Máy biến áp lò điện hồ quang

Trong quá trình nấu chảy của lò hồ quang điện (EAF), trở kháng trong lò dao động mạnh, kèm theo hiện tượng đoản mạch điện cực xen kẽ và gián đoạn hồ quang; do đó, dòng điện tăng vọt mà máy biến áp gặp phải vượt xa mức tăng vọt mà máy biến áp điện thông thường gặp phải. Yulan Transformer đã sản xuất máy biến áp lò hồ quang điện từ năm 1999; Dòng máy biến áp EAF của nó có công suất từ ​​1.000 kVA đến 80.000 kVA, hỗ trợ điện áp sơ cấp 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV và 110 kV, trong khi điện áp thứ cấp được thiết kế tùy chỉnh dựa trên các loại lò và quy trình nấu chảy cụ thể.

Đặc điểm của phụ tải lò điện hồ quang

Các điều kiện vận hành của máy biến áp lò hồ quang điện (EAF) khác biệt đáng kể so với các máy biến áp phân phối tiêu chuẩn hoặc máy biến áp điện. Trong pha nóng chảy điện tích, dòng điện dao động mạnh; dòng điện thứ cấp có thể đạt gấp hai đến ba lần giá trị định mức trong quá trình đoản mạch điện cực - những sự kiện tuy ngắn ngủi nhưng lại xảy ra thường xuyên. Cuộn dây và lõi phải chịu được các lực điện từ lặp đi lặp lại này và các kết cấu kẹp cũng như giá đỡ cách điện phải được kiểm tra theo các điều kiện này.

Điện áp thứ cấp tương đối thấp - thường dao động từ 100 V đến 800 V - trong khi dòng điện thứ cấp có thể đạt tới hàng chục nghìn ampe. Do đó, cuộn dây điện áp thấp (phía van) sử dụng nhiều dây dẫn song song hoặc dây dẫn chuyển vị, dây dẫn đầu ra bao gồm các thanh cái bằng đồng và các đầu nối có diện tích bề mặt lớn được gắn trên thành bể.

Trở kháng ngắn mạch được thiết kế cao hơn so với máy biến áp tiêu chuẩn nhằm hạn chế dòng điện ngắn mạch và ổn định hồ quang. Giá trị trở kháng thường dao động từ 6% đến 12%, thậm chí còn yêu cầu giá trị cao hơn đối với một số máy biến áp lò công suất lớn. Trở kháng quá mức làm giảm nguồn điện đầu vào vào lò, trong khi trở kháng không đủ khiến khó có thể chịu được các xung điện ngắn mạch; do đó, thiết kế phải được kết hợp cẩn thận với quy trình nấu chảy cụ thể.

Phương pháp cấu hình phổ biến

Không có lò phản ứng nối tiếp

Được sử dụng trong các ứng dụng mà lưới điện có đủ công suất ngắn mạch và lò có đặc tính trở kháng ổn định. Cấu hình này mang lại thiết kế hệ thống đơn giản, kích thước thiết bị nhỏ gọn và chi phí đầu tư thấp hơn. Đây là sự lựa chọn tiêu chuẩn cho hầu hết các máy biến áp lò hồ quang điện công suất nhỏ đến trung bình.

Với lò phản ứng loạt

Một cuộn kháng được mắc nối tiếp ở phía sơ cấp hoặc thứ cấp của máy biến áp để hạn chế hơn nữa dòng điện ngắn mạch và tăng cường độ ổn định của hồ quang. Lò phản ứng giúp giảm thiểu tác động lên lưới điện, đặc biệt khi lưới điện yếu hoặc trong giai đoạn vận hành ban đầu khi xảy ra hiện tượng sụt điện thường xuyên. Lò phản ứng có thể được tích hợp trong bể biến áp hoặc được lắp đặt như một thiết bị độc lập. Thiết kế tích hợp giúp tiết kiệm không gian nhưng bảo trì kém thuận tiện hơn so với thiết bị bên ngoài.

Thông số kỹ thuật điển hình

Dữ liệu sau đây được tổng hợp từ hồ sơ của các đơn vị được sản xuất theo lô và không thể hiện toàn bộ phạm vi cung cấp. Các thông số cho các dự án cụ thể phải tuân theo thỏa thuận kỹ thuật.

Máy biến áp lò hồ quang thay đổi vòi công suất cao khi tải

Lưu ý: Trong số các giai đoạn điều chỉnh điện áp, năm giai đoạn đầu tiên cung cấp công suất đầu ra không đổi, trong khi các giai đoạn tiếp theo cung cấp dòng điện đầu ra không đổi. Phạm vi công suất không đổi được sử dụng trong giai đoạn nấu chảy ban đầu và phạm vi dòng điện không đổi được sử dụng trong giai đoạn tinh chế.

