Ответы ИПП. 1 Основные трудовые права работников в соответствии с Конституцией Российской Федерации каждый имеет право на труд
 Скачать 24.44 Mb.
|
|
63. 2.7 Электрическое оборудование дуговых электропечей. Электрическая схема дуговых печей. Элементы оборудования. Печной трансформатор. Устройство для переключения ступеней напряжения. Дроссель. Выключатель, шунтирующий дроссель. Линия высокого напряжения. Воздушный разъединитель. Выключатель мощности. Короткая сеть. Гибкие компенсаторы. Шихтованный пакет шин. Гибкий токоподвод. Устройства для электромагнитного перемешивания металла. Оптимальный электрический режим работы дуговых печей. Автоматический регулятор мощности. Исполнительный механизм регулятора мощности печи. 2.7 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ 2.7.1 Электрическая схема дуговых печей Крупные дуговые электропечи являются мощным потребителем электроэнергии, и поэтому электросталеплавильные цехи включают в мощные энергетические системы, объединяющие по нескольку электростанций. К цеховым понижающим подстанциям для уменьшения потерь в линиях передач подводят энергию высокого напряжения (35–110) кВ. Это напряжение от высоковольтного распределительного устройства по индивидуальной для каждой печи линии подается к печной подстанции, в которой размещается понижающий печной трансформатор и вспомогательное электрооборудование (рис. 35). Ток с напряжением (110–600) в подается непосредственно к электропечи. Сила тока на этом участке электрической цепи достигает десятков тысяч ампер, вследствие чего на участке от печного трансформатора до электродов имеют место значительные потери мощности. Для уменьшения этих потерь печную подстанцию максимально приближают к печи, а участок цепи от трансформатора до электродов делают, возможно, более коротким, его часто называют короткой сетью печи. электрическая схема дуговых электропечных установок включает следующее оборудование: 1) печь с электродами, исполнительными механизмами регуляторов мощности печи и ванной, в которой горят дуги, и находится расплавленный металл; 2) понизительные трансформаторы, вместе с которыми размещены дроссели. В настоящее время освоены и выпускаются понизительные трансформаторы со встроенными дросселями, служащими для увеличения индуктивного сопротивления сети и улучшения условий горения дуг; 3) короткую сеть, соединяющую вторичные выводы трансформатора с электродами печи; 4) коммутационную, измерительную и защитную аппаратуру, провода высокого и низкого напряжения.  Рис. 35. Схема электропитания дуговой печи: КВН – кабель высокого напряжения; Р – разъединитель; ГВ – главный выключатель; ТН – трансформатор напряжения; ТТ – трансформаторы тока; Др – дроссель (реактор); ШВ – шунтирующий выключатель ПТ – печной трансформатор; ПСН – переключатель ступеней напряжения; П∆/Y – переключатель «треугольник – звезда»; 1 – электрод; 2 – дуга; 3 – ванна печи 2.7.2 Элементы оборудования 2.7.2.1 Печной трансформатор Понизительный печной трансформатор служит для преобразования электроэнергии высокого напряжения в энергию низкого напряжения. вследствие особых условий работы он характеризуются рядом особенностей, отличающих его от прочих силовых трансформаторов. К ним относятся: – большая величина номинальной силы тока на стороне низкого напряжения, составляющая десятки тысяч ампер; – повышенное индуктивное сопротивление обмоток, необходимое для ограничения силы токов короткого замыкания до (2,5–3,5)-кратной величины по отношению к номинальной силе тока, так как сталеплавильные печи работают с частыми замыканиями электродов на шихту при зажигании дуги и обвале шихты в период расплавления; – повышенная механическая прочность крепления обмоток и отводов, рассчитанных на частые толчки токов и короткие замыкания; возможность регулирования напряжения под нагрузкой в широких пределах. Трансформатор состоит из трех обмоток высокого напряжения, выполненных из медного провода относительно небольшого сечения, и трех обмоток низкого напряжения, выполненных из шин большого сечения. На первичной обмотке имеется ряд отпаек от разного числа витков, что позволяет изменять соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток и