Трансформаторы для промышленных печей: индукционных, дуговых сталеплавильных, руднотермических, для установок электрошлакового переплава и пр..
Режимы работы и особенности технических требований к электропечным трансформаторам
Электропечные трансформаторы (ЭПТ) являются частью электротермических установок (ЭТУ) — установок электропечей и электронагревательных устройств, применяемых для получения черных, цветных и редких металлов и их сплавов с заданными свойствами, а также руднотермических печей.
Особенности работы, режимов и технических требований выделяют ЭПТ в отдельный класс силовых трансформаторов.
Наиболее существенные из этих особенностей следующие:
- Питание ЭП, мощность которых достигает 100 MB-А, осуществляется напряжением от нескольких до сотен В, поэтому токи НН ЭПТ могут составлять многие десятки тысяч ампер.
- Напряжение, питающее ЭП, должно изменяться в широких пределах при их отношении, достигающем 5:1 и более. Изменения напряжения должны обеспечиваться ЭПТ, имеющим мелкоступенчатое регулирование под нагрузкой (РПН) или при отключенном от сети трансформаторе (ПБВ).
- Реактивное сопротивление ЭПТ должно быть меньше сопротивления короткой сети и печи, чтобы существенно не снизить энергопотребление ЭТУ, т. е. напряжение КЗ ЭПТ должно быть минимальным.
- Многочисленные зажигания и обрывы дуги на электродах в дуговых ЭП вызывают резкие изменения тока в ЭПТ, что приводит к электродинамическим воздействиям и перенапряжениям в обмотках и накладывает дополнительные требования к конструкциям трансформаторов.
- Частые коммутации оперативными выключателями на стороне ВН ЭПТ, особенно с вакуумными дугогасительными камерами, также являются источниками перенапряжений, в том числе резонансного характера в регулировочных обмотках ЭПТ.
Указанные особенности наиболее сильно выражены у ЭПТ, питающих дуговые сталеплавильные печи (ДСП).
Наша компания производит сухие печные трансформаторы мощностью до 630 кВА. Все типовые трансформаторы представлены в разделе «КАТАЛОГ». Если не найдете там нужный трансформатор, то мы изготовим его по вашему техническому заданию.
- Изготавливааем трансформаторы по вашим характеристикам. Одно и трехфазного исполнения.
- Срок изготовления до 45 рабочих дней
- Принимаем заявки на почту: info@pairon.tech
- Скачать Опросный лист для заказа нестандартного трансформатора можно тут↓
Трансформаторы для дуговых сталеплавильных печей
ДСП являются дуговыми печами прямого действия, работа которых сопровождается резко переменной нагрузкой, особенно в начальный период плавки. Изменение нагрузки ДСП во времени за цикл плавки задается так называемыми директивными графиками в зависимости от емкости печи, марки выплавляемой стали, качества и особенностей шихты ит. п. [1].
На рис. 28.1 показан типовой директивный график нагрузки ДСП емкостью 5 т при плавке стали. Для цикла плавки в ДСП характерны три периода с различной электрической нагрузкой [2]: расплавление, окисление, рафинирование, и четвертый период, когда ДСП отключена, и производится выпуск металла и повторная загрузка печи. Мощность печи, а, следовательно, и питающего ее ЭПТ в течение цикла плавки изменяется. Наибольшая мощность потребляется в период расплавления, когда дуга неустойчива, коротка, и для увеличения мощности необходимо повышать напряжение. Длительность этого периода составляет 50—60 % от общей продолжительности плавки, возрастая у мощных высокопроизводительных ДСП до 60-70%.
В период окисления и особенно рафинирования мощность ДСП должна снижаться. Снижение мощности достигается уменьшением вторичного напряжения ЭПТ с помощью ступенчатого регулятора напряжения. Для трансформаторов ДСП емкостью до 12 т (мощность ЭПТ до 8 MB • А) применяют регуляторы с переключением напряжения без нагрузки (ПБВ), для ЭПТ больших мощностей — под нагрузкой (РПН). Глубина (Г) регулирования напряжения, т. е. отношение наибольшего вторичного напряжения к наименьшему достигает 2,0-2,5:
где U2ст. макс ~~ вторичное напряжение на ступени максимального напряжения, В; U2ст.мин ~~ вторичное напряжение на ступени минимального напряжения, В.
