Лекция. Электроснабжение дуговых печей

14 Лекция. Электроснабжение дуговых печей

Содержание лекции:

- дуговые печи как потребители электроэнергии.

Цели лекции:

- особенности работы, электрооборудование и схемы питания дуговых печей.

Дуговые печи являются потребителями электроэнергии, оказывающими  значительное влияние на  системы электроснабжения. Для работы дуговых печей  характерны следующие  особенности:

1) Сравнительно низкие значения напряжения горения дуг при больших мощностях печей обуславливают  очень большие токи фаз. Это вызывает необходимость в согласующем трансформаторе и мощных токоподводах, рассчитанных на десятки тысяч ампер. Высокая индуктивность этих токоподводов обуславливает низкий коэффициент мощности печной установки, а их несимметрия - несимметрию  загрузки фаз печи. Следовательно, необходимо укорачивать эти токоподводы, т. е. размещать  печной трансформатор  как можно ближе к печи.

2) Мощность и напряжение на печи меняются  в разные периоды плавки, кроме того,  зависят от марки  выплавляемой стали, поэтому они должны регулироваться  в широких пределах.

3) Неспокойный характер электрического режима,  особенно в начальный период  расплавления. В дальнейшем  после слияния колодцев  и образования общей ванны,  электрический режим  несколько успокаивается,  однако толчки тока, короткие замыкания и обрывы дуг имеют место до окончания периода расплавления. В период окисления,  и особенно в период  рафинирования, электрический режим печи успокаивается, резкие толчки тока, соответствующие коротким замыканиям, и  обрывы тока прекращаются.

4) Частые колебания тока и коммутации  могут вызывать  в отдельных элементах цепи электроснабжения дуговых печей значительные перенапряжения, достигающие 4-5-кратных номинальных значений.

5) Электрическая дуга является  нелинейным проводником,  формы кривой тока, и особенно напряжения дуговых печей искажены. Дуга является генератором  высших гармоник,  проникающих в питающую сеть.

Таким образом,  применяемое в ДСП электрооборудование  должно выдерживать токи эксплуатационных КЗ в печи (являющихся не аварийным, а нормальным эксплуатационным режимом) и возможные перенапряжения. Оно должно обеспечить возможность регулирования  электрического режима печи (дискретное переключение ступеней  напряжения печного трансформаторного агрегата, как правило, под нагрузкой, т. е. без отключения питания; плавное изменение тока печи путем изменения длины дуг опусканием или подъемом электродов).

Кроме того, должны быть предусмотрены меры по ограничению токов эксплуатационных КЗ разумными пределами. Это касается небольших печных установок,  в которых собственная реактивность недостаточна. В мощных печах необходима компенсация реактивной мощности.

В дуговых печах должны быть предусмотрены необходимые коммутационные аппараты и измерительные устройства, защита от аварийных КЗ и перегрузок. Все дуговые печи  должны быть снабжены  быстродействующими системами  автоматического регулирования для стабилизации их электрического режима.

Основное электрооборудование дуговых сталеплавильных печей:

а) трансформаторы для ДСП, обеспечивающие согласование  параметров печи с параметрами  системы  электроснабжения и регулирование подаваемого на печь напряжения. По сравнению с обычными силовыми трансформаторами печные имеют ряд особенностей:

1) высокий коэффициент трансформации и большие токи на стороне низкого напряжения;

2) конструкции трансформатора выполнены более жесткой из-за эксплуатационных КЗ (особенно в части крепления  обмоток и выводов), способной выдержать  возникающие при КЗ динамические усилия. Из этих же соображений  вторичную обмотку трансформатора  включают в  треугольник (Д), так как при этом  ток КЗ распределяется на две фазы,  это снижает  механические усилия  в обмотках и их нагрев. Кроме того, это позволяет уменьшить индуктивность токоподвода;

3) для снижения толчков тока при КЗ и устойчивого горения дуги ХL печного контура должно быть не менее 30-35%, поэтому для малых печей, у которых Х L коротких сетей невелико, желательно, чтобы Х L было большое. Uк. з. печных трансформаторов составляет 7-8%. Для печей ёмкостью до 12 тонн  с трансформатором  до 9 МВА приходится включать последовательно с печным трансформатором  реактор. ХLmax реакторов-30%, они снабжены отпайками. Он располагается в одном баке с печным трансформатором;

б) коммутационная и измерительная  аппаратура.

Схемы питания  и подстанции ДСП.

