【原】矿热炉全电路分析例解

之前的文章中，我们对圆形矿热炉和矩形矿热炉的各项参数都做了详细的说明，并且也以25.5MVA矿热炉为例，对各项参数做了详细的计算。今天这篇我们主要来说说矿热炉电路分析的计算。文后附有相关参数文章的链接，可点击查看。

简化电路

三台单相变压器的额定容量为3×8500=25500kV·A，在满载下变压器的铜铁损耗共计150kW，短路电压Uk=8%。短网在电极上以闭合三角形接线，每相短网的每个极性的交流电阻平均值为0.063mΩ，感抗为0.878mΩ。电极有损工作段长度为0.8m，矿热炉布置如图1所示。

图1 矿热炉布置示意图(单位：mΩ)

(1)将变压器、短网的三角形电路等效变换为星形电路。将短网阻抗变换为星形回路的阻抗：

计算星形回路内电极的电阻，取自焙电极的电阻率ρ=85×10⁻³mΩ·m，电极直径d=125cm，故有：

(2)将变压器损耗及短路电压折算为二次侧的等效阻抗。根据P=I² R的关系，现变压器损耗功率为P=150kW，/=70.2kA，所以：

折算为二次侧的每相等效星形回路内的阻抗时，取二次线电压为182.2V，则：

(3)画出折算到二次侧的等效星形电路，如图2所示。

图2 折算到二次侧的等效星形电路图

(4)对图2中的一相进行分析，进一步化简为如图3所示的电路。根据计算得到：

图3 等效星形回路中一相的简化电路图

电气参数计算

(1)二次侧功率因数：

(2)二次侧电效率：

(3)负载相电压：

有效相电压：

(4)相应负载下线电压：

(5)二次侧输入有功功率：

(6)二次侧输入额定功率：

(7)一次侧功率因数：

(8)一次侧电效率：

(9)变压器低压出线端对地电压：

(10)变压器空载线电压：

(11)一次受电有功功率：

(12)一次实际受电额定功率：

变压器规范的拟订

(1)额定功率：

(2)次级额定线电压范围：

1)工作电压，已算出为190.4V，取190V;

2)最高电压，1.13x190=215V;

3)最低电压，0.57X190=108V

(3)次级额定线电流：

(4)各级额定功率。

1)工作电压为190V时：

2)最高级215V时：

短期过载可达27495/23145=1.187＜1.3。

3)最低级108V时：

根据以上求出的各参数值，可画出当电极电流为70.2kA时矿热炉每相的阻抗三角形和电压三角形，如图4所示。

图4  70.2kA时每相的阻抗三角形和电压三角形

矿热炉特性曲线的绘制

绘制矿热炉特性曲线图，必须确知该炉的三个起始数据：E空、R损、X损。在准确设计矿热炉时，这三个值均已算出，可依之进行绘制。但是，因实际制造工艺或矿热炉设备失修引起偏差，一般在矿热炉投产运行后定期进行测试和计算绘制。要求每隔一定时间进行一次测试，比较R 损、X 损两值有何变化，进而对设备进行检修。现以上述矿热炉为例，绘制其特性曲线。

已知：E空=190V、R损=0.107mΩ、X损=0.705mΩ。

A 计算准备

(1)设备短路电流

(2)一次有功功率达到最大值时的电流：

(3)矿热炉有效功率达到最大值时的电流：

B 电气参数计算

假设电极电流I =20kA，计算相应各参数值：

(1)每相总阻抗：

(2)每相总电阻：

(3)操作电阻：

(4)额定功率：

(5)有功功率：

(6)矿热炉有效功率：

(7)设备损失功率：

(8)功率因数：

(9)电效率：

(10)有效相电压：

然后，可分别假定I =40kA、60kA、80kA、100kA、120kA、140kA等，按照上述10个步骤算出各相应数值，列入表1中。取表中每个参数在各电流下的数值，在坐标图上绘出每个参数的曲线，即得图5所示的矿热炉特性曲线图。

表1  矿热炉特性计算表

图5  25.5MV-A矿热炉特性曲线

C 矿热炉特性曲线组和恒电阻曲线的绘制

矿热炉特性曲线组，由各电压等级下有功功率或有效功率随电流变化的曲线组成。恒电阻曲线则是利用关系式绘成的功率-电流等电阻曲线。两种曲线的交点反映了在恒电阻操作时，提高电压等级所得到的功率随电流变化的趋势。

（1）计算特性曲线组

已知R损和X损时，由矿热炉有效功率计算式：

将

代入其中，分别取E空=120V、E空=140V、E空=160V、E空=180V、E空=200V,在每个电压值下分别取电极电流I=20kA、I=40kA、I=80kA、I=100kA、I=120kA、I=140kA、I=160kA等，依上式计算每个电压等级下矿热炉有效功率随电流变化的数值，列入表2。

表2 矿热炉特性曲线组计算表

（2）计算恒电阻曲线

根据关系式(式子)，选取操作电阻R=0.6mΩ、0.8mΩ、1.0mΩ、1.2mΩ、1.4mΩ、1.6mΩ等，计算各电阻值下矿热炉有效功率随电极电流变化的数值，列入表3。

表3  恒电阻曲线(Pe)计算表

按照表2、表3数据，在坐标图上绘出矿热炉的特性曲线组和恒电阻曲线，如图6所示。

图6  25.5MA矿热炉特性曲线和恒电阻曲线

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