專利名稱：一種礦熱爐三相電極功率測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相電極功率測量方法。
技術(shù)背景
礦熱爐是冶煉鐵合金的主要設備，它通過電極將電能輸入到爐內(nèi)。在礦熱爐鐵合金冶煉過程中，供電控制是維持爐況穩(wěn)定和保證冶煉正常進行的重要條件。其目的是在電爐供電變壓器容量允許的條件下通過改變電爐變壓器的二次電壓等級和升降電極來保持三相熔池功率平衡，并使輸入到爐內(nèi)的有功功率最大，以提高電效率和熱效率。目前，作為直接調(diào)節(jié)的供電參數(shù)有電極電流、電極阻抗或熔池功率。由于在電爐運行過程中爐膛有效電阻的變化和供電線路電壓的波動等干擾的存在，使得電極恒電流控制和恒阻抗控制都不能保證爐膛的各相有功功率穩(wěn)定，導致各相電極的反應區(qū)和坩堝大小不一致，影響冶煉效率，實踐證明，爐膛有效功率平衡控制不僅可以穩(wěn)定爐膛的熔煉功率，而且相同的爐膛有功功率可在不同電極電流Ii2 (i=A，B，C)和功率因數(shù)COSffl2(J = a,i ,c)的組合下得到，選擇小電極電流和大爐膛功率因數(shù)的組合是提高電爐設備的電效率和熔煉效益的最佳選擇。
但采用三相變壓器供電的礦熱爐，是沒有引出變壓器中心點和熔池中心點的，所以無法對三相電極功率直接進行測量，爐膛有效功率平衡控制只能在入爐總功率不變的條件下，通過調(diào)節(jié)電極電流和兩電極之間的線電壓平衡來實現(xiàn)，這一方法在三相熔池負載對稱的情況下是有效的。但事實上，由于與每一相電極相連短網(wǎng)的長度不等以及三相短網(wǎng)布置的不對稱，使得三相短網(wǎng)阻抗不平衡，當通過調(diào)節(jié)電極位置來控制三相一次電流平衡時， 因三根電極插入深度不同，在變壓器零點和熔池零點之間存在電壓漂移，使各相電極對熔池零點的電壓不等，無法保證三根電極得到同樣的功率，導致爐膛溫度場不均勻，三相熔池坩堝的大小、位置不同，使吃料量有差異，影響爐況及冶煉的各項經(jīng)濟技術(shù)指標，從而導致出現(xiàn)電極燒結(jié)不好、爐況不穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量標波動大、噸電耗高明顯高于國家規(guī)定標準等問題
發(fā)明內(nèi)容
為了解決三相變壓器供電的礦熱爐三相電極功率不可測、難以實現(xiàn)爐膛有效功率平衡控制的問題，本發(fā)明提供了一種礦熱爐三相電極功率測量方法。
本發(fā)明的礦熱爐三相電極功率測量方法由硬件和軟件兩部分組成，硬件電路由電流互感器、電壓互感器、電源中心點電路、一次電流變送器、一次有功功率變送器、一次電壓變送器、熔池中心點電路、熔池電壓變送器、可編程控制器PLC以及工控機組成；電壓互感器的一次線圈并接在三相電爐變壓器高壓側(cè)對應的輸入端子上，電壓互感器的二次線圈與電源中心點電路的對應端子相連，以獲得三相電爐變壓器的中心點，一次電壓變送器與電源中心電路對應的輸出端相連，以采集一次側(cè)的相電壓，一次電壓變送器的輸出端與模擬4量輸入模塊的輸入端相連，電流互感器的一次線圈串接在三相電爐變壓器對應的輸入端子上，電流互感器的電流輸出端與一次電流變送器的輸入端相連，以采集一次側(cè)的相電流， 一次電流變送器的輸出端與可編程控制器PLC的模擬量輸入端相連，一次有功功率變送器的電流輸入端與電流互感器對應的電流輸出端相連，一次有功功率變送器電壓輸入端與電源中心點電路對應的輸出端相連，一次有功功率變送器的輸出端與可編程控制器PLC的模擬量輸入端相連，熔池中心點電路獲取礦熱爐熔池的中心點，熔池電壓變送器的輸入端與熔池中心點電路的對應輸出端相連，熔池電壓變送器的輸出端與可編程控制器PLC的模擬量輸入端相連，可編程控制器PLC通過工業(yè)以太網(wǎng)(或MPI)與工控機相連。
