宋令令

大連重工機電設(shè)備成套有限公司 遼寧大連 116013

礦熱爐冶煉運行和電極培燒，無論是人工手動操作還是計算機自動控制運行，都離不開電極電流，電極電壓的實時測量和檢測。尤其是電極電流測量的準(zhǔn)確與否，直接影響到電極的運行策略和冶煉的質(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，且瞬時突變劇烈，因此如何檢測是一個重要的問題。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)加入無功補償設(shè)備后，一次電流減小，尤其是各相補償投入量不平衡時，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，測量頻帶寬，而且準(zhǔn)確度高，在測量大電流時具有優(yōu)良的穩(wěn)態(tài)性能和暫態(tài)響應(yīng)，絕緣結(jié)構(gòu)簡單，無安全隱患等優(yōu)良特性，在交流大電流測量中得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹了一種基于羅氏線圈的電極電流檢測系統(tǒng)，能夠比較精確的計算出電極電流，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)

礦熱爐整個供電由三臺大容量單相變壓器、短網(wǎng)、連接銅排及電極組成。三個電極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量系統(tǒng)，應(yīng)用的場合很廣泛，它對待測電流的頻率、電流大小、導(dǎo)體尺寸都無特殊要求。系統(tǒng)的輸出信號與電流頻率無直接關(guān)系，相位差小于0.1%，可測量波形復(fù)雜的電流信號，如瞬態(tài)沖擊電流。羅氏線圈測量電流的理論依據(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。通過采用一個專用的積分器將線圈輸出的電壓信號進(jìn)行積分可以得到另一個交流電壓信號，這個電壓信號可以準(zhǔn)確地再現(xiàn)被測量電流信號的波形。

3 礦熱爐電極電流檢測系統(tǒng)

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

4 系統(tǒng)安裝與使用

羅氏線圈安裝時，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線方向為同方向輸出。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系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。本電極電流測量系統(tǒng)經(jīng)我公司多個礦熱爐項目實際應(yīng)用，所測數(shù)據(jù)輸出信號穩(wěn)定。采用基于電極電流的控制策略控制電極的升降運行，對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)計了礦熱爐二次側(cè)電流檢測系統(tǒng)，根據(jù)測試數(shù)據(jù)表明系統(tǒng)具有很高的精度，實現(xiàn)了既定的功能，具有很高的應(yīng)用價值。經(jīng)我公司在礦熱爐現(xiàn)場的實際應(yīng)用，通過該方式測量的電極電流相比過去的測量方式更加準(zhǔn)確、實時，并且該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，抗干擾強，應(yīng)用性強，故障率低，支持MODBUS協(xié)議，能將電機電能參數(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方式完全能夠在礦熱爐行業(yè)中推廣應(yīng)用。