宋令令

大連重工機(jī)電設(shè)備成套有限公司 遼寧大連 116013

礦熱爐冶煉運(yùn)行和電極培燒，無論是人工手動(dòng)操作還是計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制運(yùn)行，都離不開電極電流，電極電壓的實(shí)時(shí)測(cè)量和檢測(cè)。尤其是電極電流測(cè)量的準(zhǔn)確與否，直接影響到電極的運(yùn)行策略和冶煉的質(zhì)量。礦熱爐電極電流通常在數(shù)萬到數(shù)十萬之間隨工藝狀況而變化，且瞬時(shí)突變劇烈，因此如何檢測(cè)是一個(gè)重要的問題。傳統(tǒng)的礦熱爐一般是通過在變壓器一次側(cè)安裝電流互感器，測(cè)出一次側(cè)電流，然后根據(jù)電極電流和一次側(cè)電流的映射關(guān)系折算出電極電流。但在電爐二次側(cè)加入無功補(bǔ)償設(shè)備后，一次電流減小，尤其是各相補(bǔ)償投入量不平衡時(shí)，改變了一次側(cè)電流與電極電流的映射關(guān)系，這樣以來按照傳統(tǒng)方法折算出來的電極電流就不準(zhǔn)確了。近年來，羅氏線圈由于具有線性度良好，內(nèi)部不含鐵芯，無磁飽和現(xiàn)象，測(cè)量頻帶寬，而且準(zhǔn)確度高，在測(cè)量大電流時(shí)具有優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)性能和暫態(tài)響應(yīng)，絕緣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無安全隱患等優(yōu)良特性，在交流大電流測(cè)量中得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹了一種基于羅氏線圈的電極電流檢測(cè)系統(tǒng)，能夠比較精確的計(jì)算出電極電流，結(jié)合電極電壓數(shù)據(jù)，配合功率模塊，還能計(jì)算出電極功率，功率因數(shù)等電能參數(shù)[1]。

1 礦熱爐供電系統(tǒng)

礦熱爐整個(gè)供電由三臺(tái)大容量單相變壓器、短網(wǎng)、連接銅排及電極組成。三個(gè)電極U、V、W構(gòu)成星形接法，變壓器通過短網(wǎng)及同名端銅柱與電極相連。其中變壓器I的A相與U電極相連，x相與W電極相連，變壓器II的B相與V電極相連，y相與U電極相連，變壓器III的C相與W電極相連，z相與V電極相連。根據(jù)基爾霍夫電流定律，電極電流等于相鄰兩個(gè)變壓器異名端的電流矢量和。由于變壓器二次側(cè)額定電流很大，變壓器每相出線銅排采用多組，每組端子管狀水冷。兩列之間間距為150mm左右，每個(gè)端子上下間距約為180mm。

2 羅氏線圈和積分器

羅氏線圈及配套積分器是一種通用的電流測(cè)量系統(tǒng)，應(yīng)用的場(chǎng)合很廣泛，它對(duì)待測(cè)電流的頻率、電流大小、導(dǎo)體尺寸都無特殊要求。系統(tǒng)的輸出信號(hào)與電流頻率無直接關(guān)系，相位差小于0.1%，可測(cè)量波形復(fù)雜的電流信號(hào)，如瞬態(tài)沖擊電流。羅氏線圈測(cè)量電流的理論依據(jù)是法拉第電磁感應(yīng)定律和安培環(huán)路定律，線圈的輸出電壓可以用公式Vout=M di/dt來表示。其中M為線圈的互感。di/dt則是電流的變比。通過采用一個(gè)專用的積分器將線圈輸出的電壓信號(hào)進(jìn)行積分可以得到另一個(gè)交流電壓信號(hào)，這個(gè)電壓信號(hào)可以準(zhǔn)確地再現(xiàn)被測(cè)量電流信號(hào)的波形。

3 礦熱爐電極電流檢測(cè)系統(tǒng)

