Особенности защиты и автоматики трансформаторов электропечных установок

Электродуговые плавильные установки (дуговые печи) являют­ся специфическим потребителем электроэнергии. Они характеризу­ются сравнительно низкими напряжениями горения дуги. При зна­чительных мощностях печи это обусловливает очень большие токи (десятки килоампер). В процессе электроплавки металла сопро­тивление дуги резко изменяется, вследствие чего возможны частые короткие эксплуатационные замыкания электродов на металл и обрывы дуги. Все это сопровождается резкими и быстрыми изме­нениями потребляемых активной и реактивной мощностей, колеба­ниями тока и напряжения. Обрывы дуги могут вызвать значительные перенапряжения. Нежелательными являются также высшие гармонические, генерируемые дугой и проникающие в питающую сеть. Руднотермические печи отличаются более стабильным ре­жимом работы. Для них эксплуатационные короткие замыкания и обрывы дуги маловероятны.

Для дуговых электросталеплавильных печей разрабатываются установки динамической компенсации реактивной мощности с тиристорными непрерывно или дискретно управляемыми преобразо­вателями [100]. Разрабатываются соответствующие быстродейст­вующие автоматические регуляторы реактивной мощности непре­рывного и дискретного [101] действия.

Отмеченные особенности дуговых печей не позволяют подклю­чать их к шинам источника питания. Дуговые сталеплавильные и Руднотермические печи присоединяются к питающим электросе­тям через отдельные для каждой установки согласующие элек­тропечные трансформаторы, отличающиеся от обычных силовых трансформаторов.

Электропечные трансформаторы имеют высокий коэффициент трансформации и большие токи на стороне низшего напряжения, требующие установки измерительных трансформаторов на токи до /₁ = 25 кА. Технологический процесс требует регулирования на­пряжения печи. Это осуществляется переключением секций обмот­ки высшего напряжения. Трансформаторы для печей средней и большой мощности снабжаются устройствами РПН. Напряжение на печи изменяют также переключением схемы соединения обмо­ток высшего напряжения трансформатора с треугольника на звез­ду. Трансформаторы дуговых электропечных установок выполня­ются с повышенной динамической стойкостью. Причем для ограни­чения тока эксплуатационного короткого замыкания примерно до трехкратного значения номинального тока желательно иметь трансформатор с большим реактивным сопротивлением. В ряде случаев оно оказывается недостаточным, поэтому последовательно с трансформатором включают реактор.

Устройства защиты. Для трансформаторов электропечных уста­новок предусматривают следующие виды защит: токовую защиту без выдержки времени от многофазных коротких замыканий; токо­вую защиту от перегрузки; газовую защиту; защиту от однофазных коротких замыканий на землю. Несмотря на значительную мощ­ность трансформаторов электропечных установок (Р _т ³ 60 MBА), дифференциальная защита не предусматривается. Ее выполнение затруднено тем, что трансформаторы тока со стороны низшего напряжения отсутствуют или имеют характеристики, резко отли­чающиеся от характеристик трансформаторов тока со стороны пи­тания.

Токовая защита без выдержки времени от многофазных корот­ких замыканий в двухфазном, двух- или трехрелейном исполнении устанавливается со стороны питания с током срабатывания /_с.з = k_зап I_{т. ном}, где коэффициент запаса k_зап = 2,0 - 3,0 для рудно-термических печей и k_зап = 3,0 - 4,5 для дуговых сталеплавильных

печей. Повышенные значения ^зап обеспечивают отстройку от токов эксплуатационных коротких замыканий.

Токовая защита от перегрузки включается через трансформато­ры тока, установленные на стороне низшего напряжения. Если они отсутствуют, то используют трансформаторы тока со стороны пи­тания. Для выполнения защиты используют реле типа РТ-80. Учи­тывая возможность несимметрии токов фаз, защиту от перегрузки выполняют трехфазной. Параметры ее срабатывания выбирают таким образом, чтобы при токе срабатывания /_с.з. = (1,4 ¸ 1,5)/_т.ном выдержка времени составляла t_с.з. = 10с.

Газовая защита устанавливается согласно общим положениям, изложенным выше (см. § 13.5).

Защита от однофазных коротких замыканий на землю преду­сматривается, если это требуется по условиям работы сети с глухозаземленной нейтралью.

Устройство автоматического регулирования мощности. Автоматизация технологического процесса электропечной установки пре­дусматривает [92]: быструю ликвидацию нарушения режима рабо­ты печи; поддержание мощности печи на определенном уровне и изменение напряжения, питающего печь, в соответствии с програм­мой. Для восстановления режима работы печи используют авто­матический регулятор мощности (АРМ), который воздействует на привод перемещения электродов. Регулирование напряжения и мощности осуществляют путем переключения ступеней напряжения электропечного трансформатора. Часто эту операцию выполняют вручную.

В настоящее время встречаются устройства АРМ различных ти­пов: с электромашинным усилителем, с магнитными и полупровод­никовыми усилителями, электрогидравлические регуляторы с раз­личной системой приводов.

На рис. 15.4 показана принципиальная схема электрогидравлического регулятора со следящим золотником дроссельного типа [92]. Регулятор действует в зависимости от изменения соотноше­ния между напряжением и током фазы электро­печной установки, стремясь поддерживать это со­отношение на уровне, соответствующем заданной мощности. Соотношение между напряжением и то­ком контролируется измерительным органом, со­стоящим из двухфазных конденсаторных асинхронных электродвигателей М 1 и М 2, жестко соединенных друг с другом валом. На валу расположено зубчатое колесо 1, сцепленное с рейкой 2. При вращении вала зубчатое колесо 1 перемещает рейку 2, которая воздействует на шток управляю­щего золотника 3, и через него на золотник гидро­усилителя 4 и плунжер силового цилиндра 5, пе­ремещающего электрод. Вращающий момент элек­тродвигателя M1 определяется значением фазного тока, а момент электродвигателя М2 - значением фазного напряжения. Моменты н направлены в противоположные стороны. Для заданного режима схема они равны и система неподвижна. Появление толчков тока свидетельствует о возникновении эксплуатационных коротких замыка­ний. При этом момент электродвигателя Ml возрастает и регулятор действует так, что плунжер 5 поднимает электрод. При снижении тока вследствие обрыва дуги или по другим причинам результирующий момент на валу изменяет направление и электрод опускается. В регуляторе предусмотрен демпфер 6, не позволяющий системе реагировать на кратковременные нарушения ре­жима.