АНАЛИЗ НЕСИММЕТРИЧНЫХ РЕЖИМОВ ДУГОВЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ
Канд. техн. наук А. П. МИХЕЕВ, инж. Н. М. ВОРОШИЛОВ, Инж. Ю.Л. РЫЖНЕВ
Источник: Промышленная энергетика. 1976. №4. – С. 8-10.
Дуговые сталеплавильные печи (ДСП) являются мощными установками трехфазного тока, питание которых осуществляется от заводских распределительных сетей напряжением 6, 10 и 35 кВ. В соответствии с действующими Правилами устройства электроустановок эти сети работают с изолированной нейтралью. При работе ДСП вследствие колебаний токов дуг действую¬щие значения токов в любой момент времени образуют несимметричную систему. Несимметрия токов усугубляется различием уставок регуляторов тока отдельных фаз из-за неточности их настройки или делается преднамеренно с целью устранения несимметрии мощностей по фазам.
Несимметрия токов столь мощных электроприемников приводит к несимметрии напряжения в питающих сетях и может в отдельных случаях превысить допустимые ГОСТ пределы. Особенно сильно несимметрия токов проявляется в периоды расплавления. В качестве меры нссимметрии трехфазных токов принимают коэффициент несимметрии, определяемый как отношение модуля составляющей обратной последовательности модулю составляющей прямой последовательности:
α = I2/I2. (1)
Несимметричная трехфазная система токов IA, IB и IC может быть разложена на симметричные составляющие токов прямой, обратной и нулевой последовательности: I1, I2, I0.
В настоящее время практически все ДСП строятся непроводящей подиной и работают без нулевого провода между нулевыми точками печи и вторичной обмоткой печного трансформатора. Таким образом, первичные и вторичные цепи ДСП являются трехпроводными без нулевого провода и нулевая составляющая в указанных сетях отсутствует (I0 = 0). Поэтому можно записать:
(2)
где a = ej120 = -1/2 + j√3/2 – фазовый оператор.
При анализе несимметричных режимов токов коэффициент несимметрии а целесообразно вычислять непосредственно через модули (действующие значения) токов фаз IA, I2 и IC, которые в условиях эксплуатации ДСП могут быть измерены тремя стрелочными амперметрами с помощью специального фиксирующего устройства либо определены по синхронной записи действующих значений токов на многоканальном самопишущем приборе или с помощью осциллографа.
Модули токов трехпроводной системы образуют в любой момент времени замкнутый (инвариантный) треугольник (см. рисунок). Согласно этой диаграмме
(3)
где h — высота треугольника, опущенная па сторону IA, (IA — m)— части IA, на которые их делит высота h>.
Подставив значения векторов из (3) в (2) и сделав преобразования, получим:
(4)
Модули токов I1 и I2 при этом будут соответственно равны:
(5)
(6)
Учитывая, что h2 + m2 = IB2, имеем:
(7)
где S – площадь треугольника; IA, IB, IC — стороны трсуголышка (модули векторов).
Площадь треугольника через его стороны определяется по формуле
где р = (IA + IB + IC)/2 — полупериметр треугольника.
С учетом (7) после соответствующих преобразований формулы (5) и (6) примут вид:
(8)
(9)
Отсюда получаем формулу для определения коэффициента несимметрии через действующие значения токов:
(10)
Колебания токов отдельных фаз являются процессами случайными, поэтому коэффициент несимметрии токов изменяется во времени также случайным образом к требует для анализа использования статистических методов. Полученный пыше алгоритм (10) был использован при статистическом анализе несимметричных режимов первичных токов установки ДСП-100 с печным трансформатором мощностью 32 МВ-А и номинальным первичным током 528 А в наиболее тяжелый период работы — расплавления. Действующие значения токов всех трех фаз записывались с помощью трехканального самопишущего прибора типа Н-320-3 на всех стадиях расплавления: при проплавлепии первых, вторых и третьих колодцев и после подвалки шихты. Длительность участков записи составляла 3 мин. С каждого участка репистрограммы отбиралось по 36 независимых значений токов на каждую фазу (интервал 5 с). В экспериментальных целях уставкл регуляторов по среднему току менялись в пределах 90—150% номинального тока печного трансформатора. Всего было исследовано 22 участка на пяти плавках.
Статистическая обработка массивов «троек» выполнялась с помощью ЭЦВМ «Мир». Основные результаты обработки, расположенные в порядке убывания среднего значения коэффициента несимметрии α, приведены в таблице. Анализ полученных материалов показал, что коэффициент несимметрии в период расплавления принимает значения от 0 до 100%; средний коэффициент несимметрии α лежит в пределах 7—40%. Между колебаниями токов и несимметрией обнаруживается зависимость: усиление колебаний токов приводит к увеличению несимметрии (с увеличением σI увеличиваются в целом аα, размах значений α и σα).
Подобная зависимость существует также между полной несимметрией и несимметрией средних токов; по мере проплавления колодцев и к концу периода расплавления колебания токов постепенно снижаются, вместе с этим уменьшается и несимметрия токов. Наибольшие значения а приходятся на начало проплавления первых колодцев и на начальный период после подвалки шихты.
При значительном увеличении средних токов наблюдается уменьшение колебаний токов и несимметрии; закон распределения значений α отличен от нормального. Среднее значение α практически во всех случаях смещено влево от центра отсчета.
Предложенный анализ несимметричных режимов токов ДСП весьма прост и может быть реализовав в производственных условиях электросталеплавлльных цехов. Накопленная с его помощью информация позволяет эксплуатационному персоналу предупредить возможные случаи нарушения регламентируемой ГОСТ иесимметрии в сети, питающей дуговые печи, установить качество ведения технологического процесса в печах, степень недовыпуска за счет перекоса фаз. Затем, проведя сравнительные оценки случаев, когда степень несимметрии была минимальна, с учетом со¬путствующих этим случаям условий работы ДСП (качество подготовки и загрузки шихты, квалификация, обслуживающего персонала, идентичность отладки ре гуляторов различных фаз печи, качество питающего напряжения в сети и т. п.) принять необходимые меры) к ведению плавки по α = min и, таким образом, добиться уменьшения расхода электроэнергии та тонну плавляемого металла, времени плавки и износа печного оборудования.