величину вторичного напряжения, так как U2 = U1 n2 / n1 где U2 – вторичное (выходное) напряжение трансформатора; U1 – подводимое к трансформатору напряжение; n1 и n2 – число витков соответственно первичной и вторичной обмоток. Все шесть обмоток посажены на связанные между собой три сердечника (магнитопровода). Сердечник трансформатора с обмотками опускают в плотно закрываемый кожух, заполняемый трансформаторным маслом. Масло является хорошим электрическим изолятором и обладает большой теплопроводностью, что обеспечивает отвод тепла от катушек и сердечника трансформатора. Нагревается трансформатор за счет потерь мощности на активное сопротивление медных обмоток и на перемагничивание сердечника. Над трансформатором устанавливают соединенный с ним бачок-расширитель, в котором содержится резерв масла. Этим обеспечивается постоянное заполнение маслом всего объема трансформатора и уменьшается поверхность соприкосновения масла с воздухом. В случае повреждения или оголения обмоток происходит разложение масла с выделением газов. О появлении газов в трансформаторе сигнализирует газовое реле, установленное в верхней части бака трансформатора. Газовое реле при появлении небольшого количества газов – продуктов разложения масла подает предупредительный сигнал. Для ограничения силы токов короткого замыкания в трансформатор встраивают дроссель, включение и выключение которого осуществляется специальным шунтирующим контактором. Современные печные трансформаторы снабжают устройствами переключения ступеней напряжения под нагрузкой, которые позволяют изменять напряжение на дуге без отключений печи. Для питания цепей защиты, контроля и измерения, а также цепи регулятора мощности дуги устанавливают трансформаторы тока. Печные трансформаторы оборудованы также приборами контроля уровня и температуры масла. Для защиты рабочих обмоток и переключающего устройства от перенапряжений, наводимых со стороны обмотки высокого напряжения, на трансформаторе устанавливают вентильные разрядники. Печные трансформаторы рассчитаны на режим работы с периодической перегрузкой на 20 % в течение 2 ч и последующей работой на номинальной силе тока в течение 2,5 ч. в течение многих лет дуговые печи, работавшие по традиционной технологии с окислительным и восстановительным периодами, оснащали трансформаторами с невысокой удельной мощностью от 130 до (200–400) кВ•А/т. В последние (10–15) лет, как правило, сооружают печи с высокомощными трансформаторами (600–900) кВ•А/т. Требуемую мощность трансформатора определяют расчетом, задаваясь длительностью периода расплавления шихты, которую принимают в пределах (1,0–1,2) ч. В связи с тем, что в современном сталеплавильном цехе печной пролет размещен в середине цеха между шихтовым и разливочным пролетами, а трансформатор устанавливают не далее (1–3,5) м от печи, естественное охлаждение его осуществить затруднительно. В то же время мощность тепловыделения в трансформаторе достигает десятков и сотен киловатт, поэтому его необходимо охлаждать принудительно. Для охлаждения применяют принудительную циркуляцию масла, пропускаемого через водяной маслоохладитель. Система охлаждения состоит из двух комплектов маслоохладителей и насосов, работающих независимо один от другого. Для удобства монтажа и демонтажа трансформатор снабжают переставными катками, позволяющими закатывать его в подстанцию широкой или узкой стороной по одной и той же стандартной колее шириной 1524 мм. 2.7.2.2 Устройство для переключения ступеней напряжения Устройство предназначено для ступенчатого изменения мощности, выделяющейся в дугах. Регулирование мощности может осуществляться либо переключением схемы соединении первичных обмоток трансформатора (со «звезды» на «треугольник» и наоборот), либо включением и отключением части витков первичных обмоток, и изменением коэффициента трансформации. Переключением первичной обмотки трансформатора с «треугольника» на «звезду» вторичное напряжение уменьшается в  раза.Если при этом общее сопротивление цепи не изменяется, то в раза уменьшается и сила тока, в результате чего мощность дуги уменьшается в 3 раза. Такое переключение возможно только при отключенной нагрузке. В трансформаторах, переключаемых под нагрузкой, вторичное напряжение регулируют только изменением числа включенных витков первичной обмотки. Переключать витки вторичной обмотки под нагрузкой невозможно вследствие очень больших токов.