電爐短網(wǎng)設(shè)計

1、電爐短網(wǎng)設(shè)計2011年6月第36卷第3期貴州化工GuizhouChecaIIndustry?15?電爐短網(wǎng)設(shè)計邵斌(貴州東華工程股份有限公司,貴州貴陽550002)摘要:雖然電爐短網(wǎng)長度不大,但其電阻,尤其是電抗對電爐裝置工作有很大影響.論述了短網(wǎng)設(shè)計的要求,導(dǎo)體元件的選擇,短網(wǎng)配置及短網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點和短網(wǎng)的配置方式.在很大程度上電爐裝置的效率,功率因數(shù)及爐子決定了是否能進(jìn)行穩(wěn)定生產(chǎn).關(guān)鍵詞:電爐短網(wǎng);補償器;變壓器;集膚效應(yīng)中圖分類號:TM503.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:10089411(2011)030015041概述電爐短網(wǎng)的特點是電流大(幾萬甚至幾十萬安培),組合母線外形輪廓復(fù)雜,工作

2、環(huán)境惡劣,不能按通常電氣裝置載流導(dǎo)體進(jìn)行設(shè)計.雖然電爐短網(wǎng)長度不大,但其電阻,尤其是電抗對電爐裝置工作有很大影響.在很大程度上決定了電爐裝置的效率,功率因數(shù)及爐子是否能進(jìn)行穩(wěn)定生產(chǎn).2短網(wǎng)設(shè)計的要求從變壓器二次端頭到爐子電極的二次母線總稱短網(wǎng).短網(wǎng)由母排(或管子),軟電纜及引至電極的饋電線等三部分組成.短網(wǎng)是輸送低電壓,強(qiáng)電流電能的橋梁.對它的要求是:(1)電阻越小越好,減少電壓降及有功損耗;(2)電抗越小越好,減少無功損耗,提高功率因數(shù);(3)盡量使每個相的阻抗值和復(fù)合分配達(dá)到平衡;(4)具有可繞部分,以適應(yīng)電極升降的要求;(5)減少溫度對短網(wǎng)阻抗值的影響;(6)減少鐵磁體對短網(wǎng)阻抗值的影響

3、;(7)縮小或克服大電流帶來的不利作用;(8)保證絕緣性能,電動穩(wěn)定和安全運行.3電爐短網(wǎng)各段導(dǎo)體元件(1)溫度補償器:為防止母線束受熱后把膨脹力傳給變壓器出頭,影響出頭處油密封.因此,除10001500kVA容量以上的變壓器外,都應(yīng)裝設(shè)溫度補償器.(2)組合母線束:短網(wǎng)組合母線束是最長的一段,應(yīng)盡一切辦法減少其電抗.通常是把一相中來去電流的導(dǎo)體交替并排排列,即所謂的單相往復(fù)交錯排列.(3)組合母線束分裂段:在組合束末端,為把單相組合束同一極性的導(dǎo)體和三相組合束中同一相導(dǎo)體集合在一起,通過固定集電環(huán)把電流供給軟電纜上,這樣的母線段稱為母線分裂段.采用何種分裂形勢,其原則是使電抗最小.(4)固定

4、集電環(huán)和移動集電環(huán):矩形母線或管狀母線與軟電纜間,或軟編線與電極旁水冷導(dǎo)電銅管間,要經(jīng)過集電環(huán)接觸連接起來.(5)可繞軟線:短網(wǎng)可繞軟線較長,要保證電極垂直方向移動,爐體傾斜及爐蓋旋轉(zhuǎn)等幾個方向動作.(6)導(dǎo)電銅管:供給電極卡子電流,都由水冷銅管提供.(7)接觸頰板:又稱電極卡子,是把電流導(dǎo)給電極的一個部件.為了保證接觸良好,需要有一定的接觸壓力.接觸頰板和電極接觸處,有很大的功率損失,約占爐子總有效功率的2%6%,接觸頰板的電抗,約占短網(wǎng)電抗的2%一4%.(8)電極:從接觸頰板到電弧處的長度,小容量電弧爐為1.52m,大容量電弧爐為56m,對于開口式礦熱爐,長度為lm,封閉式爐為22.5m.

