铜冶炼电热沉降炉电气系统的改进.pdf

3 4 有色冶金节能口电力节能 Z 争串。 夺牛争夺串。 ；电力节能； 强幸夺幸争争争寺夺 铜冶炼电热沉降炉电气系统的改进 李光田 ( 侯马北铜铜业有限公司，山西候马0 4 3 0 0 0 ) 摘要铜冶炼电热沉降炉电气系统存在谐波超标；现场高压开关柜内真空灭弧室炸裂和避雷器烧损严重；变 压器功率波动大；系统功率因数低等问题。通过增加并联电容器吸收谐波电流、改变6k V 回路的配置接线降低截 流过电压和控制工艺参数等方法，解决了上述问题，实现了电热沉降炉变压器安全经济平稳运行。 关键词铜冶炼；高压开关柜；电热沉降炉；变压器；谐波电流；截流过电压；工艺参数 中图分类号 T M 7 1 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 8 5 1 2 2 ( 2 0 1 7 ) 0 2 0 0 3 4 0 3 I m p r o V e m e n to fE l e c t r i c a lS y s t e mf o rE l e c t r o - t h e r m a l S e t U i n gF u r n a c ei nC o p p e rS m e l t i n g L IG u a n g - t i a n A b s t r a c t ：P r o b l e m so fh a r m o n i ce x c e e d e d ， V a c u u mi n t e r r u p t e rb u r s t i n ga n dh e a V ya r r e s t e rb u m i n go f h i g hv o l t a g es w i t c hc a b i n e t ，b i gn u c t u a t i o na n dl o w e rp o w e rf a c t o ro ft r a n s f b r m e rp o w e ra r ee x i s t e di nt h e e l e c t r i c a ls y s t e mo fe l e c t r o t h e r m a ls e t t l i n gf u r n a c ei nc o p p e rs m e l t i n g B ya d o p t i n gt h em e t h o do fi n - c r e a s i n gp a r a l l e lc a p a c i t o rt oa b s o r b eh a 珊o n i cc u n e n t ，c h a n g i n g “1 ec o n f i g u r a “o nw i r i n go f6k Vc i r c u i t t or e d u c ec u t o f fo V e r V o l t a g e ， c o n t r 0 1 l i n g t h e p r o c e s sp a r a m e t e r sa n ds oo n ， t h ea b o V ep r o b l e m sa r e s o l v e d ，a n dt h es a f e ，e c o n o m i c a la n ds t a b i l i z e do p e r a t i o no ft h ee l e c t r i c t h e r m a ls e t t l i n gf b r n a c ei s r e a l i z e d K e yw o r d s ：c o p p e rs m e l t i n g ；h i g hV o l t a g es w i t c hc a b i n e t ；e l e c t r o - t h e r m a ls e t t l