При переключении под нагрузкой для перестановки переключателя с одного контакта на другой необходимо на какой-то момент времени либо разорвать цепь, либо часть обмотки замкнуть накоротко с одновременным включением двух соседних контактов. Разрыв цепи под нагрузкой сопровождается образованием дуг, разрушающих контакты. Поэтому на практике пользуются вторым способом. На переключателе имеются два подвижных контакта, которые в рабочем положении замкнуты с одним и тем же контактом обмотки. При переключении подвижные контакты перемещаются на соседний контакт обмотки, и последовательно на какое-то время часть обмотки замыкается накоротко. Чтобы ограничить силу тока в режиме короткого замыкания, обмотку делят на большое число секций и тогда разность потенциалов между соседними секциями и сила тока невелики. По этой причине число ступеней напряжения у трансформаторов с переключением под нагрузкой исчисляется десятками. Аппарат для переключения напряжения без нагрузок достаточно прост, но у него также должен быть электрический привод, являющийся довольно сложным элементом, и поэтому в целом по сложности аппарат приближается к регулятору, работающему под нагрузкой. Регулятор несколько дороже, но позволяет без отключения выключателя переходить с одного режима на другой, что снижает износ общего выключателя, предотвращает охлаждение металла, ускоряет процесс переключения. 2.7.2.3 Дроссель При неустойчивых режимах работы печей малой и средней емкости необходимо включать дополнительное индуктивное сопротивление – дроссель. В современных устройствах дроссель встраивают в трансформатор. Величина относительного индуктивного сопротивления дросселей колеблется в пределах от 5 до 30 %. Чтобы индуктивность дросселя не падала с увеличением силы тока, дроссель выполняют с малой индукцией в стальном сердечнике. Обмотку дросселя вместе с сердечником и обмоткой трансформатора погружают в масло. 2.7.2.4 Выключатель, шунтирующий дроссель Наличие дросселя в цепи снижает коэффициент мощности установки, поэтому после того, как оканчиваются обвалы шихты и в ванне печи появляется жидкий металл, дроссель шунтируют с помощью специально встроенного в трансформатор приспособления с контактором. В установках, не имеющих такого приспособления, устанавливают шунтирующий выключатель. 2.7.3 Линия высокого напряжения Для подвода тока от высоковольтного распределительного устройства к печному трансформатору применяют разъединители, выключатели мощности и высоковольтный кабель. 2.7.3.1 Воздушный разъединитель Это трехполюсный рубильник, который служит для снятия напряжения с главного (высоковольтного) выключателя и для создания видимого разрыва в цепи высокого напряжения (при ремонтах и др.). Его включают и выключают только при снятой нагрузке (выключенном главном выключателе). Кроме разъединителя, устанавливаемого в питающей цепи, в целях техники безопасности предусматривают установку заземляющих разъединителей. Разъединитель, заземляющий шины короткой сети, позволяет исключить возможность наведения в первичной обмотке печного трансформатора токов, опасных для изоляции обмоток трансформатора и для лиц, ведущих работу на стороне высокого напряжения. Ножи и неподвижные контакты разъединителей изготовляют из меди. Не допускается установка разъединителя во взрывоопасных и пожароопасных помещениях, а также в среде с агрессивными газами (пары кислот, щелочей и т. д.). При включенном и отключенном положениях ножи запираются специальным зацепом, что исключает самопроизвольное открытие или закрытие их под влиянием силы тяжести, сотрясений и электромагнитных сил. 2.7.3.2 Выключатель мощности Главный или высоковольтный выключатель предназначен для разрыва высоковольтной цепи под нагрузкой. Его устройство обеспечивает гашение электрических дуг, возникающих между контактами выключателя в момент их разъединения. В зависимости от способа гашения дуги различают масленые, воздушные, электромагнитные и вакуумные выключатели. В масленом