Трансформатор для печи с погружной дугой

Печь с под флюсом (SAF), также известная как электропечь для плавки, используется для производства ферросплавов, карбида кальция, технического кремния и аналогичных продуктов. Ее трансформатор отличается от стандартной электродуговой печи (ЭДП) по нагрузочным характеристикам: в ПДП электроды погружены в шихту, а выделение тепла происходит преимущественно за счет сопротивления самой шихты, при этом дуговой разряд играет второстепенную роль. Следовательно, нагрузка относительно стабильна, однако вторичный ток чрезвычайно велик, а коэффициент мощности низкий; это требует разработки специальных конструкций в отношении диапазонов регулирования напряжения и импеданса.

Yulan Transformer производит трансформаторы для электропечей с погружной дугой мощностью от 1000 до 80 000 кВА. Первичные напряжения могут составлять 6 кВ, 10 кВ, 15 кВ, 22 кВ, 35 кВ и 110 кВ, тогда как вторичные напряжения и количество ступеней регулирования напряжения определяются в зависимости от типа печи и конкретного выплавляемого материала.

Нагрузочные и расчетные характеристики

Большой ток, умеренное напряжение

Вторичное напряжение SAF обычно находится в диапазоне от 100 В до 300 В — выше, чем у EAF, но ниже, чем у печи из карбида кальция. Вторичные токи могут достигать десятков тысяч ампер; в обмотках используются несколько параллельных или переставленных проводников, а выходные выводы состоят из многослойных медных шин.

Низкий коэффициент мощности

Изменения сопротивления шихты приводят к возникновению индуктивной нагрузки, при этом коэффициент мощности обычно падает между 0,7 и 0,8. Конструкция трансформатора должна учитывать требования к реактивной мощности, и в некоторых проектах на стороне системы используются компенсационные устройства.

Относительно стабильная нагрузка

В отличие от сильных скачков короткого замыкания, наблюдаемых в EAF, SAF испытывают меньшие колебания тока; однако они работают с полной нагрузкой в ​​течение длительного периода времени, что приводит к значительному накоплению тепла. Обмотки и сердечники должны быть проверены на предмет повышения температуры в условиях продолжительной сильноточной эксплуатации.

Широкий диапазон регулирования напряжения

Для разных стадий плавки требуется разное напряжение; Переключение ответвлений под нагрузкой (РПН) обычно включает от 13 до 27 этапов, а для некоторых крупных печей из карбида кальция требуется даже больше. Устройство РПН должно быть способным к частому срабатыванию и длительной допустимой токовой нагрузке.

Технические параметры

Репрезентативные модели и справочные данные

Примечание. Первичное напряжение может быть рассчитано в диапазоне от 6 кВ до 110 кВ в соответствии с требованиями пользователя с соответствующей регулировкой импеданса и внешних размеров.

Особенности дизайна

Обмотки и выводы

Во вторичной обмотке используются переставленные проводники с перестановкой нескольких параллельных ветвей на концах для обеспечения равномерного распределения тока. Для выводов используются многослойные медные шины, при этом соседние шины проводят ток в противоположных направлениях для уменьшения внешнего магнитного поля. На боковых стенках резервуара установлены клеммные колодки большой площади для минимизации контактного сопротивления.

Выбор импеданса

Трансформаторы для печей с флюсовой дугой обычно имеют более высокий импеданс, чем силовые трансформаторы той же мощности, что позволяет ограничить токи короткого замыкания и улучшить условия эксплуатации печи. Конкретные значения определяются изготовителем печи и проектировщиками электрооборудования в зависимости от мощности короткого замыкания сети и процесса плавки. Высокий импеданс снижает эффективную входную мощность, а низкий импеданс увеличивает колебания тока; необходимо выбрать сбалансированное значение.

Устройство РПН (OLTC)

Трансформаторы большой мощности с печами под флюсом почти исключительно используют регулирование напряжения под нагрузкой. Учитывая высокую частоту срабатываний устройства РПН, необходимо выбрать модель, подходящую для частого переключения, и установить независимую систему фильтрации масла. Некоторые пользователи используют комбинацию грубого и точного регулирования, чтобы уменьшить износ контактов устройства РПН.