ДСП малой емкости подключаются к сети U = 6÷10 кВ (см. рисунок 26), большой емкости – к сети 35кВ. Границей является печь емкостью 25 тонн, мощностью 12,5 МВА; трансформаторы для этой печи выполняются как на  U = 6÷10 кВ, так и на 35 кВ. Самые большие  печи на 100 и 200 т с трансформаторами 50 и 124 МВА – на  U = 110 или 220 кВ. 

Питание печей емкостью >25т осуществляется от специального трансформаторного агрегата, состоящего из печного нерегулируемого трансформатора и регулировочного АТ, обычно оба в одном баке.

Мощные ДСП работают с низким коэффициентом мощности (cosц = 0,7). Это приводит к повышенным электрическим потерям в сети и к необходимости завышать номинальную мощность трансформаторов, генераторов и др. силовой аппаратуры. Мощные ДСП являются источниками значительных колебаний тока, следовательно, и напряжения, весьма нежелательных для других потребителей сети, особенно для осветительной нагрузки.

Если мощность питающей системы намного больше мощности дуговой нагрузки, то эти колебания неощутимы. Если же мощность системы мала (соизмерима с мощностью дуговой нагрузки), то надо ставить реакторы, уменьшающие эти колебания. Наилучшим способом борьбы с колебаниями напряжения является компенсация реактивной мощности.  Поддержание в моменты колебаний тока  cos ц, близким к единице, обеспечивает практическую ликвидацию колебания напряжения.

Компенсация реактивной мощности малыми батареями осуществляется подключением БК у самой печи, что требует установки КУ на каждую печь. Установка БК на шинах ГПП выгодно по капитальным затратам, т. к. мощности в часы максимальных нагрузок печей не совпадают. Необходимо применять регулирование мощности БК.

Рисунок 27 – Схема питания  одиночного ДСП емкостью 1,5-6,0 т

1 – печь; 2,5 – трансформаторы тока; 3 – печной трансформатор, имеющий 12 ступеней напряжения со снятием нагрузки; 4 – реактор (в одном баке с трансформатором) – для ограничения токов к. з. и повышения устойчивости горения дуги; 6 – высоковольтный выключатель, для  операционных  и для защитных функций; 7 – разъединитель для видимого разрыва; 8 –  трансформаторы напряжения; 10 – разъединитель для шунтирования реактора в период плавки. Измерительные приборы – для контроля режима печи. Для защиты установки от аварийных токов к. з. предусмотрена МТЗ (9) мгновенного действия, а от перегрузки – МТЗ (11) с зависимой уставкой времени срабатывания.

Применение продольной компенсации реактивной мощности  в установках ДСП невозможно, т. к. при резонансе напряжений ток  эксплуатационного КЗ, ограничиваемый лишь активным сопротивлением контура, возрастает в несколько раз; кроме того, при толчках тока  возможно появление  в цепи значительных перенапряжений.

На рисунке 28 представлена схема электроснабжения дуговой печи для литья чугунных отливок ДЧМ-5. ЦРП – центральный распределительный пункт. РБА – 1000 – реакторы для снижения мощности КЗ на шинах ЦРП, они также сглаживают толчки напряжения.

На рисунке 29 представлена схема электроснабжения крупной дуговой печи на 50 т. Печь одиночная, ГПП отсутствует, к цеху электроэнергия подводится по двум ВЛ – 35, подходящим к шинам печной подстанции. Резервирование ограничивается наличием двух воздушных линий, двух высоковольтных выключателей. 

Печи питаются от шин  6 кВ ГПП. Две линии ВЛ -110 секционированы, трансформаторы трехобмоточные. От шин 35 кВ питаются другие цеха. На 6 кВ имеются две системы шин, есть возможность питания от любой системы шин. Переключение осуществляется разъединителем, т. к. печи можно отключать на короткое время. Все управление в РУ–6 кВ ГПП, а на ППС только трансформаторы, нет коммутационной аппаратуры. Реакторы в РУ-6 кВ применены для уменьшения мощности КЗ, а также для сглаживания колебаний напряжения.

Рисунок 28 – Схема электроснабжения одиночной печи типа  ДЧМ – 5 Рисунок 29 – Схема электроснабжения печи типа ДСП – 50

На рисунке 30 представлена схема без ГПП с использованием глубокого ввода 220 кВ непосредственно в цех, к печной подстанции. Питание по двум ВЛ, подключенным к двум секционированным шинам  220 кВ, от них идут 6 линий к печам. АТ для регулирования напряжения и печные нерегулируемые трансформаторы. Поперечная компенсация реактивной мощности.

Рисунок 30 – Схема питания мощных дуговых печей ДСП – 200