i n gf u r n a c e ；t r a n s f o r m e r ； h a r m o n i cc u r r e n t ；c u t o f fo V e r V o l t a g e ；p r o c e s sp a r a m e t e r s 1 概述 侯马北铜铜业有限公司采用澳斯麦特双炉铜冶 炼工艺，电热沉降炉作为澳斯麦特炉的配套系统，主 要作用是对从澳斯麦特熔炼炉出口堰连续排出的混 合熔体( 冰铜和炉渣混合物) 进行沉淀，完成冰铜和 炉渣的沉降分离，完成部分冰铜生成与炉渣成分调 整化学反应，同时使冰铜在熔炼炉和吹炼炉之间有 一个缓冲贮存空间，协调平衡熔炼炉与吹炼炉之间 的生产。电热沉降炉主要技术参数：电热沉降炉炉 收稿日期 2 0 1 6 1 2 2 6 作者简介 李光田( 1 9 6 8 一) ，男，山东荷泽人，大专 工程师，主要从事冶金行业电气运行管理工作。 膛内径67 9 2m m ，外径81 7 0m m ，高34 0 0m m ；电热 沉降炉变压器规格型号H K s s P 一3 0 0 0 6 ，容量30 0 0 k V A ，联结组标号Y d l l ，调压方式无激磁电动调压 分为6 5 、8 0 、9 5 、1 1 0 、1 2 5 、1 4 0 、1 5 5 、1 7 0V 共8 档，二 次额定电压1 1 0V ，二次电压在6 5 1 1 0V 时变压器 工作方式为电流恒定而功率下降，二次电压在1 1 0 1 7 0V 时变压器工作方式为恒功率，短路阻抗 9 1 ，冷却方式为强油水冷；三极电炉，电极材料石 墨，直径5 0 0m m ，长度18 0 0m m 。电热沉降炉炉温 控制在1 1 8 0 l2 5 0 ，通过控制下电极时间、控制 电极插入熔体深度和调整电压档位实现。配电情 况，由总降压变电站I 段母线高压开关柜( 6 0 7 ) 馈 电，经9 8 0m 高压电缆到电热沉降炉附近现场高压 开关柜( 6 5 0 7 ) ，由现场高压开关柜通过高压电缆接 万方数据 2 0 1 7 年4 月第2 期铜冶炼电热沉降炉电气系统的改进李光田 - 3 5 电炉变压器一次侧，变压器将6k V 电压变换为6 5 1 7 0V 低压电经短网送到石墨电极。保护配置如 下：总降压变电站I 段母线高压开关柜( 6 0 7 ) 具有过 流、速断、接地保护功能；现场高压开关柜( 6 5 0 7 ) 具 有过流、速断、过负荷、瓦斯和温度保护功能，同时与 变压器无激磁电动调压装置联锁，保证在现场高压 开关柜( 6 5 0 7 ) 断开状态进行调压操作；现场高压开 关柜( 6 5 0 7 ) 与强油水冷装置联锁，保证在强油水冷 装置正常工作时变压器可以受电工作。 2 存在问题与原因分析 总结近两年的运行情况，电气系统存在如下问 题：电热沉降炉6k V 馈出线( 6 0 7 ) 谐波超标；现场高 压开关柜( 6 5 0 7 ) 内真空灭弧室炸裂和避雷器烧损 严重，故障率高；变压器油色谱分析烃类超标；功率 波动范围大；系统功率因数低( 0 8 0 ) 。经过与生产 工艺技术人员多次协商讨论，认为问题的根源在于 电热沉降炉谐波超标和截流过电压太高。为此从两 方面人手进行探索：电气方面，在电热沉降炉变压器 二次侧增加滤波电容器消除谐波污染，改变电热沉 降炉变压器一次侧的高压开关配置接线方式，抑制 谐波扩散和过电压；工艺方面，合理控制渣型，加强 对炉温曲线的实时监控，稳定炉温，稳定电热沉降炉 变压器一次电流，降低高压开关的开关动作次数，为 高压开关柜的安全稳定运行创造条件。 3 解决方法 3 1增加并联电容器吸收谐波电流 电热沉降炉在工作期问，因电弧特性是非线性、 不稳定的，且三相电流不平衡、不对称，所以产生大 量的谐波电流，其中2 、3 、4 、5 、6 、7 次谐波幅值较大， 实测总谐波畸变率( 删D ) 为5 5 1 3 。