Система електропостачання дев’ятиелектродної дугової сталеварної електропечі

Реферат: Винахід належить до систем електропостачання електродугових сталеварних печей великої місткості з потужними трансформаторами. Заявлена система містить дев'ять електродів, з яких три електроди змінного струму, а шість електродів імпульсного струму. Враховуючи те, що така піч споживає великий обсяг реактивної потужності, вона оснащена компенсатором реактивної потужності з частотним регулюванням генерованої батареєю конденсаторів потужності. Крім того, електродугова сталеварна піч оснащена системою контролю завантаження електродів змінного струму, що дозволяє розподілити потужності змінного струму та імпульсного струму у співвідношенні 60 % до 40 %. Це забезпечує недопустимість струмового перевантаження вентилів однофазних випрямлячів змінного струму у постійний. UA 116153 C2 (12) UA 116153 C2 UA 116153 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електротехніки, зокрема до систем електропостачання електродугових сталеварних печей великої місткості з потужними пічними трансформаторами понад 100 МВА. Відома система електропостачання дугової електропечі постійного струму [Патент України на корисну модель № 27758 U, МПК Н05В 3/22], яка призначена для введення великої потужності в електродугову піч одночасно через шість електродів, які розміщені у просторі печі рівномірно над поверхнею шихти. Це забезпечує рівномірний розподіл тепла над поверхнею шихти і, таким чином, пришвидшення її розтоплення. Проте вказана електродугова піч має той основний недолік, що вона негативно впливає на систему електропостачання. Із відомих систем електропостачання багатоелектродної дугової сталеварної печі найближчою за своєю суттю є система електропостачання дугової електропечі імпульсного струму [Патент на винахід UA № 101412 С2, МПК H02J 3/18, Н05В 7/144, опубл. 25.03.2013 р., бюл. № 6], що містить послідовно сполучені джерело трифазної напруги, вимірювальний орган струму, вимірювальний орган напруги, перетворювач частоти, пічний трансформатор, три однофазні випрямлячі змінного струму в постійний, котрі увімкнені між лінійними виводами вторинної обмотки пічного трансформатора, до виводів яких приєднано три анодних та три катодних електроди дугової електропечі. Однак у відомій системі електропостачання, яка містить дугову сталеварну електропіч великої місткості, під час розтоплення металобрухту за рахунок різко змінного споживання значної кількості реактивної потужності з електричної мережі, мають місце відхилення та коливання напруги в широких межах, що негативно впливає не лише на режими в електропечі, а й на роботу інших споживачів електричної енергії. В основу винаходу поставлено задачу створити систему електропостачання дев'ятиелектродної дугової сталеварної електропечі, в якій за рахунок нових конструктивних рішень буде зменшено вплив дугової сталеварної електропечі на систему зовнішнього електропостачання. Поставлена задача вирішується тим, що система електропостачання дев'ятиелектродної дугової сталеварної електропечі, яка містить вимірювальний орган напруги, джерело трифазної напруги, до якого через послідовно з'єднані перші вимірювальні органи струму, пічний трансформатор, три однофазні некеровані випрямлячі змінного струму в постійний, які своїми входами приєднані до лінійних виходів вторинних обмоток пічного трансформатора, батарею конденсаторів, дугову електропіч, перетворювач частоти, блок керування перетворювачем частоти, додатково містить шість проводів короткої мережі імпульсного струму, шість електродів імпульсного струму, понижувальний трансформатор, три проводи короткої мережі змінного струму, три електроди змінного струму, другі вимірювальні органи струму, перший аналогоцифровий перетворювач струму, аналого-цифровий перетворювач напруги, перший і другий блоки обчислення діючого значення струму, блок обчислення активної та реактивної потужностей, блок визначення tgφ, блок задання tgφz, перший блок порівняння, другий блок порівняння, блок віднімання, блок обчислення різниці реактивної потужності, блок визначення частоти, блок вироблення керуючого сигналу, блок керування перетворювачем частоти, блок задання режиму завантаження змінним струмом, систему переміщення електродів змінного струму, блок перерахування струму, причому до шести виводів трьох однофазних випрямлячів змінного струму в постійний через шість проводів короткої мережі імпульсного струму приєднані шість електродів імпульсного струму дугової електропечі, до трьох виводів вторинної обмоткипічного трансформатора через послідовно з'єднані другі вимірювальні органи струму та три проводи короткої мережі змінного струму приєднані три електроди змінного струму, виходи перших вимірювальних органів струму приєднані до входів аналого-цифрового перетворювача струму, перші виходи якого приєднані до входів першого блока обчислення діючого