Các mô hình đại diện của dòng 6–10 kV (không có cuộn kháng)

Mô hình đại diện của dòng lò phản ứng 6–10 kV

Model tiêu biểu của dòng 20–35 kV

Lưu ý: Điện áp sơ cấp có thể thiết kế là 60 kV hoặc 110 kV tùy theo yêu cầu của người sử dụng; trong những trường hợp như vậy, trở kháng ngắn mạch và kích thước bên ngoài sẽ được điều chỉnh tương ứng.

Thông số thiết kế chính

Điều chỉnh điện áp khi tải

Máy biến áp lò hồ quang điện (EAF) thường được trang bị bộ thay đổi nấc tải (OLTC) để đáp ứng các yêu cầu điện áp khác nhau của giai đoạn nấu chảy và tinh chế. Phạm vi quy định thường kéo dài từ 13 đến 19 bước, mặc dù một số dự án yêu cầu nhiều hơn. Việc điều chỉnh khi có tải đòi hỏi phải phân bổ không gian bên trong thùng máy biến áp cho bộ đổi vòi và tính toán lưu lượng dầu cũng như tản nhiệt trong quá trình vận hành chuyển mạch.

Lựa chọn trở kháng ngắn mạch

Giá trị trở kháng ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của hồ quang và dòng ngắn mạch cực đại. Trở kháng cao giúp hạn chế xung điện ngắn mạch nhưng làm giảm công suất đầu vào hiệu quả; trở kháng thấp có tác dụng ngược lại. Thông số kỹ thuật trở kháng thường được xác định bởi nhà sản xuất lò và nhóm thiết kế điện, đồng thời nhà sản xuất máy biến áp sẽ điều chỉnh cách bố trí cuộn dây và kiểm soát từ thông rò rỉ để đáp ứng các giá trị mục tiêu.

Phương pháp làm mát

Các thiết bị có công suất nhỏ thường sử dụng hệ thống làm mát bằng không khí hoặc tự làm mát bằng dầu. Do mật độ tổn hao cao, các thiết bị có công suất lớn thường sử dụng hệ thống làm mát bằng không khí cưỡng bức bằng dầu cưỡng bức (OFAF) hoặc bằng nước cưỡng bức bằng dầu (OFWF). Hệ thống làm mát bằng nước phải đảm bảo áp suất dầu luôn cao hơn áp suất nước để ngăn nước xâm nhập vào dầu trong trường hợp rò rỉ.

Thiết bị đầu cuối thứ cấp

Với dòng điện thứ cấp cao, mặt cắt, khoảng cách và cấu trúc đỡ của thanh cái đồng đầu ra đòi hỏi phải có thiết kế chuyên dụng. Một số thiết bị công suất lớn sử dụng cấu hình song song nghịch đảo cùng pha, trong đó các thanh cái liền kề mang dòng điện ngược chiều nhau; điều này làm giảm từ trường bên ngoài và sự nóng lên trong các bộ phận cấu trúc.

Sản xuất và thử nghiệm

Cuộn dây sử dụng dây dẫn chuyển đổi hoặc nhiều dây dẫn song song để đảm bảo phân phối dòng điện đồng đều. Sau khi lắp ráp, bộ phận hoạt động trải qua quá trình sấy chân không pha hơi dầu hỏa để loại bỏ độ ẩm và khí khỏi vật liệu cách nhiệt. Bể chứa và các bộ phận kết cấu được phun bi để loại bỏ rỉ sét, sau đó sơn tĩnh điện để đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường công nghiệp.

Các thử nghiệm nghiệm thu tại nhà máy bao gồm các phép đo điện trở DC của cuộn dây, tỷ số điện áp, điện trở cách điện, điện áp chịu được tần số nguồn, điện áp chịu được cảm ứng, tổn thất không tải, tổn thất tải và trở kháng ngắn mạch. Với các điều kiện vận hành riêng của máy biến áp EAF, việc xác minh loại thông qua thử nghiệm ngắn mạch đột ngột - hoặc cung cấp báo cáo tính toán theo yêu cầu của người dùng - cũng là cần thiết. Bộ đổi vòi khi tải trải qua thử nghiệm chu trình vận hành trước khi vận chuyển để xác minh độ tin cậy chuyển mạch. Công ty có các chứng chỉ ISO 9001:2015, ISO 14001 và ISO 45001; dữ liệu thử nghiệm được lưu trữ theo số sê-ri, đảm bảo khả năng truy xuất nguồn gốc từ các lô nguyên liệu thô và hồ sơ quy trình chính.