5、4決定短網(wǎng)配置的主要因素爐用變壓器,短網(wǎng)結(jié)構(gòu)和爐子裝置是三位一體的有機(jī)組合,選擇短網(wǎng)配置方式與爐子的爐型及其參數(shù),變壓器接線組合及結(jié)構(gòu)狀態(tài)等有關(guān).具體的說,短網(wǎng)的配置方式應(yīng)考慮下列因素:(1)爐子的功率大小:一般來講,爐子的功率越大,短網(wǎng)配置的問題就越復(fù)雜.收稿13期:2Ol1一Ol一25作者簡介:邵斌(I976一),男,貴州貴陽人,電氣工程師,主要從事電氣設(shè)計工作.?16?貴州化工GuizhouChemicalIndustry2011年6月第36卷第3期(2)爐子的形狀(圓形系的有圓形,三角形和正方形;矩形系的有矩形和橢圓形),圓形系爐子的電極是正三角形布置,矩形系爐子的電極是并列布置.(3

6、)工藝要求的電參數(shù),需用的電參數(shù),需用的二次電壓等級及相應(yīng)的電流強(qiáng)度,這是考慮短網(wǎng)絕緣,載流體截面和電氣聯(lián)結(jié)要求的依據(jù).(4)投資和回收年限,有色金屬的節(jié)約和代用要求.(5)使用的電極(石墨,炭質(zhì)及自焙)及其合理尺寸和允許極限尺寸.(6)電極根數(shù)及其在爐膛內(nèi)的布置:中小功率電爐取三根,大功率電爐取三根或六根,一般來說,電極根數(shù)越多,導(dǎo)致短網(wǎng)配置就越復(fù)雜化.(7)短網(wǎng)穿過爐頂?shù)目赡苄?熱力作用程度和爐氣的腐蝕性等.(8)生產(chǎn)操作的其它要求:電極升降及其上下行程,爐體有否回轉(zhuǎn),燒穿母線的電源供應(yīng)(有無單獨的燒穿變壓器)等等.(9)變壓器的組合:中小功率電爐采用一臺三相變壓器,大功率電爐可以考慮采用

7、三臺單相變壓器,選擇變壓器組合方式時,應(yīng)考慮爐子的功率和臺數(shù),變壓器的制造和運輸,短網(wǎng)配置方式,電極根數(shù),功率調(diào)節(jié)和廠房布置等因素,經(jīng)過技術(shù),經(jīng)濟(jì)比較,權(quán)衡得失,最后選擇變壓器的組合(10)變壓器低壓側(cè)的可能接線方式:一般爐用變壓器的各相線圈的頭尾全部引出,以便短網(wǎng)的合理排列和接線(三角形或星形),個別的爐用變壓器,其低壓側(cè)在制造時已經(jīng)接成固定的三角形或星形.(11)變壓器低壓繞組結(jié)構(gòu)及每相并聯(lián)支路的引出數(shù)量:一般爐用變壓器每相并聯(lián)支路的引出數(shù)量,通常是二,四,六對,視載流量的大小而定.超過六對將導(dǎo)致變壓器制造和短網(wǎng)配置負(fù)責(zé)化.(12)變壓器引出端頭的型式與部位,通常采用銅排式或銅管式引出,其

8、結(jié)構(gòu)部位在變壓器的頂蓋上或側(cè)壁.(13)變壓器的安置位置:變壓器的安裝位置關(guān)系到短網(wǎng)配置的長度和對稱性,為縮短短網(wǎng)長度,爐用變壓器應(yīng)盡量靠近爐體,并將變壓器出線中心抬至短網(wǎng)母線中心同一高度.(14)變壓器調(diào)壓方式,功率調(diào)節(jié)方式:小功率的爐用變壓器大都采用無載調(diào)壓,中大功率的變壓器一般采用有載調(diào)壓.為了更好的滿足工藝生產(chǎn)的需要,控制電極問的功率轉(zhuǎn)移,可采用分相的有載調(diào)壓.5短網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點J(1)小型電爐(例如2000kVa)短網(wǎng)是在進(jìn)入軟電線處就接成三角形,通常稱爐旁三角形,母排上流過的是相電流,而軟電線及電極上流過的是線電流.大型電爐的短網(wǎng)一般是通過電極接成三角形,短網(wǎng)上流過的是相電流,電極上

9、流過的是線電流,顯然,這樣對短網(wǎng)和變壓器的設(shè)計制造上克服大電流的困難很有益處.(2)盡量縮短短網(wǎng)長度,在滿足運行和維修的條件下,使變壓器盡量靠近爐子,將變壓器抬高,使變壓器出線標(biāo)商和短網(wǎng)母線標(biāo)高一致,以減小母線不必要的垂直部分,縮短短網(wǎng)長度.(3)在截面相同,動穩(wěn)定允許的條件下,采用周邊長,高度與厚度比值較大的矩形母線.一般母線厚度采用1015mm,高度與厚度之比為20:1,母線間距為1020ram.(4)在截面相同的情況下,采用直徑較大的導(dǎo)電銅管(管厚取1015mm),以減小自感電抗.(5)電流相位相反的母線交錯排列,并相互靠近,使互感應(yīng)補償自感應(yīng),降低合成阻抗;電流相位相同的母線間距離拉遠(yuǎn)