значення струму, другий вихід аналого-цифрового перетворювача струму приєднаний до першого входу блока обчислення активної та реактивної потужностей, до другого входу якого приєднаний вихід аналого-цифрового перетворювача напруги, входи якого з'єднані з виходами вимірювального органу напруги, входи вимірювального органу напруги приєднані до лінійних виводів трифазної системи напруг, перший вихід блока обчислення активної та реактивної потужностей приєднаний до третього входу блока обчислення різниці реактивної потужності, а перші два виходи блока обчислення активної та реактивної потужностей приєднані до входу блока визначення tgφ, вихід якого приєднаний до першого входу першого блока порівняння, до другого входу якого приєднано перший вихід блока задання tgφz, другий вихід якого приєднаний до другого входу блока обчислення різниці реактивної потужності, перший вихід першого блока порівняння приєднаний до третього входу блока обчислення активної та реактивної потужностей, а другий вихід першого блока порівняння приєднаний до першого входу блока обчислення різниці реактивної потужності, вихід якого приєднаний до входу блока визначення частоти, вихід блока визначення частоти приєднаний до входу блока вироблення керуючого 1 UA 116153 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сигналу, вихід якого приєднаний до входів системи керування перетворювачем частоти, вихід першого блока обчислення діючого значення струму приєднаний до першого входу блока віднімання, до другого входу якого приєднаний вихід блока перерахування струму вхід якого приєднаний до виходів другого вимірювального органу струму, до виходу блока віднімання приєднаний перший вхід другого блока порівняння, до другого входу якого приєднаний вихід блока задання режиму завантаження змінним струмом, вихід якого приєднаний до входу системи керування переміщенням електродів змінного струму дугової сталеварної електропечі. На кресленні наведено схему системи електропостачання дев'ятиелектродної дугової сталеварної печі, де від джерела трифазної напруги 1 через перші вимірювальні органи струму 2, пічний трансформатор 3, три однофазні випрямлячі змінного струму в постійний 4, струмопроводи короткої мережі імпульсного струму 5 та шість електродів імпульсного струму 6 приєднана дугова сталеварна піч 7, три електроди змінного струму 10 дугової сталеварної печі 7 приєднані до вторинних обмоток пічного трансформатора 3 через послідовно з'єднані другі вимірювальні органи струму 8, та струмопроводи короткої мережі змінного струму 9, виводи перших вимірювальних органів струму 2 приєднані до входів аналого-цифрового перетворювача 11, перші виходи якого приєднані до перших входів блока обчислення активної та реактивної потужності 12, до других входів якого приєднані входи аналогово-цифрового перетворювача напруги 13, до входів якого приєднані виходи вимірювальних органів напруги 14, входи якого приєднані паралельно до первинних обмоток пічного трансформатора 3 та первинних обмоток понижувального трансформатора 15, виходи вторинних обмоток якого приєднані до перших входів перетворювача частоти 16, до виходів якого приєднані входи батареї конденсаторів 17, до других входів перетворювача частоти 16 приєднані виходи системи керування перетворювачем частоти 18, входи якої приєднані до виходів блока формування керуючих сигналів 19. До входів блока формування керуючих сигналів 19 приєднано вихід блока обчислення частоти 20, до входу якого приєднаний вихід блока обчислення реактивної потужності 21, вхід якого з'єднаний з першим виходом першого блока порівняння 22. Другий вихід першого блока порівняння 22 приєднаний до третього входу блока обчислення активної та реактивної потужності 12, до першого входу першого блока порівняння 22 приєднаний вихід блока обчислення tgφ 23, а до другого входу першого блока порівняння 22 приєднаний вихід блока задання tgφz 24. До других виходів аналогово-цифрового перетворювача струму 11 приєднані входи першого блока обчислення діючого значення струму 25, вихід якого приєднаний до першого входу блока віднімання 26, другий вхід якого приєднаний до виходу блока перерахування струму 27, входи якого приєднані до виходів других вимірювальних органів струму 8. Вихід блока віднімання струму 26 приєднаний до першого входу другого блока порівняння 28, до другого входу якого приєднаний вихід блока задания режиму завантаження змінним струмом 29. Виходи блока порівняння 28 приєднанні до входів блока системи керування переміщенням електродів 30. Система електропостачання дев'ятиелектродної дугової сталеварної печі працює наступним чином: розтоплення металобрухту в дуговій сталеварній електропечі 8 здійснюється електричними дугами, які горять між електродами імпульсного струму 6 і електродами змінного струму 9 та металобрухтом дугової сталеварної електропечі 7. Дев'ять електричних дуг розміщені над металобрухтом таким