电弧炉炼钢合理供电技术电弧炉炼钢合理供电技术北京科技大学北京科技大学2006.31 超高功率供电 电电弧弧炉炉的的电电气气运运行行理理论论和和操操作作技技术术的的不不断断进进步步：近近期期采采用用“高高电电压压、长长电电弧弧、高功率系数高功率系数”的操作制度；的操作制度； 炉炉衬衬的的热热负负荷荷大大幅幅度度增增加加，相相应应的的技技术术发发展展有有：提提高高耐耐材材质质量量、水水冷冷炉炉壁壁、泡沫渣等；泡沫渣等； 二二次次回回路路的的电电流流强强度度大大大大增增加加，降降低低回回路路阻阻抗抗和和进进一一步步改改善善三三相相平平衡衡成成了了重要问题；重要问题； 熔熔炼炼工工艺艺的的变变化化：为为了了充充分分利利用用变变压压器器的的能能力力，传传统统的的电电弧弧炉炉三三期期操操作作消消亡，电弧炉变成了一台高效的熔化炉；亡，电弧炉变成了一台高效的熔化炉； 电电弧弧炉炉机机械械结结构构、自自动动化化系系统统不不断断进进步步，促促进进了了高高效效、优优质质、低低成成本本三三方方面面综综合合发发展展，如如底底出出钢钢技技术术，过过程程计计算算机控制；机控制； 熔熔炼炼周周期期缩缩短短，物物料料输输送送和和试试样样化化验等负担大大增加。验等负担大大增加。AC炉的变压器功率DC炉的有效功率2 合理供电技术合理供电技术2.1技术背景近年电炉钢比约15%，约3200万吨/年大于50t/35MVA电炉已有50余座投产引进大型电炉，约计45亿美元电炉电耗约占总能耗的60 70%2.2技术路线基于大型交流电弧炉现有装备基于大型交流电弧炉现有装备电气运行合理化电气运行合理化充分发挥主变压器的能力充分发挥主变压器的能力达到高效、节能的目的达到高效、节能的目的2.3技术原理高阻抗电弧炉主电路合理供电技术的电工学基础 电弧炉炼钢供电制度应用的基本公式电弧炉炼钢供电制度应用的基本公式（1）电弧炉炼钢供电制度应用的基本公式电弧炉炼钢供电制度应用的基本公式（2）电弧炉电气特性曲线 超高功率电弧炉与小电炉电气运行的比较超高功率电弧炉与小电炉电气运行的比较高阻抗与普通阻抗电弧炉比较高阻抗与普通阻抗电弧炉比较2.4关键技术 确定电气运行的基本参数确定电气运行的基本参数 操作电抗的非线性操作电抗的非线性( (测定、建模测定、建模) ) 可操作可操作(S, PF)(S, PF)的工作点总表的工作点总表 优化供电曲线优化供电曲线确定电气运行的基本参数确定电气运行的基本参数Schneider线路监控仪线路监控仪(211(211专款购置专款购置) ) 型号：型号：CM-22502台台CM-23501台台精度：精度：0.2级级软件：软件：SMS-1500记录：笔记本电脑记录：笔记本电脑功能：硬件、软件功能：硬件、软件(下页下页)功能表n硬件功能硬件功能 Power Logic2000Power Logic2000电力参数线路监控仪是一种多电力参数线路监控仪是一种多功能数字仪表，集数据采集、控制设备于一体，功能数字仪表，集数据采集、控制设备于一体，能替代多种仪表、继电器、传感器及其它元件。能替代多种仪表、继电器、传感器及其它元件。 n软件功能软件功能 SMS-1500SMS-1500软软件件支支持持各各种种实实时时数数据据显显示示，包包括括表表格格、直直方方图图和和模模拟拟表表盘盘等等。SMS-1500SMS-1500软软件件面面向向客客户户，包括创建用户表格，增添电气参数等。包括创建用户表格，增添电气参数等。建立电抗模型的基点建立电抗模型的基点(1)(1)基波基波5050赫兹的含有各次谐波的正弦波赫兹的含有各次谐波的正弦波 (2) 运行中运行中三相不平衡系数为三相不平衡系数为1.66%1.66%(3)(3)要要求求模模型型满满足足电电弧弧炉炉电电极极电电流流从从开开路路到到短短路路的的过过程程中中，操操作作电电抗抗随随电电极极电电流流的的变化服从一种变化规律变化服从一种变化规律(4)(4)模型与谐波分析有较好的吻合模型与谐波分析有较好的吻合电气圆图电气圆图可操作的工作点总表工作电流工作电流Curve1Curve2Curve3Curve4Curve5Curve6级别级别U2SPFSPFSPFSPFSPFSPF221050430. .919450. .908480. .897510. .886530. .874550. .862211004450. .911480. .9480. .888500. .876530. .863550. .84920962430. .903450. .891480. .878500. .864530. .850550. .83519924430. .894450. .881480. .866500. .852520. .836550. .8218888430. .885450. .870470. .855500. .838520. .821550. .80417855420. .874450. .858470. .841500. .824520. .805540. .78616825420. .862450. .845470. .826500. .807520. .786540. .76515800420. .851450. .833470. .813500. .792520. .769540. .746制定电弧炉炼钢供电制度的基本原则制定电弧炉炼钢供电制度的基本原则以安全、稳定、高效运行为依据，选择供电曲以安全、稳定、高效运行为依据，选择供电曲线的电气运行工作点。即要求：线的电气运行工作点。即要求： 表观功率表观功率 S SF 功率因数功率因数 0.840.85 0.75 电弧功率近可能大弧功率近可能大 Max Parc设定定电能需求量和各能需求量和各阶段段时间长度。要求度。要求总通通电时间符合生符合生产节奏要求。奏要求。尽量尽量简化供化供电曲曲线，减少有，减少有载切切换电压级别次次数。数。