10、,以減小互感.并避免各并聯(lián)支路的電抗不平衡,引起負(fù)荷分配的不平衡而造成附加損耗.(6)盡量避免在短網(wǎng)及電極周圍構(gòu)成鐵磁回路(如普通鋼構(gòu)件),而引起附加電抗的增加,并在鐵磁體內(nèi)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗.盡量減少或拉遠(yuǎn)短網(wǎng)臨近的鐵磁零件.(7)采用電阻系數(shù)和電阻溫度系數(shù)較小的導(dǎo)電材料.(8)采用磁阻大的非磁性材料代替鐵磁性材料.(9)采用耐熱的絕緣性能良好的絕緣材料.(10)選用比一般經(jīng)濟(jì)電流密度為小的電流密度.(11)盡量減少短網(wǎng)的導(dǎo)電接觸連接點.在接觸連接點不可避免時,則必須選用合適的金屬材料,增加接觸面,保持接觸面清潔,防止氧化,充分散熱,保證接觸點上有足夠的壓力,以降低接觸電阻,使導(dǎo)電接觸連

11、接良好.對于銅鋁的連接,采用銅鋁過渡板.(12)大型電爐作饋電母線用的銅管(或鋁管)以及靠近電極部分的導(dǎo)電銅管采用水冷卻.(13)變壓器低壓側(cè)出線端與母線連接處,采用軟銅皮做成的補償器(或補償接頭)進(jìn)行補償,以減輕熱脹冷縮和機(jī)械振動對出線端的影響,避免變形和滲油.(對2000kVA電爐可不裝補償器).(14)短網(wǎng)母線用數(shù)量足夠和絕緣可靠的夾件第36卷第3期邵斌:電爐短網(wǎng)設(shè)計?17?緊固之,保證電動穩(wěn)定.(15)采用可撓性和散熱情況較好的裸銅軟電線(或水冷軟電纜),適應(yīng)電極升降的需要.(16)降低短網(wǎng)的運行溫度,其措施就是用較好的隔熱材料遮擋爐子對短網(wǎng)的輻射熱.(17)考慮加工制造和維護(hù)檢修的方

12、便.6幾種典型短網(wǎng)的配置方式電爐短網(wǎng)設(shè)計中,有多種方式,但按其配置的接線特點,大致可分為四種方式:(a)三相Y接法圓形爐,(b)三相星形帶中點延伸型接法圓形爐,(e)三相爐旁接法圓形爐,(d)三相通過電極接成形圓形爐.如圖1所示.圓鶘固圖1電爐四種方式短網(wǎng)配置示意圖6.1星形(Y型)星形接線(包括變壓器出口三角形接法)的短網(wǎng)中流過線電流,匯流母線不能頭尾交錯排列,三相短網(wǎng)參差程度較大,因而感抗,功率轉(zhuǎn)移和負(fù)荷不平衡較明顯增加,所以一般在小功率電爐上采用.當(dāng)從節(jié)省短網(wǎng)導(dǎo)體材料,縮短短網(wǎng)長度,減輕三相短網(wǎng)參差程度及負(fù)荷需要分相控制的角度出發(fā),在大功率電爐上也可采用這種接線方式,其短網(wǎng)配置穿過爐頂,

13、變壓器中性點引出與爐底相連接.6.2星形帶中點延伸型星帶中點延伸型的短網(wǎng)配置方式,優(yōu)點是局部地改善匯流母線區(qū)段的排列情況,缺點是消耗較多的有色金屬.這種接線方式應(yīng)用很少.6.3爐旁型爐旁型的短網(wǎng)配置方式,其根本也在于改善匯流母線區(qū)段的排列,使獲得電流相位差為180.的匯流母線交錯排列,更好地抑制互感電抗.在三角形回路內(nèi)的電流為相電流.這種改良有局限性,而且消耗較多的有色金屬.該接線方式在小功率電爐上應(yīng)用甚多.6.4三角形(型)三角形接線是通過電極接成三角形的短網(wǎng)配置方式,它分不對稱聯(lián)接法和對稱聯(lián)接法兩種,這種接線的明顯優(yōu)點:首先是短網(wǎng)各區(qū)段流過相電流,使匯流母線的頭尾交錯排列相當(dāng)完善,而且類似

14、的作用部分地延伸到軟電線和導(dǎo)電銅管,故其感抗較小;其次是短網(wǎng)非交錯排列的導(dǎo)電銅管長度參差較小,且各相基本上對稱,因此負(fù)荷分配平衡,功率轉(zhuǎn)移相對減小.中等功率電爐多半采用一臺三相變壓器通過電極接成三角形的短網(wǎng)配置方式.大功率電爐可以采用一臺三相變壓器或三臺單相變壓器通過三根電極接成三角形或三臺單相變壓器對電極(三根或六根或更多)分布地供電的短網(wǎng)配置方式.上面討論的短網(wǎng)配置的4種方式.嚴(yán)格地講,短網(wǎng)配置方式只有Y形和形兩種,星形帶中點延伸和爐房型僅是過渡形式.形接線相對Y形接線,其互感電抗,功率因數(shù),負(fù)荷分配和功率轉(zhuǎn)移等指標(biāo)優(yōu)越,但對一般小型電爐可采用Y形,尤其是爐旁形的接線方式,而中型和大型電爐

