测量电炉变压器二次侧电流的研究

测量电炉变压器二次侧电流的研究

摘要：本文以鄂尔多斯双欣化工密闭电石炉电极电流为研究对象。由于该工厂根据一次侧电流和变压器变比估算二次侧电流，测量数据难以精确。根据电极电流测量精度的要求，本文通过变压器运行机理分析和电流交换器的性质设计推导出一种方法。该方法自运行以来稳定、可靠、操作简单，有效提高了工作效率。

关键词：电炉变压器；电极电流；电流变换器；MATLAB仿真

The research measuring secondary current of the furnace transformer

JIA Hua1, GUO Xiang chao1，LEI Yu zhi 2

School of Information Engineering Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China;

School of Engineering Shanxi University，taiyuan 030013，China.

Abstract: this paper taked closed electrode current of calcium carbide furnace on Shuangxin chemical industry limited company as the object of study Erdos. Since the factory according to Primary current and the ratio of transformer estimate secondary current, it is difficult to accurately measure data. According to the requirements of the accuracy of measurement about the electrode current, this paper through the analysis about the transformer operation mechanism and the nature of the current switch derived a method. Since the operation of the method，it is stable, reliable, easy to operate, and improves the working efficiency. Keywords: the furnace transformer; electrode current; he current switch;MATLAB simulation

1前言

随着国家节能环保政策的实施，高耗功率企业必须高效率的生产创造更高的利润，才能适应发展的需要。电石生产作为高耗能产业，电石生产的关键在于控制好反应温度，所以控制好电极电流，达到电石生产的最适温度，成了首要因素，而电极电流达到数万安培，精确测量电弧电流有一定的难度，经过考察，目前有几种测量电极电流的方法。

（1）变压器改为串联变压器或自耦调压变压器，根据其三次电压和低压侧呈线性变化的特点，在串联变压器或自耦调压变压器的三次侧接电流互感器，此种方法测量误差小，但制造成本较高。

（2）根据短网电流和电极电流的关系，选取短网中并联导体中的一根进行测量，解决了电流大不易测量的问题，但是测量误差较大，而大于8000/5的电流互感器造价较高，所以此种方法具有较强的局限性。

（3）采用Rogowski线圈(简称罗氏线圈)直接测量二次侧电流，罗氏线圈作为电子式电流互感器的一种，具有测量范围宽、测量精度高、无磁饱和、频带范围宽、体积小、易于数字量输出等一系列优点，但是测量装置的成本高。

（4）利用电流变换器通过一次侧间接测量电极电流值，二次侧电流和电流互感器的电流成等比关系可使直调变压器的电极电流的测量简单化，从而推广使用直调变压器。

本文是针对上述电极电流测量方法存在的不足，在分析了变压器和电流变换器运行机理的基础上，提出了更加精确的计算方法，通过理论推导和计算机仿真，再加上工

程实践，验证了此方法的可行性

2电炉变压器的特点和工作原理

2.1部分符号及含义

Iow

图1

2

1

V V ，为变压器一、二次侧端电压；

21I I ，为变压器一、二次侧电流；

0I 为变压器空载电流；

'2I 为变压器一次总电流的负载分量；

21R R ，为变压器一、二次侧电阻；

21X X ，为变压器一、二次侧电抗；

21Z Z ，为变压器一、二次侧阻抗；

21f f ，为变压器一、二次侧功率因数角；

C B A I I I ，，为变压器一次侧相电流；

c b a I I I ，，为变压器二次侧线电流；

0C 0B 0A I I I ，，以为变压器三相空载电流；

C B A φφφ，，为变压器一次三相功率因数角．

2.2特点

电炉变压器是专门用于电炉冶炼的特种变压器。它具有过载能力大、机械强度高等特点。电炉变压器一般具有20%～30%的过载容量。其二次端输出为低电压、大电流。低压侧配有电压调节装置，以供在不同熔炼阶段调节电弧炉的输入功率之用，电炉变压器将电网中的高压小流量电转化为适合电炉生产的低压大电流电，通过短网、三相电极将变压器二次侧低压大电流电输送到电石炉，电流流过炉料产生电弧热和电阻热，炉料凭借此热量在1800~2200℃的高温下发生反应。 2.3工作原理

变压器空载运行时空载电流0I 产生的励磁磁势建立主磁通φ ,励磁电流0I 包括两个分量:单独产生磁通的磁化电流0w

I 和

对应于铁芯损耗的有功电流0y

I ，将主磁通感

应的电势1E -沿0I 方向分解为分量m 0m 0X I R I 和的相量之和，

以便得出空载时的等效电路，相量图如图1所示.

变压器负载运行时，二次侧电流流通其值取决于二次侧电压和负载阻抗的值，由二次负载电流引起的磁势在铁心中产生一定的负载磁通，其相位与二次电流相同．但是，由于一、二次负载安匝是相等的，所以二次负载电流直接被一次负载电流所平衡．二次负载磁通同样被一次负载磁通所抵消．一次负载磁通与一次负载平衡电流同相位，所以它与二次负载磁通相位相反，数值相同．相量图如图2所示，一次电路的总电流等于一次负载电流与空载电流的向量和，根据磁势平衡原理，得出

)

I -I (N N -I N N -I 012

1

'2212==

3．测量二次侧电流的改进 3.1电流变换器的原理与结构

直调式炉变各级电流比不为常数，所以要在炉变一次侧的电流互感器与测量仪表中间加一个可调电流比的变换器——电流变换器，使各级二次电压的电极电流和电流变换器输出电流之间的比值

为一固定数值

电流交换

I 2jI 2A B C a b c •••

•

•

•

图4