Работа ЭПТ сопровождается частыми отключениями ДСП и бестоковыми паузами технологического характера. Такая резконе-ременная нагрузка ЭПТ определяется колебаниями тока электрических дуг:
1) регулярными, циклическими частотой 2—8 Гц в пределах 15—40% номинального тока нагрузки I2ом
2) нерегулярными частотой до 1 Гц, вызванными замыканиями электродов печи с шихтой, называемыми эксплуатационными короткими замыканиями (КЗ).
При этом в соответствии с [1] коэффициент К кратности тока эксплуатационного короткого замыкания /кзэ, определяемый как отношение /кзэ/72 ном, различен для ДСП разной емкости (табл. 28.1).
КЗ снижаются у печей большей емкости. Эксплуатационные КЗ вызывают механические воздействия на обмотки трансформатора.Для обеспечения стойкости при этих воздействиях требуются специальные меры. Одна из таких мер — включение в цепь обмотки ВН ЭПТ токоограничивающего реактора с регулируемой индуктивностью. Реактор встраивается в общий бак с трансформатором (для ЭП емкостью 0,5-Н2 т) или устанавливается отдельно.
Кроме эксплуатационных КЗ, ЭПТ подвергаются воздействию аварийных токов, вызванных КЗ на участках короткой сети между печью и выводами ЭПТ. Чем ближе к выводам место короткого замыкания, тем больше аварийный ток /кзав. При замыканиях на выводах трансформатора ток /кз ав достигает наибольшего значения, так как ограничен только сопротивлением самого трансформатора и мощностью КЗ энергосистемы в точке питания ЭПТ. В этом случае обеспечить электродинамическую стойкость ЭПТ удается не всегда.
Резко неравномерный график нагрузки ЭПТ для ДСП делает нецелесообразным выбор его мощности по максимальной нагрузке в цикле плавки, так как в остальное время цикла трансформатор оставался бы недогруженным. Поэтому номинальную мощность ЭПТ обычно выбирают меньше максимальной, определяемой по графику нагрузки, допуская его определенную перегрузку на период расплавления.
Трансформаторы для руднотермических печей
В отличие от ДСП руднотермические печи (РТП) относятся к дуговым печам сопротивления, работающим на смешанном принципе, когда энергия выделяется как в дуге, так и в толще шихты и шлака. Руднотермические печи весьма разнообразны по назначению и особенностям технологических процессов. В то же время режим работы большинства РТП довольно спокойный: потребление мощности за цикл плавки остается практически неизменным, и эксплуатационные КЗ почти полностью отсутствуют. Поэтому трансформаторы для руднотермических печей не требуют дополнительных токоограничивающих сопротивлений (реакторов). Восстановительные процессы, происходящие в РТП, требуют низких напряжений и больших токов ЭПТ. Это предъявляет специальные требования к конструкции вторичных обмоток и выводов НН трансформаторов. При переходе на другой сплав, сырые материалы и т. п. приходится менять режимы работы печи, т. е. изменять в широких пределах подводимое к ней напряжение и ток. Глубина регулирования вторичного напряжения у большинства ЭПТ для РТП находится в пределах 1,54—2,0. Однако для некоторых технологических процессов необходим больший диапазон напряжения, и глубина регулирования у отдельных ЭПТ достигает 
ЭПТ с РПН применяют обычно для электропечей средней и большой мощности, у которых каждое отключение сопровождается колебаниями напряжения в питающей сети, и поэтому желательно свести число включений и отключений печей к минимуму. Применение РПН необходимо также в печах, где работа проводится с неподвижным электродом, и регулирование работы печи достигается изменением напряжения на электродах. Мощные РТП предъявляют еще и специфические требования к ЭПТ, связанные с измерением вторичных токов. Дело в том, что конструкция короткой сети и значения токов, для которых отсутствуют измерительные трансформаторы, не позволяют производить измерения непосредственно на стороне НН ЭПТ. В то же время измерение тока на стороне первичного напряжения ЭПТ не дает возможности правильно судить о токе НН. Объясняется это тем, что для большинства РТП необходима постоянная мощность НН на определенной части диапазона вторичного напряжения ЭПТ. Вследствие этого при колебаниях нагрузки первичный ток ЭПТ остается неизменным в пределах этого диапазона и не может служить для измерения тока НН. В этом случае ЭПТ должны строиться со схемными решениями, которые имели бы вспомогательные цепи со сравнительно небольшим током, изменяющимся строго пропорционально току НН на всех положениях ПУ. Измерительные трансформаторы встраиваются в эти вспомогательные цепи.