Câu hỏi thường gặp

Hỏi: Trong trường hợp nào cần sử dụng lò phản ứng nối tiếp?

Lò phản ứng nối tiếp giúp hạn chế xung điện và ổn định hồ quang khi công suất ngắn mạch của lưới điện tương đối thấp hoặc khi vật liệu thường xuyên bị sập trong giai đoạn đầu vận hành lò gây ra dòng điện ngắn mạch quá mức. Nếu lưới điện đủ mạnh và thiết kế lò đã hoàn thiện, lò phản ứng có thể được bỏ qua để đơn giản hóa hệ thống. Quyết định cuối cùng được nhóm thiết kế điện đưa ra dựa trên tính toán ngắn mạch.

Hỏi: Có nhiều bước điều chỉnh điện áp khi tải hơn có tốt hơn không?

Không nhất thiết phải như vậy. Mặc dù nhiều bước hơn cho phép điều chỉnh điện áp tốt hơn và phù hợp hơn với các giai đoạn nấu chảy khác nhau nhưng chúng cũng làm tăng chi phí của bộ thay đổi vòi và kích thước của thùng dầu. Thông thường, từ 13 đến 19 bước đáp ứng nhu cầu của hầu hết các lò hồ quang điện; cấu hình vượt quá 25 bước là rất hiếm.

Hỏi: Tại sao trở kháng ngắn mạch của máy biến áp lò hồ quang điện lại cao hơn máy biến áp tiêu chuẩn?

Đoản mạch điện cực xảy ra thường xuyên trong quá trình vận hành lò hồ quang điện; trở kháng cao hạn chế dòng điện ngắn mạch cực đại và giảm tác động lên cuộn dây và lưới điện. Trong khi máy biến áp tiêu chuẩn thường có trở kháng ngắn mạch từ 4% đến 6%, máy biến áp lò hồ quang thường nằm trong khoảng từ 6% đến 12%, với một số loại lò chuyên dụng thậm chí còn cao hơn.

Hỏi: Tại sao điện áp thứ cấp lại thấp như vậy?

Lò hồ quang điện tạo ra nhiệt thông qua điện trở hồ quang và bản thân điện áp hồ quang tương đối thấp - thường dao động từ vài chục đến vài trăm volt. Điện áp thứ cấp của máy biến áp phải phù hợp với điện áp hồ quang; do đó, giá trị thiết kế thấp hơn nhiều so với mặt chính. Ngược lại, dòng điện thứ cấp cực kỳ cao do yêu cầu về điện năng.

Hỏi: Những điểm chính trong việc bảo trì hàng ngày hệ thống làm mát bằng nước và tuần hoàn dầu cưỡng bức là gì?

Áp suất dầu phải luôn cao hơn áp suất nước để mọi rò rỉ đều chảy từ phía dầu sang phía nước, ngăn không cho nước xâm nhập vào dầu máy biến áp. Thường xuyên kiểm tra bộ làm mát để phát hiện cặn và lên lịch vệ sinh dựa trên chất lượng nước. Hệ thống làm mát phải được khởi động trước máy biến áp và tiếp tục chạy trong một khoảng thời gian sau khi tắt máy biến áp. Kinh nghiệm kỹ thuật và phạm vi cung cấp

Yulan Transformer có nhiều kinh nghiệm trong việc cung cấp số lượng lớn máy biến áp lò điện, bao gồm nhiều loại lò khác nhau như lò hồ quang điện tiêu chuẩn, lò luyện lò nồi và lò hồ quang chìm. Cơ sở sản xuất của chúng tôi có sức nâng 80 tấn, hệ thống sấy chân không pha hơi dầu hỏa 400 kW, thiết bị kiểm tra xung 1200 kV và máy biến áp kiểm tra tần số điện không phóng điện một phần 400 kV, cho phép chúng tôi đáp ứng các yêu cầu kiểm tra nghiệm thu trong sản xuất và nhà máy đối với máy biến áp lò hồ quang có điện áp định mức 110 kV trở xuống.

Chúng tôi cung cấp các giải pháp thiết kế tùy chỉnh dựa trên sơ đồ hệ thống sơ cấp và thông số lò do khách hàng cung cấp cho các dự án có điện áp sơ cấp từ 6 kV đến 110 kV và công suất từ ​​1.000 kVA đến 80.000 kVA. Vui lòng liên hệ với bộ phận kỹ thuật Máy biến áp Yulan để có bản vẽ phác thảo, ước tính trọng lượng hoặc tính toán tổn thất cho các mẫu cụ thể.