礦熱爐電極電流檢測(cè)系統(tǒng)由變壓器二次側(cè)電流測(cè)量系統(tǒng)和電極電流矢量合成系統(tǒng)兩部分構(gòu)成。在每個(gè)變壓器二次側(cè)16個(gè)銅柱上安裝羅氏線圈，通過積分電路板同相矢量迭加，測(cè)量變壓器二次側(cè)同名端相電流∑a1-8、∑x1-8,輸出AC0-5V信號(hào)，用于后端合成電極電流；根據(jù)電極電流計(jì)算模型，將相鄰兩相變壓器二次相電流矢量迭加合成真實(shí)的電極電流信號(hào)（線電流），該電極電流具備在現(xiàn)場(chǎng)就地顯示和遠(yuǎn)傳功能，遠(yuǎn)傳信號(hào)為DC4-20mA，用于電極調(diào)節(jié)控制，同時(shí)也輸出AC0-5V信號(hào)用于電能參數(shù)計(jì)算。整套系統(tǒng)在每個(gè)變壓器室設(shè)置一臺(tái)電流積分箱，測(cè)量本變壓器的相關(guān)電流值。在中心控制室設(shè)置一臺(tái)總控箱，箱內(nèi)安置三臺(tái)電流迭加器，分別對(duì)變壓器I的A相電流與變壓器II的y相電流相迭加，從而測(cè)量電極U的線電流，其他變壓器電流的測(cè)量同上述；同時(shí)在總控制箱內(nèi)安裝功率模塊，通過電極電流、電壓，計(jì)算出每個(gè)電極單相功率(有功、無功、視在)、單相功率因數(shù)，同時(shí)將單相有功功率、無功功率、視在功率、單相功率因數(shù)通過標(biāo)準(zhǔn)RS485接口遠(yuǎn)傳至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算所需電流信號(hào)取自三臺(tái)電流積分器箱，電壓信號(hào)取自電極電壓測(cè)量箱[2]。

4 系統(tǒng)安裝與使用

羅氏線圈安裝時(shí)，傳感器套入變壓器的輸出銅管a，x（單相變壓器），并且保證傳感器的輸出信號(hào)線方向?yàn)橥较蜉敵?。將傳感器引線接入變壓器側(cè)控制箱內(nèi)的電流疊加器接線端子，紅線接“+”，黃線、屏蔽層接“－”。電流疊加器未使用的輸入端子，將＋、－端子短接。羅氏線圈在安裝時(shí)可以適當(dāng)彎曲，轉(zhuǎn)彎半徑大于30mm。盡可能的保證電流傳感器安裝后母線位于線圈中心。線圈安裝時(shí)必須保證電流傳感器出線方向一致，否則總加器的輸出數(shù)值異常。完成變壓器側(cè)控制箱，總控制箱安裝以及電纜布線后即可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。本電極電流測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)我公司多個(gè)礦熱爐項(xiàng)目實(shí)際應(yīng)用，所測(cè)數(shù)據(jù)輸出信號(hào)穩(wěn)定。采用基于電極電流的控制策略控制電極的升降運(yùn)行，對(duì)爐子的控制更加精準(zhǔn)，冶煉效果大大提升[3]。

5 結(jié)語

礦熱爐電極電流在電極控制和電能電耗計(jì)算方面起著至關(guān)重要的作用，本文采用線性度良好，不飽和也無磁滯現(xiàn)象的羅氏線圈設(shè)計(jì)了礦熱爐二次側(cè)電流檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)具有很高的精度，實(shí)現(xiàn)了既定的功能，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。經(jīng)我公司在礦熱爐現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用，通過該方式測(cè)量的電極電流相比過去的測(cè)量方式更加準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)，并且該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，抗干擾強(qiáng)，應(yīng)用性強(qiáng)，故障率低，支持MODBUS協(xié)議，能將電機(jī)電能參數(shù)上傳控制系統(tǒng)，方便用戶更加準(zhǔn)確的了解礦熱爐的運(yùn)行狀況，進(jìn)而可以更好的控制礦熱爐，以降低電耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量，所以該電極電流檢測(cè)方式完全能夠在礦熱爐行業(yè)中推廣應(yīng)用。