实践中多采 用并联电容器滤波，优点是结构简单，使用经济，同 时兼顾无功功率补偿，缺点是谐波可能会引起电容 器与供电系统闻产生串联或并联谐振，产生谐振过 电压或电流，增加电容器损耗，导致电容器损坏。为 此增加并联电容器吸收谐波电流，同时兼顾无功功 率补偿，降低总谐波畸变率，达到G B T 1 4 5 4 9 标 准。根据委托专业厂家测试的谐波数据，在电热沉 降炉变压器二次侧增加自愈式低压并联电力电容器 ( B K M J O ，2 3 3 0 一3 型) 进行谐波吸收治理。该电力 电容器具有体积小、重量轻、损耗小、自愈性好的特 性，有可靠的安全保护装置。利用电热沉降炉变压 器室空余位置，安装了1 2 台B K M J 0 2 3 3 0 3 型电 力电容器进行谐波电流吸收，同时兼顾无功功率补 偿，取得较好的效果。电力电容器额定补偿容量 3 6 0k V r a ，B K M J 0 2 3 3 0 3 型电力电容器额定电流 7 5A ，电压1 1 0V 时计算电流3 6A ，电压1 1 0V 时实 测运行电流4 5A ( 谐波电流影响) ，现场高压开关 柜实测总谐波畸变率( 强加) 为4 2 3 ，总降压变电 站I 段母线高压开关柜实测总谐波畸变率( 册D ) 为 3 7 2 ，达到G B T 1 4 5 4 9 标准要求。 3 2 改变6k V 回路的配置接线。降低截流过电压 高压真空开关开断小电感电流产生的截流过电 压对电力设备危害很大，较高的截流过电压是电网 过电压的来源之一。对不同等级的电网，允许的过 电压倍数不同，高压真空开关工作的中压领域3 7 2 5k V 等级电网允许的过电压倍数为4 0 。在高 压真空开关工作的3 7 2 5k V 等级中压系统，使用 截流值较高的真空断路器开断无载变压器，特别是 热压硅钢片铁芯变压器，由于激磁电流大，会导致很 高的过电压，危及变压器及其它电力设备的绝缘安 全1 。对于一些频繁操作的变压器，如冶炼厂的电 炉变压器( 一般还带有电感量很大的感性负载) ，根 据生产工艺需要，开关每天需要开合几十次，这样， 幅值虽然不是很高，但次数很多的过电压会对设备的 绝缘产生累积效应，从而加速设备绝缘的老化。实践 证明，高压真空开关在开断小电感电流时，由过电压问 题造成的绝缘事故时有发生，如果抑制措施不利，不仅 对电网及电力设备造成损害，也常造成高压开关柜内 氧化锌避雷器炸裂或真空断路器中真空灭弧室的炸 裂，使事故范围扩大。截流过电压为： 川。再， 厂r 其中号为负载特性阻抗，厶为截断电流。 由于截流过电压与截断电流，0 有关，在小电感 电流的峰值处最大；与负载特性阻抗有关，一般较 大而C 较小，因此特性阻抗较大，可达几万欧以上， 出现较高的截流过电压；高压真空开关开断小电感 电流时出现的截流过电压通常出现在负载侧，电源 侧过电压很低。 依据上述分析，采取如下技术措施抑制和降低 过电压：将现场损坏严重的高压开关柜内所有器件 拆除，仅保留用于现场显示电流用的A 、c 相高压电 流互感器( 不用的二次回路短路处理) ，按照保护变 万方数据 3 6 有色冶金节能 口电力节能 压器配置一套氧化锌避雷器，安装在高压开关柜内； 在总降压变电站高压室空余位置单独安装一台高压 开关柜替代现场高压开关柜( 2 6 0 7 ) ，利用9 8 0m 高 压电缆的感抗和分布电容抑制过电压；新增1 2m 高 压电缆连接高压开关柜( 6 0 7 和2 6 0 7 ) 。通过在高 压真空开关的负载侧加装过电压保护措施，将过电 压抑制在一定范围之内。 3 3 改进工艺参数控制 经过近一年的探索实践，合理控制渣型，稳定炉 温，将电炉变压器一次电流变化范围由0 2 9 0A 降 到8 0 1 2 0A ，高压开关柜年停送电次数下降6 3 ， 为高压开关柜安全运行创造条件。 3 3 1 熔炼炉的铜渣混合物 F e s i O ，0 9 1 4 ；C a 05 7 ；温度11 8 0 12 5 0 ；熔炼渣c u 0 6 5 ；冰铜C u4 5 6 5 。 3 3 2 电极操