电弧炉毕业论文(3)

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扰。

造成电弧电流随机波动的主要因素有： 1）金属熔液和炉渣的流动。 2）弧隙电离程度的变化。 3）电极的颤动。

4）在电磁力作用下电弧路径的变动等。

弧长的不规则变化，引起电网电压相应的波动。当断弧时，取自电网的有效功率等于零；而当电极同炉料短路时，炉子主电路消耗的无功功率最大。在熔化期，由于每相电弧长度的变化在时间上不一致，所以造成三相负荷不对称。此外，电弧本身弧压与弧流的非线性也将产生出高次谐波电流，返回到电网中去，导致电网电压波形畸变、中性点位移。而电弧炉采用静止无功补偿装置就能克服上述问题，因为它能随时提供电弧炉所需的瞬变无功功率，从而稳定其供电系统。另外它给炼钢工业本身也带来了很大的效益，因为，供电电压的稳定使电炉变压器得到最有效的利用，并能提供稳定的熔化功率；消除无功电流的流动，可降低线路和变电所变压器的损耗。系统功率因数也会得到显著的改善。这些效益既减少电弧炉炼钢设备的投资，也减少了它的运行费用。

关于电力系统的静补装置已有很多文献进行了论述，但是电弧炉用静补装置的文章却很少见到。下面专门讨论电弧炉用静补装置及其容量的选择方法。 电压波动(Δu)的原因是由于无功功率的变化(ΔQ)。即

Δu=ΔQ/SDR×100% (3-1)

式中：SDR——供电系统短路容量。

由此看来，利用无功发生装置，就可补偿电网电压波动。由于晶闸管维护容易、可靠性高，并可以连续平滑调节，所以无功补偿装置的最佳方案是利用晶闸管控制电抗器电流，它与补偿电容器并联。图3-1示出静补装置系统原理图和无功功率变化示意图。其工作原理是将电弧炉随时变化的无功功率信号检出，用来控制电抗器的无功功率，使 ：

式中：QF为电弧炉发生的无功功率，QL为晶闸管控制电抗器的无功功率。 另外由于补偿电容器的无功功率QC=QF＋QL，所以整个静补装置取自电网的总无功功率QΣ维持不变，并力图使之趋近于零，即

QΣ=QF＋QL－QC=0

(3-3)

QF＋QL=常数 (3-2)

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总的无功功率维持不变，并且补偿后，趋近于零，则电压波动也趋近于零了。补偿电容器实际上被分成三、五、七次和高通滤波器。

Q

图3-1

毋庸置疑，正确地选择静补装置的容量，能减轻电弧炉电气设备（电炉变压器、高压断路器、电力电容器等）的负担；能提高炉衬和电极的使用寿命，并可

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使前级供电变压器的容量减少约20％，因此可以说，静补装置不仅能颇有成效地改善供电质量，而且还能提高冶金企业的技术经济指标。

为了正确地选择静补装置的容量，必须具体地分析电弧炉供电线路和拟定静补装置的技术条件。这些条件是:

1）静补装置保证电炉供电母线上的电能质量达到国家电热规范所规定的质量指标。

2）静补装置保证电炉供电母线上的功率因数平均值达到供电系统或国家电热规范所规定的数值。

下面讨论如图3-3所示的炼钢电弧炉的典型供电线路，这是二组供电线路，每组由二台大型电弧炉组成，各组之间通过联络开关K1接通。当K1断开时，电炉变压器连接处（B点）的短路容量

SB=（SA-1+eK/ST）-1 （3-4）

式中：SA为A点供电系统的短路容量，ST为供电变压器额定容量，eK为供电变压器短路电压。

一台电弧炉短路时的短路容量SL可由下式确定：

SL=[SA-1+eK/ST+（k·SLB）-1]-1 （3-5）

式中：k为电弧炉三相短路电流倍数，高功率电弧炉为1.7～2.1，普通功率为2.5～3.5；SLB为电炉变压器额定容量。

式3-5给出了系统短路容量和电弧炉短路容量之间的关系。那么，多大容量的电弧炉可以接到多大容量的电网上去呢？

图3-3

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SVC 图3-4

图3-5

首先，美国AIEE委员会提出了炼钢电弧炉允许接到电网上的限制曲线1和1′，见图3-5。该二曲线是根据全美电力公司试验发表的互降常数xmn得出的，即 xmn=SLB/SDR (3-6)

式中：SDR为在观测点的系统短路容量。

如果xmn值位于曲线1下面，则电弧炉允许接入系统，不需要采取电压波动补

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偿措施。如果xmn值位于曲线1′上方，电弧炉不允许接入电网，或者采取电压波动补偿措施后，方可接入电网。如果xmn值在曲线1和1′之间时，是否需要采取电压波动补偿措施，取决于供电系统对电压质量的要求程度，送电后，一旦发生不允许的现象时，可在用户侧采取电压波动补偿措施。在许多国家里，电压波动允许值小于xmn值，因此通常均采用xmn=SLB/SDR作为电弧炉被允许接到电网上的技术条件。由图3-5可以看出，对于1000kVA的电弧炉变压器而言，当系统短路容量SDR大于电弧炉变压器容量的100倍时，电弧炉可以无条件地接入到电网中去，如果上述条件得不到满足，即xmn值位于图3-5曲线1′上方或者1和1′之间时，则需装设静补装置。

第二种方法是国际电热委员会提出的高功率、超高功率电弧炉被允许接到电网上的限制曲线，见图3-6。由图3-6可以看出，电弧炉被允许接到电网上的条件决定于电炉变压器容量以及电极短路容量与系统短路容量之比。在一般情况下，电极短路容量对临界母线上短路容量的比值不超过0.02时，允许电弧炉接到电网上去。

0．035 3 图3-6

图中：SJD和SDR分别为电极短路容量和系统短路容量。 三相控型无功补偿装置容

量的计算

根据我国国家标准《电力设计技术电热装置篇》第19条规定：三相电弧炼钢炉工作短路时引起的供电母线上电压波动值不应超过5％。另据冶金工业部《钢铁企业电力设计手册》第五章电弧炉炼钢车间中的规定：电弧炉工作短路引起的供电电

压波动限制在5％以下

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