чином, щоб максимально швидко розігрівати металобрухт всередині електропечі до повного розтоплення. Зміна довжини дуг під електродами внаслідок западин та обвалу металобрухту призводить до різких змін величини струму в коротких мережах імпульсного струму 5 та змінного струму 10, а також спадів напруг в цих мережах. Це супроводжується швидкими і значними коливаннями напруги на входах пічного трансформатора 3 та системи електропостачання в цілому. Значна індуктивність проводів коротких мереж 5 та 10 споживає реактивну потужність, що призводить до зниження коефіцієнта потужності електродугової сталеварної печі 8 як споживача електричної енергії до 0,5-0,6, що супроводжується додатковими втратами електричної енергії в елементах електропостачання. Компенсація реактивної потужності з метою підняття коефіцієнта потужності до 0,92 здійснюється батареями конденсаторів 17, які, маючи постійну ємність, генерують реактивну потужність залежно від частоти напруги на виводах перетворювача частоти 16, при цьому величина генерованої батареєю конденсаторів реактивної потужності 2 визначається дорівнює Q=2πfCU . У даному випадку приймається умова, що напруга U є постійною. Система постачання містить систему керування перетворювачем частоти 18, яка подає керуючі імпульси на керуючі входи напівпровідникових елементів перетворювача частоти 16, які виробляються на основі інформації, що поступає від блока формування керуючих сигналів 19, в якому керуючі сигнали формуються залежно від необхідної частоти f, при цьому 2 UA 116153 C2 частота визначається у блоці обчислення частоти 20 з виразу f  5 10 . Величина реактивної 2CU 2 потужності, яка підлягає компенсації, визначається у блоці обчислення реактивної потужності 21. Якщо значення tgφ є менше ніж значення tgφз, то з першого блока порівняння 22 сигнал повертається до блока 12. Якщо tgφ>tgφз то до блока 21 надходить інформація про величину активної та реактивної потужності від блока обчислення активної та реактивної потужності 12, а від блока задання tgφз 24 надходить інформація про задану величину tgφз. Величина реактивної потужності, яка підлягає компенсації, визначається у блоці 21 за формулою ∆Q=Q-Рtgφз. Значення tgφ та tgφз порівнюються у першому блоці порівняння 22 до якого через його перший вхід надходить значення tgφз, а через другий вхід - значення tgφ, яке визначається у блоці 23 Q обчислення tgφ за співвідношенням tg  , де Q реактивна потужність, яку споживає дугова P сталеварна піч 8, а Р - активна потужність, яку споживає ця піч від джерела трифазної напруги 1. Обчислення величини активної Р та реактивної Q потужностей відбувається у блоці 12 через дискретні значення струмів та напруг, які надходять від аналого-цифрових перетворювачів струму 11 та напруги 13 за виразами n n  ( U j )  ( I j )Tj 15 Q P j 1 n  Tj j 1  ( U j )  ( I j )Tj , Q j 1 n ,  T j j 1 де U j та I j значення напруг та струмів на відповідних часових відрізках Tj , причому для 20 25 30 35 40 45 активної потужності напруга і струм мають однакові знаки, а для реактивної потужності напруга і струм мають різні знаки. Аналого-цифровий перетворювач струму 11 отримує аналоговий сигнал від вимірювального органу струму 2, а аналого-цифровий перетворювач напруги 13 отримує аналоговий сигнал від вимірювального органу напруги 14, який вимірює напругу на входах первинної обмотки пічного трансформатора 3. З метою забезпечення швидкого розтоплення металобрухту в дуговій сталеварній печі 7 та оптимального завантаження однофазних випрямлячів змінного струму в постійний 4, потужність пічного трансформатора 3 доцільно поділити між електродами змінного струму 10 і електродами пульсуючого струму 6 у співвідношенні 60 % до 40 %. Це означає, що від пічного трансформатора з номінальною потужністю 100 MB А до електродів змінного струму 10 підводиться потужність 60 МВА, а до електродів імпульсного струму 6 підводиться потужність 40 МВА. Для контролю величини струму дуг імпульсного струму та струму дуг змінного струму використовується блок задання режиму завантаження змінним струмом дугової сталеварної печі 29 від якого на перший вхід другого блока порівняння 30, через другі входи якого надходить сигнал від блока віднімання 26 надходить інформація про допустиму величину змінного струму. У блоці 26 здійснюється віднімання діючого значення струму в проводах короткої мережі змінного струму, яке вимірюється другими вимірювальним органами струмів 8 і перераховується у блоці 27, від діючого значення струму системи трифазних напруг 1, яке надходить від першого блока обчислення діючого значення струму 25. Якщо струм електродів змінного струму 10 перевищує задане значення, то система керування дугової сталеварної печі 28 подає сигнал на виконавчі органи переміщення електродів змінного струму, які підіймають електроди доти, поки струм дуг змінного струму не зменшиться до величини заданої блоком 29. Якщо задане значення струму є більше, ніж значення струмів електродів змінного струму 10, то система керування дуговою сталеварною піччю 28 не реагує. Перевантаження чи недовантаження пічного трансформатора З контролює відома система, яка у даній системі електропостачання не розглядається. Враховуючи те, що вартість перетворювачів частоти та батарей конденсаторів напругою 35 кВ є в кілька разів дорожчі, ніж напругою 10 кВ, у запропонованій системі електропостачання статичний компенсатор реактивної потужності, який складений з послідовно з'єднаних перетворювача частоти 16 та конденсаторної батареї 17 приєднані до системи електроживлення через понижувальний трансформатор 15. 