高阻抗电弧炉的电气特性

弧 ，使 电 能 在 弧 光 中 转 变 成 热 能 ，加 热 并 熔 化 金 属 和 炉 渣 ，从 而 冶 炼 出 各 种 成 分 的 钢 。
电弧炉冶 炼 所 需 的 电 能 是 通 过 主 电 路 输 入 炉 内 的。从高压电缆到电极的电路称为电弧炉的主电路， 主 电 路 主 要 由 隔 离 开 关 、高 压 断 路 器 、变 压 器 及 低 压 短 网 等 几 部 分 组 成 ，如 图 １ 所 示 。
第 ３ 期 （总 第 １７２ 期 ） ２０１２ 年 ６ 月
机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ
文 章 编 号 ：１６７２－６４１３（２０１２）０３－０１７５－０２
Ｎｏ．３ Ｊｕｎ．
高阻抗电弧炉的电气特性研究
顾秀萍
（山 西 工 程 职 业 技 术 学 院 ， 山 西 太 原 ０３０００９）
高压电 网 ６ｋＶ～１０ｋＶ 的 高 压 电 能 经 过 隔 离 开 关和高压断路器送 至 电 炉 变 压 器 的 一 次 侧 （高 压 侧）， 然后通过 变 压 器 转 变 为 低 电 压、大 电 流 输 送 到 电 极。 当电极电流超过允许 值 时，断 路 器 会 自 动 跳 闸 切 除 电 源线路。在变压器的 高 压 侧 配 有 电 压 调 节 装 置，可 进 行无载或有载调压，以 满 足 不 同 工 况 的 电 压 需 要。 短 网是指电弧炉变压器二次侧的引出线至电弧炉电极之 间 的 一 段 三 相 线 路 ，它 由 铜 排 （或 铜 管 ）、软 电 缆 和 炉 顶 上的导电铜管３部分组成。短网的正确设计不仅可使 三相电功率不平衡度 降 低，而 且 有 利 于 短 网 装 置 的 维 护和降低电能损失。 ２ 高 阻 抗 电 弧 炉 的 电 气 特 性
着 回 路 中 感 抗 的 增 加 ，可 以 缓 和 电 弧 电 流 的 剧 烈 波 动 ， 使电弧稳定燃烧。
图 １ 普 通 电 弧 炉 主 电 路 图 ２ 高 阻 抗 电 弧 炉 主 电 路
但是现在的高阻抗电弧炉附加电抗器的目的并不 仅仅基于上面的两个 原 因，它 的 出 现 是 伴 随 着 超 高 功 率电弧炉技术的发展而产生的。超高功率高阻抗电弧 炉有着独特的电气特 性，它 需 要 通 过 一 系 列 的 供 电 技 术配合才能在生产中取得良好的效果。下面给出电弧 炉主电路的单相等效 电 路 （如 图 ３ 所 示），以 及 表 征 电 弧特性的主要参数计算公式 。 ［１］
η＝ＵｈＵ＋ｈＩＲ 。 ……………………………… （４） 电弧长度为： Ｌ＝Ｕｈ－３５ 。 ……………………………… （５） 由 式 （３）可 以 看 出 ，电 弧 功 率 决 定 于 电 弧 电 压 与 电 极 电 流 的 乘 积 ；式 （５）则 说 明 电 弧 长 度 与 电 弧 电 压 成 正 比 。 由 于 加 大 弧 长 会 加 剧 对 炉 壁 的 侵 蚀 程 度 ，因 此 ，早 期 的 超 高 功 率 电 弧 炉 ，由 于 受 到 炉 衬 耐 火 材 料 的 限 制 ， 电压和弧长都较小，只 能 依 靠 加 大 电 极 电 流 来 提 高 电 弧功率。在这种冶炼 操 作 模 式 中，必 须 配 置 巨 大 截 面 的载流导体和开发价 格 昂 贵 的、特 制 的 超 大 直 径 电 极 来满足传输大电流 以 及 降 低 能 耗 的 要 求。 同 时，由 于 采 用 短 电 弧 冶 炼 ，使 得 电 极 同 炉 料 频 繁 接 触 ，经 常 发 生 短路，造成 电 网 电 压 波 动 和 闪 变，并 产 生 大 量 高 次 谐 波 ，严 重 影 响 供 电 电 网 的 电 能 质 量 ；另 外 它 还 导 致 电 极 折 断 率 非 常 高 ，既 影 响 了 生 产 ，也 增 加 了 炼 钢 成 本 。
摘要：阐述了高阻抗电弧炉的组成、原理、电气运行特性及工程应用实例。现场运行数据表明这种技术可以 有效提高炼钢生产率及降低电耗。 关键词：高阻抗；电弧炉；电气特性 中 图 分 类 号 ：ＴＦ３４１．２ 文 献 标 识 码 ：Ｂ
１ 电 弧 炉 主 电 路 的 组 成 及 功 能 所谓电弧 炉 炼 钢 就 是 在 电 极 和 炉 料 之 间 形 成 电
电弧功率为：
收 稿 日 期 ：２０１１－１２－２６； 修 回 日 期 ：２０１２－０１－１５ 作者简介：顾秀萍 （１９７２－），女，山东淄博人，讲师，工学硕士，主要从事电气自动化技术教学工作。
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机 械 工 程 与 自 动 化 ２０１２年第３期
Ｐｈ＝３ＵｈＩ 。 ………………………………… （３） 电效率为：
高阻抗电弧炉与普通电弧炉主电路的主要区别在 于 前 者 的 主 电 路 中 串 联 了 一 台 大 电 抗 器 ，如 图 ２ 所 示 。
附加电抗器的作 用 主 要 有 两 个：① 从 电 弧 炉 炼 钢 原 理 来 看 ，工 作 短 路 是 不 可 避 免 的 ，尤 其 在 熔 化 期 内 电 弧 或 塌 料 经 常 发 生 ，如 果 供 电 回 路 的 阻 抗 不 大 ，就 会 形 成 很 大 的 短 路 电 流 ，这 对 变 压 器 是 很 不 利 的 ，而 且 会 使 电 网 电 压 剧 烈 波 动 ，接 入 电 抗 器 后 ，可 以 有 效 地 限 制 短 路电流至允许值；② 交 流 电 弧 具 有 随 着 电 压 变 化 不 连 续 的 特 点 ，而 接 入 电 抗 器 后 ，可 以 使 电 压 降 至 燃 弧 电 压 以 下 时 ，电 弧 电 流 靠 蕴 藏 在 感 抗 中 的 能 量 继 续 流 动 ，随
电极电流为：
槡 Ｉ＝
Ｓ·ｓｉｎφ 。 ຫໍສະໝຸດ Ｘ…………………………… （１）
其中：Ｓ 为视在功率，Ｗ；φ 为 系 统 阻 抗 角，（°）；Ｘ 为 折
合 到 变 压 器 二 次 侧 的 系 统 总 电 抗 ，Ω。
电弧电压为：
Ｕｈ＝ 槡Ｕ２－（ＩＸ）２－ＩＲ 。 ………………… （２）
其中：Ｕ 为 变 压 器 二 次 电 压，Ｖ；Ｒ 为 折 合 到 变 压 器 二 次 侧 的 系 统 总 电 阻 ，Ω。