Силовой трансформатор для дуговой печи

Эксплуатация дуговой печи является одной из наиболее ответственных задач силового трансформатора. Нагрузка переходит из состояния разомкнутой цепи в состояние, близкое к болтовому замыканию, за доли секунды, и этот цикл повторяется много раз в течение одной плавки. Трансформатор, созданный для этой цели, должен выдерживать экстремальные пики тока, сильные электромагнитные силы и частые переключения ответвлений без потери надежности. Yulan Transformer поставляет силовые трансформаторы для дуговых печей мощностью от 1000 до 80 000 кВА с вариантами первичного напряжения 6 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 22 кВ, 35 кВ и 110 кВ. Проектные работы соответствуют стандартам IEC 60076, GB/T 10229 и особым требованиям производителя печи.

Условия эксплуатации, определяющие конструкцию

В отличие от распределительного трансформатора, который большую часть времени работает при номинальной нагрузке, трансформатор дуговой печи проводит большую часть своего срока службы в переходных режимах. Фаза плавления особенно серьезна. Лом непредсказуемо смещается, электроды касаются шихты, а ток вторичной обмотки может кратковременно превышать вдвое номинальное значение. Эти события не являются неисправностями в традиционном понимании, но трансформатор должен неоднократно выдерживать их в течение всего срока службы.

Вторичная обмотка работает при низком напряжении, обычно от 100 до 800 В, в зависимости от размера печи и процесса, а вторичный ток может достигать десятков тысяч ампер. Эта комбинация требует проводов большого сечения, параллельных ветвей обмоток и прочных опорных конструкций. Импеданс короткого замыкания также устанавливается выше, чем в стандартных трансформаторах, часто в диапазоне от 6% до 12%, чтобы ограничить пики тока и поддерживать стабильность дуги.

Подходы к проектированию для тяжелых условий эксплуатации

Силовые трансформаторы для дуговых печей построены на основе нескольких основных решений, которые влияют на производительность и срок службы.

Расположение намотки

Вторичная обмотка обычно разделяется на несколько параллельных дорожек, чтобы поддерживать управляемую плотность тока. Транспонированные проводники обычно используются при больших номиналах, а концы обмотки тщательно расположены так, чтобы ток равномерно распределялся между параллельными нитями. Неравномерное распределение тока создает точки перегрева и сокращает срок службы изоляции.

Контроль импеданса

Значение импеданса не выбирается из фиксированной таблицы. Это результат электротехнических исследований печи, которые уравновешивают стабильность дуги и необходимость ограничения напряжения короткого замыкания. Более высокий импеданс уменьшает пики тока, но также снижает мощность, подаваемую на дугу. Производитель трансформатора регулирует геометрию обмотки и пути рассеяния потока так, чтобы они соответствовали заданному значению в пределах узкого допуска.

Вариант последовательного реактора

Некоторые установки включают последовательный реактор либо внутри бака трансформатора, либо в виде отдельного блока. Это чаще встречается, когда сетка слабая или когда ранняя стадия плавления вызывает частые обвалы лома. Встроенный реактор экономит место, но отдельный реактор легче осмотреть и заменить. Решение зависит от планировки сайта и философии обслуживания.

Обязанность переключателя ответвлений

В большинстве трансформаторов с дуговыми печами используется переключение ответвлений под нагрузкой. Переключатель ответвлений работает гораздо чаще, чем силовой трансформатор, поскольку напряжение печи необходимо регулировать между плавкой и рафинированием. Обычно от тринадцати до девятнадцати позиций, и переключатель ответвлений должен быть рассчитан на частую работу под нагрузкой. В некоторых проектах предусмотрено отдельное расположение селекторного переключателя и дивертерного переключателя для увеличения срока службы контактов.

Выбор системы охлаждения

Малые и средние агрегаты могут использовать естественное масляно-воздушное охлаждение или принудительное воздушное охлаждение. Большие печи с высокой плотностью потерь часто нуждаются в принудительном водяно-масляном охлаждении. Системы с водяным охлаждением требуют строгого контроля давления: давление масла всегда должно превышать давление воды, чтобы любая утечка перемещалась от масла к воде, а не наоборот.

Обзор технических характеристик

В таблице ниже представлен общий диапазон параметров серии трансформаторов для дуговых печей. Точные значения устанавливаются на этапе проектирования для каждого проекта.

Технические примечания для выбора

Диапазон вторичного напряжения

Диапазон вторичного напряжения определяется процессом печи и профилем плавки. Это не фиксированное значение. Проектировщик трансформатора работает с изготовителем печи, чтобы гарантировать, что самый нижний отвод обеспечивает достаточную мощность дуги во время рафинирования, а самый высокий отвод не создает чрезмерную нагрузку на электроды во время плавления.

Механическая фиксация

Повторяющиеся силы короткого замыкания вызывают перемещение обмотки и износ изоляции. Зажимная конструкция должна прочно удерживать обмотки, не пережимая изоляцию. В некоторых конструкциях используются предварительно напряженные тяги и подпружиненные нажимные пластины для поддержания зажимного усилия в течение всего срока службы трансформатора.