3 UA 116153 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Система електропостачання дев'ятиелектродної дугової сталеварної електропечі, яка містить джерело живлення, до якого послідовно приєднані перші вимірювальні органи струму, пічний трансформатор та три однофазні некеровані випрямлячі змінного струму в постійний, які своїми входами приєднані до лінійних виходів вторинних обмоток пічного трансформатора, також система містить вимірювальний орган напруги, батарею конденсаторів, перетворювач частоти зміни напруги та систему керування ним, яка відрізняється тим, що джерело живлення виконано трифазним, при цьому система додатково містить шість проводів короткої мережі імпульсного струму та шість електродів імпульсного струму, три проводи короткої мережі змінного струму та три електроди змінного струму, понижувальний трансформатор, другі вимірювальні органи струму, аналого-цифровий перетворювач струму, аналого-цифровий перетворювач напруги, блок обчислення діючого значення струму та блок перерахунку струму, блок обчислення активної та реактивної потужностей, блок визначення коефіцієнта потужності електропечі tg та блок задання tgz, перший та другий блоки порівняння, блок віднімання струму, блок обчислення різниці реактивної потужності, блок визначення частоти зміни напруги, блок формування керуючих сигналів, блок задання режиму завантаження змінним струмом та систему переміщення електродів змінного струму, причому до шести виводів трьох однофазних випрямлячів змінного струму в постійний через шість проводів короткої мережі імпульсного струму приєднані шість електродів імпульсного струму дугової електропечі, до трьох виводів вторинної обмотки пічного трансформатора через послідовно з'єднані другі вимірювальні органи струму та три проводи короткої мережі змінного струму приєднані три електроди змінного струму, виходи перших вимірювальних органів струму приєднані до входів аналогоцифрового перетворювача струму, перші виходи якого приєднані до входів блока обчислення діючого значення струму, а другі його виходи приєднані до перших входів блока обчислення активної та реактивної потужностей, до других входів якого приєднані виходи аналогоцифрового перетворювача напруги, входи якого з'єднані з виходами вимірювального органу напруги, входи якого приєднані до лінійних виводів трифазної системи напруг, при цьому перший вихід блока обчислення активної та реактивної потужностей приєднаний до третього входу блока обчислення різниці реактивної потужності, а інші два його виходи приєднані до входів блока визначення tg, вихід якого приєднаний до першого входу першого блока порівняння, до другого входу якого приєднано перший вихід блока задання tgz, другий вихід якого приєднаний до другого входу блока обчислення різниці реактивної потужності, перший вихід першого блока порівняння приєднаний до третього входу блока обчислення активної та реактивної потужностей, а другий його вихід приєднаний до першого входу блока обчислення різниці реактивної потужності, вихід якого приєднаний до входу блока визначення частоти зміни напруги, вихід якого приєднаний до входу блока формування керуючих сигналів, вихід якого приєднаний до входів системи керування перетворювачем частоти зміни напруги, виходи якої приєднані до других входів перетворювача частоти зміни напруги, до перших входів якого приєднані виходи вторинних обмоток понижувального трансформатора, первинні обмотки якого приєднані до лінійних виводів трифазної системи напруг, причому до виходів перетворювача частоти зміни напруги приєднані входи батареї конденсаторів, також вихід блока обчислення діючого значення струму приєднаний до першого входу блока віднімання, до другого входу якого приєднаний вихід блока перерахування струму, входи якого приєднані до виходів других вимірювальних органів струму, до виходу блока віднімання приєднаний перший вхід другого блока порівняння, до другого входу якого приєднаний вихід блока задання режиму завантаження змінним струмом, при цьому виходи другого блока порівняння приєднані до входів блока системи керування переміщенням електродів змінного струму дугової сталеварної електропечі. 4 UA 116153 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5