выключателе дугу размыкания гасит минеральное масло, заполняющее бак выключателя. В воздушном выключателе дугу гасит поток сжатого воздуха, он является пожароопасным и взрывоопасным. В электромагнитном выключателе гашение дуги производится создаваемым в момент размыкания контактов поперечным магнитным полем. Преимущество этого выключателя является то, что он не нуждается в сжатом воздухе и изоляционном масле. Вакуумный выключатель, используемый в цепях с напряжением 110 кВ и более, отличается высоким сроком службы, поскольку его контакты расположены запаянной вакуумной дугогасительной камере. Главный или высоковольтный выключатель служит для всех оперативных включений и выключений печной установки во время ее работы. Кроме того, по сигналам соответствующих датчиков он отключает установку при нарушении нормального режима работы (росте силы тока в короткой сети, повышении температуры масла в системе охлаждения трансформатора и температуры воды в системе охлаждения элементов печи и др.). 2.7.4 Короткая сеть Короткой сетью называют токоподвод от трансформатора до головки электродержателя, она состоит из двух участков. Пакета плоских медных шин 2 и 3, соединяющих выводы трансформатора с гибким токопроводом 4. Пакета медных шин или водоохлаждаемых труб 5, соединяющих гибкий токопровод с находящимся в электрододержателе 6 электродом 7 (рис. 36).  Рис.36. Схема короткой сети Ввиду большой потребляемой печью мощности (несколько десятков тысяч киловатт) и низкого напряжения дуги (100–400) В по короткой сети протекают токи силой до нескольких десятков тысяч ампер. Для уменьшения потерь на нагрев плотность тока обычно принимают в шинах и водонеохлаждаемых кабелях равной 1,5, в гибких водоохлаждаемых кабелях (2,3–3), в водоохлаждаемых трубах (3–3,5) А/мм2. Токопровод короткой сети выполняют, как правило, из медных шин. Большая сила тока требует большого сечения проводников, которое составляет несколько тысяч квадратных миллиметров на фазу. Большие сечения, малая длина, сложные конфигурации и шихтовка проводников усиливают обычно мало заметные при частоте 50 Гц явления поверхностного эффекта (вытеснение тока из середины проводника на поверхность), эффекта взаимодействия между собой тока одной фазы, протекающего нескольким параллельным шинам, а также взаимодействия общего тока одной фазы с током другой фазы. Поскольку на пути от трансформатора до электродов протекает ток большой силы до (50–100) кА, электрические потери пропорционально величине тока в квадрате, длину короткой сети стараются делать минимальной, а печной трансформатор устанавливают, возможно ближе к печи. Длина гибкого участка должна обеспечить возможность наклона печи и подъема и опускания электродов. Несмотря на относительно небольшую (несколько метров) длину вторичного токопровода, его активное и особенно индуктивное сопротивления являются определяющими для характеристики электрической установки в целом. Электрический к.п.д. установки и ее cos φ в значительной мере определяются параметрами короткой сети. Очень важным является уменьшение индуктивного сопротивления короткой цепи, которое в (3–7) раз больше активного и определяет коэффициент мощности (cos φ). Так как точно рассчитать сопротивление короткой сети невозможно, на вновь построенной печи должен быть проведен опыт короткого замыкания для определения истинных значений индуктивного и активного сопротивлений короткой сети, позволяющий построить рабочие характеристики для определения оптимальных режимов рабочей части печи. 2.7.4.1 Гибкие компенсаторы Шины короткой сети подсоединяют к выводам трансформатора не непосредственно, а через гибкие компенсаторы, выполненные в виде пакетов гибких медных лент толщиной 0,5мм. Суммарная площадь сечения пакета компенсатора должна быть равна или больше площади поперечного сечения пакета шин короткой сети. Свободная длина пакета составляет 0,3–0,5 м. На этом участке устраиваются два-три перегиба, обеспечивающих необходимую гибкость пакета. Благодаря наличию гибких компенсаторов можно надежно уплотнить выводы трансформатора и гарантировать герметичность уплотнений при температурных расширениях шин короткой сети, и при вибрации бака трансформатора. 