15、采用形接線方式.6.5電爐幾種典型短網(wǎng)的配置方式電爐幾種典型短網(wǎng)的配置方式如圖2所示.圓圓圖2電爐典型短網(wǎng)配置示意圖圖中:(a)變壓器出口接法圓形爐;(b)三相Y接法圓形爐;(c)三相爐旁接法圓形爐;(d)三相Y接法(短網(wǎng)穿過爐頂)圓形爐;(e)三相通過電極對稱接成的圓形爐;(f)三臺單相變壓器分布供電的三電極接法圓形爐;(g)三臺單相變壓器分布供電的六電極圓形爐.(a),(b),(c)三種配置方式適用于小型電爐:(d)配置方式適用于中型大型電爐,尤其是負(fù)荷需要分相控制時;(e)配置方式適用于中型大型電爐;(f),(g)二種配置方式適用于大型電爐.7短網(wǎng)的電流密度由于短網(wǎng)的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)較

16、大,所以按照一般規(guī)定的經(jīng)濟(jì)電流密度(J)選擇短網(wǎng)是不太適當(dāng)?shù)?應(yīng)加以降低,一般與所述二種效應(yīng)所產(chǎn)生的綜合系數(shù)(zx)的平方根成反比,即校正后的電流密度?l8?貴州化工GuizhouChemicallndustry2011年6月第36卷第3期(J)為:J=J?1/Zx(J的數(shù)值,銅采用1.8,鋁采用0.91A/ram)電爐短網(wǎng)各區(qū)段所選擇的電流密度值一般采用如下經(jīng)驗數(shù)據(jù):(1)饋電母線:銅排為1.21.5A/ram.;鋁排為0.60.9A/mm.;通水導(dǎo)電銅管為35A/ram;通水導(dǎo)電鋁管為23.5A/ram.(2)軟電線:軟銅復(fù)絞線(TRJ型)為11.5A/mm,一般采用1A/ram左右;薄銅

17、帶為0.91.3A/2瑚咖0(3)靠電極之通水導(dǎo)電銅管:靠電極之通水導(dǎo)電銅管為23A/ram.(4)相同金屬接觸面之允許電流密度(表1).表1相同金屬接觸面允許電流密度(A/raml電流銅(銅x鋁0.7)(tfl黃x銅O.4)(銅x鋼O.3)(磚1x青0銅.35)(錫x青0銅.55)(5)不同金屬接觸面允許電流密度(表2)表2不同金屬接觸面允許電流密度(A/mm)(6)電極與金屬接觸面的電流密度:銅鑄件一石墨電極(接觸面用水冷)5.5A/cm;鋼鑄件一石墨電極(接觸面用水冷)3A/cm;鋼鑄件一石墨電極(接觸面不用水冷)1.5A/cm;黃銅鑄件一石墨電極(接觸面不用水冷)2A/cm;銅鑄件一炭

18、質(zhì)電極(接觸面用水冷)5A/cm;銅鑄件一自焙電極(接觸面用水冷)2A/cm.(7)電爐用電極所采用的電流密度:我們推薦適宜的電流密度范圍(表3),隨著電極直徑的增大,所采用的電流密度取小值.表3不同材料電流密度范圍A/cm)8結(jié)論雖然電爐短網(wǎng)長度不大,但其電阻,尤其是電抗對電爐裝置工作有很大影響.在很大程度上電爐裝置的效率,功率因數(shù)及爐子決定了是否能進(jìn)行穩(wěn)定生產(chǎn).參考文獻(xiàn):1袁曉成.冶金企業(yè)電力設(shè)計手冊M.北京:冶金出版社,2007.2柯林.新編鋼鐵企業(yè)機(jī)電設(shè)備技術(shù)手冊M.北京;冶金出版社,2009.3北京鋼鐵設(shè)計院.鋼鐵企業(yè)電力設(shè)計參考資料M.北京:冶金工業(yè)出版社,1976.Thedesi

19、gnofelectricfurnaceshortwebSHA0Bin(GuizhouDonghuaEngineeringCo.,LTD.,Guiyang550002,China)Abstract:ThisaItielediscussedthedesignrequirementsofshortweb,thechoiceofconductiveelements,shortwebcollocation,shortwebstructuralcharacteristicsanddispositionways.Keywords:Electricfurnaceshortweb;compensator;transformer;setskineffect(上接第9頁)StudyonSyntheticMechanism,Method,andModificationTechnologyofZeolitefromCoalFlyAshCAO(Collegeof