1. 33 P JP2《P《0. 75，
經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)P 7《P《1， 最劣運(yùn)行區(qū)(即低效率運(yùn)行區(qū))0《|3《|3 JP2，
|3 -T時間段內(nèi)變壓器的平均負(fù)載系數(shù)； 步驟三根據(jù)使電熔鎂冶煉過程實(shí)際需求電流處于變壓器有功功率最佳運(yùn)行區(qū)間 的原則確定變壓器的容量。 在電熔鎂冶煉過程中，工藝需求的電功率可以分為電弧加熱功率和電阻加熱功 率。電弧加熱功率用于熔化電熔鎂砂，電阻加熱功率用于維持爐內(nèi)熔池的深度。理論上講， 當(dāng)熔融電熔鎂砂物料總量、粒度、成分、水分等因素一定時，電熔鎂冶煉所需的電功率也一 定。在操作上，若電弧加熱功率過大，電阻加熱功率則偏小，會導(dǎo)致雖物料熔化快但熔池深 度不夠，這樣形成的熔坨不僅小而且不能使其中的雜質(zhì)充分析出，嚴(yán)重影響到產(chǎn)品質(zhì)量；若 電阻加熱功率過大，電弧加熱功率則偏小，這時因爐內(nèi)達(dá)不到足夠的熔融溫度，導(dǎo)致化料困 難、熔化時間長，嚴(yán)重影響冶煉過程的電耗狀況。在電阻加熱功率與電弧加熱功率之間存在 著一個合適的比例。在電熔鎂爐設(shè)備及物料等狀況一定時，電弧加熱功率與電阻加熱功率 的實(shí)際比例值大小主要取決于電弧電流。因此，本發(fā)明采用自動控制電極升降裝置對三相 電極的電流進(jìn)行自動控制，并通過實(shí)際效果進(jìn)行電流設(shè)定值修正，這樣可以達(dá)到很好的熔 煉效果，既可以穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，又可以降低單產(chǎn)電耗指標(biāo)。
權(quán)利要求
一種基于節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)，其特征在于包括爐用變壓器、短網(wǎng)、三相電極、濾波補(bǔ)償裝置和自動控制電極升降裝置；所述的爐用變壓器的一次側(cè)與供電電網(wǎng)相連接，二次側(cè)通過短網(wǎng)與三相電極相連接；對爐用變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)分別通過電量檢測儀表將檢測信號送給自動控制電極升降裝置、濾波補(bǔ)償裝置，所述的濾波補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償端與三相電極上端相連接，濾波補(bǔ)償裝置的控制器與自動控制電極升降裝置的控制器相通訊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)，其特征在于所 述的濾波補(bǔ)償裝置采用無源單調(diào)諧濾波補(bǔ)償器，包括主電路和控制系統(tǒng)，主電路是通過總 隔離開關(guān)上連進(jìn)線電纜下連母線排，通過多個分隔離開關(guān)上連母線排下連多組熔斷器，每 組熔斷器下端接一個真空接觸器，真空接觸器下端與濾波電抗器相連，濾波電抗器下端與 補(bǔ)償電容器相接；控制系統(tǒng)控制器的輸入端接有爐用變壓器一次側(cè)、二次側(cè)的電量檢測信 號，其多路輸出端分別接到各個真空接觸器的控制線圈回路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)，其特征在于所 述的濾波補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償點(diǎn)，即濾波補(bǔ)償裝置與三相電極的連接點(diǎn)，選擇靠近三相電極上 端頭處。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)，其特征在于所 述爐用變壓器的容量的確定方法，包括如下步驟步驟一 確定變壓器的有功功率經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)！^p，e JP = (P。/PK)1/2式中，P。_變壓器空載損耗，PK_變壓器短路損耗；步驟二 對變壓器有功功率的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間進(jìn)行劃分，其中，最佳運(yùn)行區(qū)1. 33 P JP2《P《0. 75，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)P 7《P《1， 最劣運(yùn)行區(qū)0《|3《|3 JP2， P -T時間段內(nèi)變壓器的平均負(fù)載系數(shù)；步驟三根據(jù)使電熔鎂冶煉過程實(shí)際需求電流處于變壓器有功功率最佳運(yùn)行區(qū)間的原 則確定變壓器的容量。
全文摘要
基于節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)，屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供一種電耗低、產(chǎn)品質(zhì)量好，且不影響變壓器使用壽命的基于節(jié)電運(yùn)行的交流電熔鎂爐供電系統(tǒng)。本發(fā)明包括爐用變壓器、短網(wǎng)、三相電極、濾波補(bǔ)償裝置和自動控制電極升降裝置；所述的爐用變壓器的一次側(cè)與供電電網(wǎng)相連接，二次側(cè)通過短網(wǎng)與三相電極相連接；對爐用變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)分別通過電量檢測儀表將檢測信號送給自動控制電極升降裝置、濾波補(bǔ)償裝置，所述的濾波補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償端與三相電極上端相連接，濾波補(bǔ)償裝置的控制器與自動控制電極升降裝置的控制器相通訊。
文檔編號H02J3/01GK101752869SQ200910248878
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者史大為, 吳志偉, 吳永健, 張杰卿, 胡毅 申請人:沈陽東大自動化有限公司