Máy biến áp lò hồ quang chìm

Lò hồ quang chìm (SAF) - còn được gọi là lò điện để nấu chảy - được sử dụng để sản xuất hợp kim sắt, cacbua canxi, silicon công nghiệp và các sản phẩm tương tự. Máy biến áp của nó khác với lò hồ quang điện tiêu chuẩn (EAF) về đặc tính tải: trong SAF, các điện cực được đặt chìm trong điện tích của lò và nhiệt được tạo ra chủ yếu thông qua điện trở của điện tích, với sự phóng điện hồ quang đóng vai trò thứ yếu. Do đó, tải tương đối ổn định nhưng dòng điện thứ cấp cực cao và hệ số công suất thấp; điều này đòi hỏi phải có thiết kế cụ thể liên quan đến phạm vi điều chỉnh điện áp và trở kháng.

Máy biến áp Yulan sản xuất Máy biến áp lò hồ quang chìm với công suất từ ​​1.000 kVA đến 80.000 kVA. Điện áp sơ cấp có thể chứa 6 kV, 10 kV, 15 kV, 22 kV, 35 kV và 110 kV, trong khi điện áp thứ cấp và số bước điều chỉnh điện áp được xác định dựa trên loại lò và vật liệu cụ thể được nấu chảy.

Đặc điểm tải trọng và thiết kế

Dòng điện cao, điện áp vừa phải

Điện áp thứ cấp của SAF thường dao động từ 100 V đến 300 V - cao hơn EAF nhưng thấp hơn lò nung cacbua canxi. Dòng điện thứ cấp có thể đạt tới hàng chục nghìn ampe; cuộn dây sử dụng nhiều dây dẫn song song hoặc dây dẫn chuyển vị và dây dẫn đầu ra bao gồm các thanh cái bằng đồng nhiều lớp.

Hệ số công suất thấp

Sự thay đổi điện trở của điện tích lò dẫn đến tải cảm ứng, với hệ số công suất thường nằm trong khoảng từ 0,7 đến 0,8. Thiết kế máy biến áp phải tính đến các yêu cầu về công suất phản kháng và một số dự án kết hợp các thiết bị bù ở phía hệ thống.

Tải tương đối ổn định

Không giống như các xung điện ngắn mạch dữ dội được thấy trong EAF, SAF có dòng dao động nhỏ hơn; tuy nhiên, chúng hoạt động ở mức tối đa trong thời gian dài, dẫn đến tích tụ nhiệt đáng kể. Cuộn dây và lõi phải được kiểm tra độ tăng nhiệt trong điều kiện vận hành dòng điện cao liên tục.

Phạm vi điều chỉnh điện áp rộng

Các giai đoạn nấu chảy khác nhau đòi hỏi điện áp khác nhau; thay đổi vòi khi tải (OLTC) thường bao gồm 13 đến 27 bước, với một số lò nung cacbua canxi lớn thậm chí còn yêu cầu nhiều hơn. Bộ đổi vòi phải có khả năng hoạt động thường xuyên và khả năng mang dòng ổn định.

Thông số kỹ thuật

Mô hình đại diện và dữ liệu tham khảo

Lưu ý: Điện áp sơ cấp có thể được thiết kế trong khoảng từ 6 kV đến 110 kV tùy theo yêu cầu của người dùng, với các điều chỉnh tương ứng về trở kháng và kích thước bên ngoài.

Điểm nổi bật về thiết kế

Cuộn dây và dây dẫn

Cuộn dây thứ cấp sử dụng các dây dẫn chuyển vị, với sự chuyển vị của nhiều nhánh song song ở hai đầu để đảm bảo phân phối dòng điện đồng đều. Các thanh cái bằng đồng nhiều lớp được sử dụng làm đầu ra, với các thanh cái liền kề mang dòng điện theo hướng ngược nhau để giảm từ trường bên ngoài. Các bo mạch đầu cuối diện tích lớn được lắp đặt trên các thành bên của bể để giảm thiểu điện trở tiếp xúc.

Lựa chọn trở kháng

Máy biến áp lò hồ quang chìm thường có trở kháng cao hơn máy biến áp điện có cùng công suất để hạn chế dòng điện ngắn mạch và cải thiện điều kiện vận hành lò. Các giá trị cụ thể được xác định bởi nhà sản xuất lò và nhà thiết kế điện dựa trên khả năng ngắn mạch của lưới điện và quá trình nấu chảy. Trở kháng cao làm giảm công suất đầu vào hiệu dụng, trong khi trở kháng thấp làm tăng dao động dòng điện; một giá trị cân bằng phải được chọn.

Bộ thay đổi vòi khi tải (OLTC)

Máy biến áp lò hồ quang chìm công suất lớn hầu như chỉ sử dụng khả năng điều chỉnh điện áp khi có tải. Do tần suất hoạt động của bộ thay đổi vòi nước cao nên phải chọn một mô hình phù hợp cho việc chuyển đổi thường xuyên và phải lắp đặt hệ thống lọc dầu độc lập. Một số người dùng sử dụng kết hợp quy định thô và quy định tinh để giảm độ mài mòn trên các điểm tiếp xúc của bộ đổi vòi.