Трансформаторы для установок электрошлакового переплава
К дуговым печам сопротивления примыкают установки электрошлакового переплава (ЭШП). В печах ЭШП производится переплав электродов из специальных сталей, полученных, например, в дуговых сталеплавильных печах; очищенный в процессе переплава слиток формируется в водоохлажда-емом кристаллизаторе. Дуговой процесс в печах ЭШП происходит только при пуске печи, когда создается шлаковая ванна из электропроводного и рабочего флюса. В дальнейшем плавка происходит как бездуговой процесс, рабочий ток нагревает электрод и поддерживает шлак в расплавленном состоянии.
Трансформаторы для печей ЭШП выпускаются в однофазном исполнении в соответствии с тремя основными схемами питания: одноэлектродные печи с одним расходуемым электродом; двухэлектродные однофазные с двумя электродами и трехфазные с тремя расходуемыми электродами (рис. 28.2 а, б, в). В последнем случае три однофазных ЭПТ питают три расходуемые электрода, помещенные в общий кристаллизатор и расположенные по вершинам треугольника. В последнем случае три однофазных ЭПТ питают три расходуемые электрода, помещенные в общий кристаллизатор и расположенные по вершинам треугольника. В последнем случае три однофазных ЭПТ питают три расходуемые электрода, помещенные в общий кристаллизатор и расположенные по вершинам треугольника.
В течение всей плавки ЭПТ должен обеспечивать непрерывность режима работы печи.
На рис. 28.3 показан график нагрузки трансформатора мощностью 1000 кВ*Адля печей ЭШП-2,5. В первый период плавки печь потребляет максимальную мощность, происходит плавление флюса и дуговой процесс. Далее электрический ток, проходя по электроду, поддерживает шлак в расплавленном состоянии; начинается оплавление опущенного в шлак конца электрода, его длина и сопротивление уменьшаются. Для поддержания стабильности процесса необходимо уменьшать вторичное напряжение, а, следовательно, и мощность ЭПТ. Глубина регулирования НН у большинства ЭПТ для печей ЭШП должна составлять Г = 3,5—4,0, а перепад напряжений соседних ступеней — от 2,0 — 2,5 В на первых до 0,2 — 0,3 В на последних ступенях вторичного напряжения. Чтобы обеспечить такую дискретность, современные ЭПТ комплектуются встроенными ПУ, позволяющими получить до 90 ступеней НН. Особенность процесса ЭШП — необходимость токов, достигающих десятков кА, что требует специальных конструктивных решений для ЭПТ. ЭПТ для ЭШП должны обладать определенной универсальностью, чтобы обеспечить переплав слитков из разных сталей и разной массы. С этой целью ЭПТ имеют возможность работать с постоянной (наибольшей номинальной) мощностью на значительной части диапазона НН.