2.7.4.2 Шихтованный пакет шин Он представляет собой одну из наиболее длинных частей вторичного токопровода, поэтому принимают все меры для уменьшения его индуктивного сопротивления. Это достигается размещением рядом проводников, токи в которых протекают в противоположных направлениях, т. е. путем шихтовки проводников. Чаще всего применяют шихтовку двух видов: чередование прямого и обратного проводов одной фазы, которое применяют при выполнении короткой сети по схеме «треугольник» на электродах; чередование проводов трех фаз в трехфазных печах по схеме «звезда» на электродах. Существо явлений, достигаемых шихтовкой шин, заключается в том, что индуктивность и, следовательно, индуктивное сопротивление проводника, находящегося в шихтованном пакете, определяются его собственной индуктивностью L11 и взаимными индуктивностями от соседних пакетов или шин пакета М1-2, М1-3, М 1-4, . . . . М1-n. Таким образом: L1 = L1-1 ± М1-2 ±, М1-3 ±. . . . ± М1-n где L1 – полная индуктивность первого пакета шин. Знак величины М зависит от направления тока в проводнике. Если токи направлены в противоположные стороны, то величина М вычитается из величины L1. Применение шихтовки позволяет свести индуктивное сопротивление шихтованного пакета, составляющего половину длины от всей короткой сети, к (10–15) % от ее общего сопротивления. Величина взаимной индуктивности зависит от расстояния между проводниками, и чем ближе расположены проводники, тем больше величина М. Поэтому целесообразно сближать между собой проводники там, где величина М отрицательна (противоположные направления протекания токов или разные фазы) и увеличивать при положительных значениях М. Дробление токопровода фазы на ряд параллельных проводников, т.е. шихтовка и расшихтовка проводников при подходе к электроду, приводит к некоторой асимметрии фаз и к различной длине шин фаз, что в свою очередь вызывает активное неодинаковое сопротивление отдельных фаз. В результате разность полного, активного и индуктивного сопротивлений различных фаз при шихтованных пакетах достигает (20–25) %. Если не применять шихтовки, эта разность может достичь (60–80) %, что обусловит перегрузку током наиболее загруженной «дикой» фазы на (60–80) %. 2.7.4.3 Гибкий токоподвод Электроды печи передвигаются в вертикальной плоскости, наклоняются при наклоне печи для слива металла и шлака и отворачиваются вместе со сводом для загрузки шихты сверху (на печах ДСП), что вызывает необходимость выполнения гибкого участка короткой сети. Размеры и конструкция гибкой части зависят от конструкции и характера работы печи и общей ее компоновки. Общая длина гибкой части короткой сети может быть соизмерима, и даже превышать длину шихтованного пакета шин. Она выполняется из гибких специальных медных полых неизолированных многожильных кабелей. Применение полых кабелей обусловлено поверхностным эффектом. При частоте 50 Гц глубина проникновения тока составляет примерно 10 мм. Внутренняя часть кабелей типа МГЭ имеет джутовую сердцевину. Допустимая нагрузка кабеля типа М1Э-500 (500 мм2) должна быть не более 800 А. В печах большой мощности, где необходимо пропускать токи силой в несколько десятков тысяч ампер, приходится выполнять целые гирлянды параллельных кабелей. В современных печах гибкую часть короткой сети выполняют из водоохлаждаемых изолированных резиновым шлангом кабелей, что дает возможность сблизить между собой пакеты фаз, а в системах, работающих по схеме «треугольник на электродах», соединять в одну гирлянду провода с прямой и обратной полярностью одной и той же фазы. Это приводит к значительному уменьшению индуктивного сопротивления гибкой части короткой сети. Применение гибких водоохлаждаемых кабелей особенно целесообразно при одновременном применении медных водоохлаждаемых труб токопровода по печи к электродам с водоохлаждаемым электрододержателем, поскольку при этом достигается удобство выполнения цепи водоохлаждения короткой сети и электрододержателей. Однако водоохлаждаемый токопровод требует более тщательного ухода, частого осмотра и устранения утечки воды в местах соединения. Увеличение массы заполненного водой кабеля требует специальных приспособлений для монтажа и демонтажа