Система охлаждения

Из-за высокой плотности потерь обычно применяется принудительная циркуляция масла с водяным или воздушным охлаждением. В системах водяного охлаждения давление масла всегда должно превышать давление воды, чтобы предотвратить попадание воды в масло. При выборе охладителя необходимо учитывать дополнительные потери на гармоники, а не полагаться исключительно на расчеты, основанные на синусоидальном токе промышленной частоты.

Гармоники и дополнительные потери

Нагрузка печи с под флюсом содержит гармоники; поэтому необходимо учитывать расчетные запасы для сечений проводников и экранирования компонентов конструкции. На внутренних стенках резервуара устанавливается магнитное или электрическое экранирование для уменьшения паразитных потерь и риска локального перегрева.

Производство и проверка

Yulan Transformer производит трансформаторы для электропечей с 1999 года, поставляя трансформаторы SAF для таких отраслей, как ферросплавы, карбид кальция и промышленный кремний. Компания оснащена грузоподъемностью 80 тонн, системой вакуумной сушки паров керосина мощностью 400 кВт, импульсным испытательным оборудованием 1200 кВ и испытательным трансформатором промышленной частоты без частичного разряда 400 кВ. Эти мощности позволяют производить обработку изоляции и заводскую проверку трансформаторов SAF на напряжение 110 кВ и ниже. Перед отправкой с завода каждое устройство проходит серию испытаний, включая сопротивление обмотки постоянному току, соотношение напряжений, сопротивление изоляции, выдерживаемое напряжение промышленной частоты, наведенное выдерживаемое напряжение, потери холостого хода, потери нагрузки, полное сопротивление короткого замыкания, а также испытания рабочего цикла переключателя ответвлений под нагрузкой. 

Вопросы и ответы по выбору

Вопрос: Можно ли взаимозаменять трансформаторы для печи под флюсом и трансформаторы для электродуговой печи (ЭДП)?

Как правило, они не могут быть заменены напрямую. Нагрузки печей с под флюсом относительно стабильны, а их характеристики регулирования импеданса и напряжения отличаются от характеристик ЭДП. Трансформаторы EAF предназначены для выдерживания частых коротких замыканий, тогда как трансформаторы для печей под флюсом предназначены для непрерывной работы при сильном токе. Взаимозаменяемость требует повторной проверки импеданса, превышения температуры и механической прочности.

Вопрос: Всегда ли большее количество ступеней регулирования напряжения лучше?

Не обязательно. Большее количество ступеней напряжения обеспечивает более точную регулировку напряжения и лучшее согласование с различными этапами плавки; однако это влечет за собой более высокие затраты на переключатель ответвлений и увеличение физических размеров бака трансформатора. Обычно для печей ферросплавов достаточно 19 ступеней, тогда как для печей из карбида кальция может потребоваться 27 или более ступеней. Окончательная конфигурация определяется требованиями конкретного процесса печи.

Вопрос: Почему трансформаторы с печами под флюсом (SAF) имеют более высокий импеданс, чем стандартные силовые трансформаторы?

Колебания сопротивления шихты печи могут вызвать скачки тока; более высокий импеданс ограничивает пиковые токи и стабилизирует условия работы печи. Кроме того, высокий импеданс снижает токи короткого замыкания, тем самым защищая обмотки. В то время как стандартные силовые трансформаторы обычно имеют значения сопротивления короткого замыкания от 4% до 6%, трансформаторы SAF обычно находятся в диапазоне от 6% до 15%.

Вопрос: Каковы преимущества выбора первичного напряжения 110 кВ?

Для трансформаторов SAF большой мощности подключение к более низкому первичному напряжению приведет к чрезмерно высоким первичным токам, что приведет к чрезмерной нагрузке на распределительное устройство и кабели. Номинальное напряжение 110 кВ снижает первичный ток и потери в линии, что делает его подходящим для проектов мощностью более 20 000 кВА. Однако этот выбор влечет за собой более высокие затраты на изоляцию и большую занимаемую площадь, что требует всесторонней оценки.

Вопрос: Каковы ключевые моменты ежедневного обслуживания системы водяного охлаждения?

Регулярно контролируйте перепад давления между масляным и водяным контурами; давление масла должно оставаться выше давления воды. Накопление накипи в охладителе ухудшает отвод тепла, поэтому график очистки следует определять с учетом качества воды. Система охлаждения должна быть активирована до запуска трансформатора и должна продолжать работать в течение некоторого времени после выключения трансформатора.