优化的供电曲线3大型电弧炉炼钢供电制度的研究大型电弧炉炼钢供电制度的研究(1)(1)天津钢管公司天津钢管公司150t/90MVA超超高功率电弧炉高功率电弧炉(2)(2)抚顺特殊钢公司抚顺特殊钢公司50t/35MVA50t/35MVA超超高功率电弧炉高功率电弧炉(3)(3)南京钢铁集团公司南京钢铁集团公司70t/60MVA70t/60MVA高阻抗电弧炉高阻抗电弧炉炼钢过程中电气运行状态的评价炼钢过程中电气运行状态的评价 测量精度的评价测量精度的评价 三相电压、电流、有功、无功、视三相电压、电流、有功、无功、视在功率、功率因数及对应均值的相对误在功率、功率因数及对应均值的相对误差最大值为差最大值为0.97%南钢南钢100t/60MVA100t/60MVA三相不平衡评价三相不平衡评价电流电流A电压电压kV平均值平均值1160.5030.69标准差标准差S19.260.11变异系数变异系数CV=1.66%0.36%电抗器上端电压波形(A相为代表) 起弧期起弧期氧化精氧化精炼期炼期熔化期熔化期电抗器上端电流波形(A相为代表) 起弧期起弧期氧化精氧化精炼期炼期熔化期熔化期电抗器上、下端各次谐波电压分量 电抗器上、下端谐波电流分量 傅立叶分析式式式中：中：电抗率电抗率K=Xop/Xsc Xsc 短路电抗短路电抗(接近于基波下的电抗值接近于基波下的电抗值) Xop 操作电抗操作电抗(含各次谐波的电抗值含各次谐波的电抗值)其中，其中，n为谐波次数为谐波次数(n=131)An为为第第n次次谐谐波波的的分分量量(An=an/a1,与与前前面面付付立立叶叶公式相同公式相同) 操作电抗的非线性 抚钢抚钢50tUHPEAF工作电抗模型工作电抗模型 南钢南钢100t100t高阻抗电弧炉的工作电抗模型高阻抗电弧炉的工作电抗模型天管天管150t150t电弧炉的工作电抗模型电弧炉的工作电抗模型电压电压U2（V）892865839811786762739717697操操作作电电抗抗XOP（m）3.373.373.373.383.383.393.393.403.40电压电压U2（V）678651627602579558538520操操作作电电抗抗XOP（m）3.413.423.433.443.453.463.473.48 各级电压下所使用的操作电抗值各级电压下所使用的操作电抗值Curve1Curve2Curve3Curve4Curve5Curve6tapTapvoltKAMWKAMWKAMWKAMWKAMWKAMW35892638060785876567354725169348656478627760745873547052683383964766375617458705568536632811657263716169586756655363317866368626759665764546252603076261636062576155605359515729739626260615859565854575255287176259615859575656545452532769761565955575455535352515026678595357525551545051494947德方提供的德方提供的150t超高功率电弧炉供电工作点总表超高功率电弧炉供电工作点总表天管天管150t电弧炉电气圆图电弧炉电气圆图天管天管150t/90MVA电弧炉电弧炉高电压级别工作点的评估高电压级别工作点的评估级级电压电压VCurve1Curve2Curve3Curve4Curve5Curve6358923486533836328113119均可安全稳定运行均可安全稳定运行变压器过载严重，不宜长期使用；变压器过载严重，不宜长期使用；变压器略有过载；变压器略有过载；cos值太高，不能稳定运行；值太高，不能稳定运行；cos值过高，不宜使用。值过高，不宜使用。可以安全、稳定运行。可以安全、稳定运行。STEP1.BASKETKWHVP2.BASKETKWHVP3.BASKETKWHVPREFININGKWHVP1.START1000271100027110002711003012.MAIN353353333202111.DEPAR21003422100342200033151912.DEPAR2000331200032130003113.DEPAR1500321170031120003014.DEPAR20003112100301OPERATINGDIAGRAMELECTRIC03供电曲线的分析（能量积分）供电曲线的分析（能量积分）Start100027，1MainE35，3Depar210034，2Depar200033，1Depar150032，1Depar200031，1STEP1.BASKETKWHVP2.BASKETKWHVP3.BASKETKWHVPREFININGKWHVP1.START1500291150029115002911003212.MAIN343343343203211.DEPAR21003432100343200034253212.DEPAR2000342200034230003413.DEPAR1000341100034120003414.DEPAR20003411000341 OPERATINGDIAGRAMELECTRIC新新03加入铁水的供电曲线（南钢）加入铁水的供电曲线（南钢）全废钢的供电曲线（抚钢）全废钢的供电曲线（抚钢）4智能电弧炉神经元神经网络智能电弧炉控制特征智能电弧炉的效果 美国依阿华（Iowa）州的北星（North Star）钢厂与米尔切克（MilltechHOH）公司合作研究用神经网络技术改善电弧炉的电极控制，1991年9月在一台80吨交流电弧炉炼钢生产中投入运行，所取得的成绩是： 生产率提高10%20% 电极消耗量降低0.40.6kg/t 电能消耗减少1820kwh/t 年效益216万美元