кабелей. На заводах, расположенных в зонах с суровыми климатическими условиями, в обычно не отапливаемых электросталеплавильных цехах при остановке печи на ремонт или длительный осмотр, а также при вынужденных остановках печи во избежание замерзания приходится сливать воду из водоохлаждаемых труб и кабелей. Для слива воды с провисающей части водоохлаждаемых кабелей их необходимо отсоединять от пакета шин и опускать на пол. Так как узел крепления кабелей находится на уровне 5–8м от рабочей площадки и сложен по конструктивному исполнению, то такой демонтаж с последующим монтажом выполнить достаточно трудно. Элементы конструкции печи, расположенные вблизи токоведущих проводников, оказываются в области переменного магнитного поля. Это приводит к дополнительным потерям энергии на перемагничивание конструкций, составляющим (20–30) % от общих потерь в короткой сети, в связи, с чем близко расположенные к токоведущим элементам металлические конструкции изготовляют из немагнитных материалов. 2.7.4.4 Устройства для электромагнитного перемешивания металла В большегрузных печах большая глубина ванны затрудняет протекание диффузионных процессов между металлом и шлаком, а большой диаметр печи очень усложняет скачивание шлака. В этих печах наблюдается очень слабое поверхностное перемешивание металла дугами. Так, если в печи вместимостью 0,5 т дугами перемешивается около 30 % объема металла, то в печи вместимостью 30 т – лишь около 3 %. Поэтому в печах большой емкости может происходить перепад температур по глубине ванны, достигающий 100 °С и более, а химический состав металла может быть неравномерным. Перемешивание металла вручную металлическими гребками в большегрузных печах малоэффективно, требует значительного времени и является очень тяжелой операцией. Для этого применяют электромагнитное перемешивание. Сущность электромагнитного перемешивания заключается в том, что при помощи располагаемого под днищем печи устройства в ванне жидкого металла наводятся индукционные токи. Взаимодействие токов с электромагнитным полем, создаваемым устройством, вызывает появление электродинамических эффектов, приводящих нижние слои металла в движение в определенном направлении. Верхние слои металла, естественно, двигаются в обратном направлении (рис.37).  Рис. 37. схема движения металла и шлака при работе электромагнитного перемешивания: а – в режиме скачивания; б – в режиме перемешивания; в – схема установки; 1 – статор; 2 – выводы обмоток статора; 3 – ванна Для перемешивания металла с целью выравнивания химического состава и температуры по объему ванны и для облегчения скачивания шлака используют «бегущее» поле, создаваемое статическим электромагнитом. Статор выполняют в виде вытянутого сердечника, изогнутого по форме днища печи. Обмотки статора питаются двухфазным током низкой частоты (0,5–2 ) Гц с углом сдвига фаз 90°. Целесообразность использования токов низкой частоты диктуется тем, что с понижением частоты возрастает перемешивающее усилие (эти две величины связаны обратной зависимостью), а двухфазный электромагнит со сдвигом фаз на 90°создает бегущее поле – плоское поле, перемещающееся в заданном направлении. Переключением полюсов катушек можно изменить направление движения металла на обратное. Переключение полюсов одной из катушек вызывает встречное движение потоков металла вдоль оси статора, что может быть использовано для транспортировки шлакообразующих и легирующих добавок в горючую зону печи под электроды. Реальное размещение электротехнического оборудования, трансформаторное помещение и пульт управления показаны на (рис. 38).  Рис. 38. Планы и разрез установки дсп-100: 1 – дуговая сталеплавильная печь; 2 – гибкие водоохлаждаемые кабели; 3 – шинопровод короткой сети; 4 – печной трансформатор; 5 – контур заземления; 6 – шина стороны высокого напряжения; 7 – сетчатое ограждение; 8 – сливной кювет для трансформаторного масла 9 – агрегат электромашинного усилителя автоматического регулятора печи 10 – пультовое помещение; 11 – ввод высоковольтного кабеля; 12 – агрегат питания статора устройства электромагнитного перемешивания металла; 13 – маслонапорная установка; 14 – токоподвод к статору; 15 – шлаковня |