Hệ thống làm mát

Do mật độ tổn hao cao nên tuần hoàn dầu cưỡng bức với làm mát bằng nước hoặc làm mát bằng không khí thường được sử dụng. Trong hệ thống làm mát bằng nước, áp suất dầu phải luôn cao hơn áp suất nước để ngăn nước rò rỉ vào dầu. Lựa chọn bộ làm mát phải tính đến tổn thất hài hòa bổ sung thay vì chỉ dựa vào tính toán dựa trên dòng điện hình sin tần số công nghiệp.

Sóng hài và tổn thất bổ sung

Tải lò hồ quang chìm có chứa sóng hài; do đó, phải tính đến lề thiết kế cho mặt cắt dây dẫn và che chắn thành phần kết cấu. Tấm chắn từ tính hoặc điện được lắp đặt trên thành bể bên trong để giảm tổn thất đi lạc và nguy cơ quá nhiệt cục bộ.

Sản xuất và xác minh

Yulan Transformer đã sản xuất máy biến áp lò điện từ năm 1999, cung cấp máy biến áp SAF cho các ngành công nghiệp như hợp kim sắt, cacbua canxi và silicon công nghiệp. Công ty được trang bị sức nâng 80 tấn, hệ thống sấy chân không pha hơi dầu hỏa công suất 400kW, thiết bị kiểm tra xung 1200kV và máy biến áp thử nghiệm tần số điện không phóng điện cục bộ 400kV. Các cơ sở này cho phép xử lý cách điện và xác minh tại nhà máy máy biến áp SAF có điện áp định mức 110kV trở xuống. Trước khi xuất xưởng, mỗi thiết bị đều phải trải qua một loạt thử nghiệm, bao gồm điện trở DC cuộn dây, tỉ số điện áp, điện trở cách điện, điện áp chịu tần số nguồn, điện áp chịu thử cảm ứng, tổn hao không tải, tổn thất tải, trở kháng ngắn mạch và thử nghiệm chu trình vận hành của bộ đổi vòi khi đang tải. 

Hỏi đáp lựa chọn

Câu hỏi: Máy biến áp lò hồ quang chìm và máy biến áp lò hồ quang điện (EAF) có thể thay thế cho nhau được không?

Nói chung, chúng không thể được trao đổi trực tiếp. Tải lò hồ quang chìm tương đối ổn định và các đặc tính điều chỉnh điện áp và trở kháng của chúng khác với EAF. Máy biến áp EAF được thiết kế để chịu được các cú sốc ngắn mạch thường xuyên, trong khi máy biến áp lò hồ quang chìm được thiết kế để hoạt động với dòng điện cao liên tục. Khả năng thay thế lẫn nhau đòi hỏi phải xác minh lại trở kháng, độ tăng nhiệt độ và độ bền cơ học.

Hỏi: Có phải số bước điều chỉnh điện áp cao hơn luôn tốt hơn không?

Không nhất thiết phải như vậy. Số bước điện áp cao hơn cho phép điều chỉnh điện áp tốt hơn và phù hợp hơn với các giai đoạn nấu chảy khác nhau; tuy nhiên, điều này kéo theo chi phí cao hơn cho bộ chuyển đổi vòi nước và tăng kích thước vật lý của bể biến áp. Thông thường, 19 bước là đủ cho lò nung hợp kim sắt, trong khi lò nung cacbua canxi có thể yêu cầu 27 bước trở lên. Cấu hình cuối cùng được xác định bởi các yêu cầu quy trình lò cụ thể.

Hỏi: Tại sao máy biến áp lò hồ quang chìm (SAF) có trở kháng cao hơn máy biến áp điện tiêu chuẩn?

Sự biến động về điện trở của lò có thể gây ra hiện tượng tăng vọt dòng điện; trở kháng cao hơn hạn chế dòng điện cực đại và ổn định điều kiện vận hành lò. Ngoài ra, trở kháng cao làm giảm dòng điện ngắn mạch, từ đó bảo vệ cuộn dây. Trong khi máy biến áp điện tiêu chuẩn thường có giá trị trở kháng ngắn mạch từ 4% đến 6% thì máy biến áp SAF thường nằm trong khoảng từ 6% đến 15%.

Hỏi: Ưu điểm của việc chọn điện áp sơ cấp 110kV là gì?

Đối với máy biến áp SAF công suất lớn, việc kết nối với điện áp sơ cấp thấp hơn sẽ dẫn đến dòng điện sơ cấp quá cao, gây gánh nặng quá mức cho thiết bị đóng cắt và hệ thống cáp. Định mức 110kV làm giảm dòng điện sơ cấp và giảm tổn thất đường dây, khiến nó phù hợp với các dự án có công suất trên 20.000 kVA. Tuy nhiên, sự lựa chọn này đòi hỏi chi phí cách nhiệt cao hơn và diện tích lớn hơn, đòi hỏi phải đánh giá toàn diện.

Hỏi: Những điểm chính trong việc bảo trì hàng ngày hệ thống làm mát bằng nước là gì?

Thường xuyên theo dõi sự chênh lệch áp suất giữa mạch dầu và mạch nước; áp suất dầu phải cao hơn áp suất nước. Sự tích tụ cặn trong bộ làm mát làm giảm khả năng tản nhiệt, vì vậy lịch trình vệ sinh phải được xác định dựa trên chất lượng nước. Hệ thống làm mát phải được kích hoạt trước khi máy biến áp khởi động và phải tiếp tục hoạt động trong một thời gian sau khi máy biến áp tắt.