Трансформаторы для индукционных печей
Индукционные тигельные и канальные печи предназначены: для плавки черных и цветных металлов и их сплавов; для перегрева металла перед разливкой и выравнивания его химического состава; для легирования и поддержания постоянных температур при литье (миксеры). Индукционные печи — довольно спокойные потребители энергии, использующие для плавки постоянную или медленно увеличивающуюся мощность (печи для плавки алюминия). после длительной остановки печи или для просушки тигля после ремонта ЭПТ должен обеспечить пониженное питающее напряжение и потребляемую мощность. ЭПТ для индукционных печей во многом похожи на силовые трансформаторы общего назначения. Однако для выполнения всех требований индукционных ЭП ЭПТ строят с встроенными ПУ и большой глубиной регулирования Г = 5—6. При этом ЭПТ мощностью 1000 кВ*А и менее обычно выполняют с ПБВ и дистанционным управлением, большей мощности — с РПН.
Для поддержания производительности индукционной ЭП ЭПТ должен обеспечивать при максимальной мощности несколько значений вторичных токов и напряжений, т. е. иметь диапазон постоянной мощности. Диапазон охватывает вторичные напряжения в пределах пяти положений ПУ. Начиная с 6-го положения, происходит уменьшение НН одновременно и пропорционально снижению мощности ЭПТ. Особенностью ЭТУ с индукционными ЭП емкостью более 10 т являются броски пускового тока, которыми сопровождается каждое включение трансформатора. Эти броски тока высокой кратности накладывают дополнительные требования к механической прочности обмоток и конструкции ЭПТ для индукционных ЭП большой емкости.
Трансформаторы для печей сопротивления
Электрические печи сопротивления косвенного и прямого действия широко распространены и разнообразны по назначению. Объединяют их принцип действия, а также источники питания — одно- или трехфазные сухие трансформаторы с ВН 220 или 380 В и различными диапазонами вторичных напряжений. Выбор необходимого вторичного напряжения, питающего печь, обеспечивается конструкцией ЭПТ: выводом из трансформатора ответвлений обмоток ВН и ВН, которые можно соединить определенным образом. Соединение выполняется с помощью перемычек (сторона ВН и НН) или ножевых контактов (сторона ВН). Часть трансформаторов выпускается в защитных кожухах, большая часть — в открытом, незащищенном исполнении.
Схемы регулирования вторичного напряжения в электропечных трансформаторах
Схемы регулирования ЭПТ во многом определяются особенностями и требованиями, предъявляемыми технологическими процессами в ЭП. Однако на выбор схемы влияют и другие факторы: параметры ПУ РПН и ПБВ; обеспечение заданных значений напряжений КЗ на различных ступенях регулирования; необходимые динамическая стойкость и электрическая прочность; транспортные ограничения; заданные габариты; ограничения по экономическим параметрам и др.
Схемы регулирования, применяемые в ЭПТ, можно классифицировать по следующим основным признакам:
1. Число электромагнитных единиц:
а) одна единица (рис. 28.4 и 28.5) — прямое регулирование;
б) две единицы (рис. 28.6—28.8) — косвенное регулирование.
2. Значение индукции в магнитной системе:
а) постоянное на всех ступенях регулирования (рис. 28.4);
б) изменяющееся в зависимости от ступени (рис. 28.5-28.8).
3. Место включения переключающего устройства:
а) в цепи обмотки НН (рис. 28.4);
б) в цепи обмотки ВН (рис. 28.5);
в) в промежуточной цепи агрегата (рис. 28.6-28.8).
4. Способ регулирования промежуточной цепи агрегата:
а) с помощью автотрансформатора (рис. 28.6);
б) во вторичной обмотке первой электромагнитной единицы агрегата (рис. 28.7);
в) в третичной обмотке первой электромагнитной единицы агрегата с помощью вольтодобавочного трансформатора (рис. 28.8).
Схема прямого регулирования по рис. 28.4 применяется в ЭПТ с мощностью на стержень не более 2500 кВ — А при НН от 1000 В до 2400 В. Регулирование происходит в обмотке НН, которая совмещает, таким образом, и функции регулировочной. Это наиболее экономичный способ регулирования, при котором индукция в магнитной системе остается постоянной в течение всего цикла переключений. Дополнительным преимуществом является равномерное изменение НН при отключении (или включении) одинакового числа витков на всех ступенях вторичной обмотки. Однако область применения такого регулирования ограничена величиной номинального тока ПУ, который является одновременно и рабочим током ЭП. Принципиальная схема по рис. 28.5 широко применяется в ЭПТ различного назначения с номинальным ВН 6 или 10 кВ при Г от 1,5 до 4, а ее модификации — в ЭПТ с ВН 35 кВ.
