铜冶炼电热沉降炉电气系统的改进.pdf

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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
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