Учет гармоник и коэффициента мощности

Нагрузки дуговой печи нелинейны и создают гармоники. Сам трансформатор не устраняет эти гармоники, но конструкция обмотки может предусматривать дополнительный тепловой запас для компенсации дополнительных потерь. Коррекция коэффициента мощности обычно осуществляется отдельно на уровне печной шины или подстанции.

Схемы защиты

Трансформаторы для дуговых печей требуют защиты, способной отличать нормальные переходные процессы от реальных неисправностей. Реле максимального тока должны быть установлены с достаточной задержкой, чтобы избежать срабатывания при коротком замыкании электродов. Дифференциальная защита распространена, но ее необходимо согласовывать с частыми перепадами тока печи.

Проверка производства и качества

Yulan Transformer производит трансформаторы для дуговых печей в контролируемых производственных условиях. Пластины сердцевины разрезаются и укладываются с помощью автоматизированного оборудования. Обмотки наматываются с переставленными проводниками, где это необходимо, и после сборки сушатся в вакуумной системе паров керосина. Бак и внешние стальные детали прошли дробеструйную обработку и покрыты порошковой краской, обеспечивающей долговечность в промышленных условиях.

Каждое устройство подвергается стандартным испытаниям, включая сопротивление обмотки, коэффициент трансформации, сопротивление изоляции, устойчивость к промышленной частоте, наведенное перенапряжение, потери холостого хода, потери нагрузки и полное сопротивление короткого замыкания. Из-за тяжелых условий эксплуатации многие клиенты также запрашивают расчеты стойкости к короткому замыканию или проверку типовых испытаний. Перед отправкой переключатели ответвлений подвергаются полной эксплуатации для подтверждения надежности переключения.

Компания имеет сертификаты ISO 9001:2015, ISO 14001 и ISO 45001. Записи испытаний архивируются по серийным номерам и привязываются к партиям материалов и производственным записям для отслеживания.

Вопросы от операторов печей

Как устанавливается диапазон вторичного напряжения?

Производитель печи обеспечивает необходимую кривую напряжения для плавки и рафинирования. Затем разработчик трансформатора выбирает положения ответвлений так, чтобы мощность дуги соответствовала требованиям процесса на каждом этапе. Изменение диапазона напряжений после утверждения проекта обычно требует переделки схемы обмоток.

Каков ожидаемый срок службы трансформатора дуговой печи?

При правильном обслуживании и эксплуатации в пределах проектных пределов многие агрегаты остаются в эксплуатации от 20 до 30 лет. Фактический срок службы зависит от количества операций печи в сутки, режима работы переключателя ответвлений и качества обслуживания системы охлаждения. Старение изоляции ускоряется из-за частого термоциклирования и механической вибрации.

Можно ли использовать дуговой трансформатор для ковшового рафинирования?

Во многих случаях да, но обязанность другая. Ковшовые печи рафинирования работают с меньшей мощностью и более короткими циклами, поэтому термические и механические нагрузки менее серьезные. Трансформатор, предназначенный для плавильной печи, может иметь большие размеры для ковшового рафинирования, но его можно использовать, если диапазон напряжения и полное сопротивление подходят. Обратное не всегда верно.

Что вызывает сильный шум при работе печи?

Громкий шум во время плавления возникает из-за сильных токов и возникающих в результате этого электромагнитных сил в обмотках и выводах. Уровень шума является самым высоким, когда вторичный ток достигает своего пика. Правильный зажим и опора для свинца снижают вибрацию, но при работе в дуговой печи возникает некоторый шум.

Как часто следует проверять масло?

Пробы нефти следует отбирать не реже одного раза в год для анализа растворенных газов. При эксплуатации в тяжелых условиях более частый отбор проб может быть оправдан, особенно если в трансформаторе неоднократно происходили короткие замыкания или в системе охлаждения наблюдались признаки утечек. Тенденция к увеличению содержания горючих газов указывает на развитие напряжения изоляции и требует изучения.

Производственные возможности

Производственная база обеспечивает производство дуговых трансформаторов класса до 110 кВ. Доступные ресурсы включают грузоподъемность 80 тонн, систему вакуумной сушки паровой фазы керосина мощностью 400 кВт, импульсную испытательную систему на 1200 кВ и испытательный трансформатор промышленной частоты без частичных разрядов на 400 кВ. Эти возможности позволяют компании работать с большими сборками сердечников и катушек, а также выполнять диэлектрические испытания, необходимые для работы в высоковольтных печах.

Под конкретный проект технический отдел может предоставить эскизный проект на основе однолинейной схемы заказчика и данных печи. Сюда входят расчетные размеры, вес, расчет потерь и график напряжения на ответвлении. Свяжитесь с Yulan Transformer для дальнейшего обсуждения.