Регулирование происходит при изменении числа витков в обмотке ВН (или РО, как ее части). При этом индукция в магнитной системе изменяется от максимального значения (минимум включенных витков) до минимального, когда все витки подключены к напряжению питающей сети {Ux). Одновременно изменяется и НН — от максимального значения (минимум витков обмотки ВН) до минимального. Преимуществом такого регулирования является возможность применения ПУ на относительно небольшие токи ВН, что существенно увеличивает разнообразие различных схемных решений для получения необходимых диапазонов НН.
Однако этот способ сопровождается неэффективным использованием магнитной системы ЭПТ, которая оказывается «недогруженной» на всем диапазоне регулирования, кроме положения, соответствующего минимуму включенных витков ВН, когда индукция максимальна. На всех других положениях ПУ индукция уменьшается пропорционально увеличению числа включенных витков ВН.
Еще одним недостатком такого способа является неравномерность ступеней НН при равном числе включаемых (или отключаемых) витков первичной обмотки.
При использовании схем косвенного регулирования (рис. 28.6—28.8) ЭПТ представляет собой агрегат из двух трансформаторов (или одного автотрансформатора и трансформатора), размещаемых, как правило, в общем баке. При этих схемах регулирование напряжения производится в промежуточной цепи между двумя электромагнитными единицами. Напряжение и ток промежуточной цепи выбираются в соответствии с техническими возможностями ПУ. Регулирование в этих схемах осуществляется по-разному. Так, при схеме рис. 28.6 первая единица агрегата является регулировочным автотрансформатором; схема применяется в ЭПТ с ВН до 35 кВ включительно при Г < 5. При таком способе регулирования автотрансформатор включен на первичное напряжение U\ и имеет постоянную индукцию в магнитной системе. Обмотка В Н печного трансформатора с помощью ПУ подключается к ответвлениям обмотки автотрансформатора. При изменении положения ПУ меняются питающее напряжение, магнитный поток, индукция в магнитной системе печного трансформатора и, следовательно, его вторичное напряжение.
Преимуществом такого регулирования является возможность получать в пределах диапазона практически любые значения НН — от строго равномерных до резко неодинаковых. Однако этот способ требует значительного расхода активных материалов, особенно стали, и, кроме того, ПУ необходимо выбирать на класс напряжения, соответствующий U\, что во многих случаях является неэкономичным.
Избежать последнего можно, если регулирование выполнять по рис. 28.7. Оно применяется в ЭПТ с ВН 35 кВ и выше, и первая единица агрегата является регулировочным трансформатором с постоянной индукцией в магнитной системе и регулированием в его вторичной обмотке. В остальном эта схема не отличается от автотрансформаторной.
Единственным преимуществом схемы с регулировочным трансформатором перед схемой с автотрансформатором является возможность устанавливать в промежуточной цепи токи и напряжения, соответствующие параметрам тех или иных ПУ.
По схеме рис. 28.8 регулирование в промежуточной цепи осуществляется с помощью третичной РО главного трансформатора с постоянной индукцией в магнитной системе; РО подключена к первичной обмотке вольтодобавочного трансформатора с изменяющейся индукцией; обмотки НН обоих трансформаторов соединяются последовательно внутри агрегата. Схема применяется в однофазных ЭПТ с ВН от 10 кВ и выше мощностью от 25 000/3 до 80000/3 кВ • А.
Преимущество такого регулирования заключается в относительном уменьшении массы агрегата сравнительно с показанным на рис. 28.7. Объясняется это тем, что мощность вольтодобавочного трансформатора соответствует мощности РО, которая составляет только часть мощности главного трансформатора. А поскольку РО встроена в промежуточную цепь, переключающее устройство может выбираться на существенно меньшие токи и напряжения, чем в схеме рис. 28.7.