電源中心點電路由三個阻值為IM歐、額定功率為1/4W的高精密金屬模電阻R1,R2, R3接成對稱星型，對稱星形電阻負載的公共連接點為電源變壓器的中心點N，電源中心點電路對應的輸出端子為電壓互感器的輸出端Lp L2、L3及變壓器中心點N。
熔池中心點電路是在礦熱爐爐底三相電極的幾何中心上插入耐高溫、耐腐蝕、導電性強的鉬電極引出熔池中心點N'，熔池中心點電路對應的輸出端子為銅瓦與三相電極 A、B、C的連接端a、b、c和熔池中心點N'。
可編程控制器PLC將4_20mA的標準電流輸入信號通過工業(yè)以太網(wǎng)(或MPI)傳給工控機，工控機根據(jù)三相熔池功率模型按預先設定的算法計算礦熱爐每一相電極的有功功率，具體步驟如下①用一次相電壓乘以一次相電流計算出一次側(cè)三相供電電源的視在功率S^1 , 用每一相的有功功率除以對應相的視在功率得到一次測三相電源每一相的功率因數(shù)COS豹r cos· COSffa及對應的功率因數(shù)角5 φα ；(I)用一次側(cè)每一相電源的視在功率乘以對應相功率因數(shù)角的正弦函數(shù)值得到一次側(cè)每一相的無功功率Q丨Al , Q_ , QjCl ； 將每一相有功功率求和得到三相電源總有功功率4，將每一相無功功率求和得到三相電源總無功功率，由總負荷計算公式求得變壓器容量S ； 用一次相電流乘以變壓器變比的平方得到對應相電極的電流, I^1 , r ,用JtU tSA iw-J每一相電極電流Ii42 , hi , Ic2乘以對應相的電極電壓得到每一相電極的視在功率Sj42 , 知2，； 用一次側(cè)每一相的有功功率減去變壓器每一相的空載損耗和銅損耗得到每一相電極的有功功率； 其計算公式為 一次側(cè)三相視在功率
權(quán)利要求
1.一種礦熱爐三相電極功率測量方法，其特征在于硬件電路由電流互感器(1)、電壓互感器(2)、電源中心點電路(3)、一次電壓變送器(10)、一次電流變送器(8)、一次有功功率變送器(9)、熔池中心點電路(7)、熔池電壓變送器(11)、可編程控制器PLC (12)以及工控機(13)組成，電壓互感器(2)的一次線圈并接在三相電爐變壓器(4)高壓側(cè)對應的輸入端子上，電壓互感器O)的二次線圈與電源中心點電路(3)的對應端子相連，以獲得三相電爐變壓器(4)的中心點，一次電壓變送器(10)與電源中心電路(3)對應的輸出端相連，以采集一次側(cè)的相電壓，一次電壓變送器(10)的輸出端與可編程控制器PLC (12)的模擬量輸入端相連，電流互感器(1)的一次線圈串接在三相電爐變壓器(4)高壓側(cè)對應的輸入端子上，電流互感器(1)的電流輸出端與一次電流變送器(8)的輸入端相連，以采集一次側(cè)的相電流，一次電流變送器(8)的輸出端與可編程控制器PLC (12)的模擬量輸入端相連，一次有功功率變送器(9)的電流輸入端與電流互感器(1)對應的電流輸出端相連，一次有功功率變送器(9)的電壓輸入端與電源中心點電路(3)對應的輸出端相連，一次有功功率變送器(9)的輸出端與可編程控制器PLC (12)的模擬量輸入的輸入端相連，熔池中心點電路 (7)以獲得礦熱爐熔池的中心點，熔池電壓變送器(11)的輸入端與熔池中心點電路(7)的對應輸出端相連，熔池電壓變送器(11)的輸出端與可編程控制器PLC (12)的模擬量輸入端相連；三相電極功率模型(14)根據(jù)所采集的一次相電壓、一次相電流、一次相有功功率以及熔池電壓值按以下步驟計算φ用一次相電壓乘以一次相電流計算出一次側(cè)三相供電電源的視在功率S,! , s#1，Sfi ；②用每一相的有功功率除以對應相的視在功率得到一次測三相電源每一相的功率因數(shù)cos· COS件”及對應的功率因數(shù)角gjbL ；③用每一相電源的視在功率乘以對應相功率因數(shù)角的正弦函數(shù)值得到一次側(cè)每一相的無功功率Qm , Q_ , Q^ci ；Φ將每一相有功功率求和得到三相電源總有功功率巧1，將每一相無功功率求和得到三相電源總無功功率，由總負荷計算公式求得變壓器容量s ； 用一次相電流乘以變壓器變比的平方得到與對應相相連的電極電流1.42 , Ιβ2 , Ic2 ，用電極電流If , Ιβ2 , Ic2乘以對應的電極電壓得到每一相電極的視在功率Sj2 , Sb2 , §C2 ；⑥用一次側(cè)每一相的有功功率減去變壓器的每一相的空載損耗和銅損耗得到每一相電極的有功功率pa、Pb、P。。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的礦熱爐三相電極功率測量方法，其特征在于所述的電源中心點電路(3)由三個阻值為IM歐、額定功率為1/4W的高精密金屬模電阻R1, R2, R3接成對稱星型，對稱星形電阻負載的公共連接點為電爐變壓器的中心點N，電源中心點電路(3)對應的輸出端子為電壓互感器(2)的輸出端Lp L2、L3及電爐變壓器的中心點N。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的礦熱爐三相電極功率測量方法，其特征在于所述的熔池中心點電路(7 )是在礦熱爐爐底三相電極的幾何中心上插入耐高溫、耐腐蝕、導電性強的鉬電極引出熔池中心點N'，銅瓦與三相電極A、B、C的連接點a、b、c和熔池中心點N'為熔池中心點電路的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利1所述的礦熱爐三相電極功率測量方法，其特征在于變送器采集電壓、 電流和功率信號，并將其轉(zhuǎn)換為4-20mA的標準信號后經(jīng)可編程序控制器PLC (12)通過工業(yè)以太網(wǎng)或MPI傳給工控機(13)。
全文摘要
一種礦熱爐三相電極功率測量方法，包括電壓互感器、電流互感器、電源中心點電路、一次電壓變送器、一次電流變送器、一次有功功率變送器、熔池中心點電路、熔池電壓變送器、模擬量輸入模塊、可編程控制器PLC及工控機。本發(fā)明通過構(gòu)建電源中心點電路獲得三相電爐變壓器的中心點，通過構(gòu)建熔池中心點電路獲得礦熱爐的熔池中心點，各變送器將采集的電壓、電流、功率信號轉(zhuǎn)換為標準電流信號后送至可編程控制器PLC的模擬量輸入模塊，PLC主機通過工業(yè)以太網(wǎng)(或MPI)把這些數(shù)據(jù)傳給工控機，工控機根據(jù)三相電極功率模型求得各電極的有功功率。該方法實現(xiàn)了三相變壓器供電礦熱爐的三相電極功率的有效測量和平衡控制，穩(wěn)定了爐況，降低了電耗。
文檔編號G01R21/06GK102478602SQ20101056131
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月26日
發(fā)明者唐春霞, 喻壽益, 李沛, 桂衛(wèi)華, 賀建軍, 陽春華 申請人:中南大學