专利名称：一种矿热炉三相电极功率测量方法
技术领域：
本发明涉及一种三相电极功率测量方法。
技术背景
矿热炉是冶炼铁合金的主要设备，它通过电极将电能输入到炉内。在矿热炉铁合金冶炼过程中，供电控制是维持炉况稳定和保证冶炼正常进行的重要条件。其目的是在电炉供电变压器容量允许的条件下通过改变电炉变压器的二次电压等级和升降电极来保持三相熔池功率平衡，并使输入到炉内的有功功率最大，以提高电效率和热效率。目前，作为直接调节的供电参数有电极电流、电极阻抗或熔池功率。由于在电炉运行过程中炉膛有效电阻的变化和供电线路电压的波动等干扰的存在，使得电极恒电流控制和恒阻抗控制都不能保证炉膛的各相有功功率稳定，导致各相电极的反应区和坩埚大小不一致，影响冶炼效率，实践证明，炉膛有效功率平衡控制不仅可以稳定炉膛的熔炼功率，而且相同的炉膛有功功率可在不同电极电流Ii2 (i=A，B，C)和功率因数COSffl2(J = a,i ,c)的组合下得到，选择小电极电流和大炉膛功率因数的组合是提高电炉设备的电效率和熔炼效益的最佳选择。
但采用三相变压器供电的矿热炉，是没有引出变压器中心点和熔池中心点的，所以无法对三相电极功率直接进行测量，炉膛有效功率平衡控制只能在入炉总功率不变的条件下，通过调节电极电流和两电极之间的线电压平衡来实现，这一方法在三相熔池负载对称的情况下是有效的。但事实上，由于与每一相电极相连短网的长度不等以及三相短网布置的不对称，使得三相短网阻抗不平衡，当通过调节电极位置来控制三相一次电流平衡时， 因三根电极插入深度不同，在变压器零点和熔池零点之间存在电压漂移，使各相电极对熔池零点的电压不等，无法保证三根电极得到同样的功率，导致炉膛温度场不均勻，三相熔池坩埚的大小、位置不同，使吃料量有差异，影响炉况及冶炼的各项经济技术指标，从而导致出现电极烧结不好、炉况不稳定、产品质量标波动大、吨电耗高明显高于国家规定标准等问题
发明内容
为了解决三相变压器供电的矿热炉三相电极功率不可测、难以实现炉膛有效功率平衡控制的问题，本发明提供了一种矿热炉三相电极功率测量方法。
本发明的矿热炉三相电极功率测量方法由硬件和软件两部分组成，硬件电路由电流互感器、电压互感器、电源中心点电路、一次电流变送器、一次有功功率变送器、一次电压变送器、熔池中心点电路、熔池电压变送器、可编程控制器PLC以及工控机组成；电压互感器的一次线圈并接在三相电炉变压器高压侧对应的输入端子上，电压互感器的二次线圈与电源中心点电路的对应端子相连，以获得三相电炉变压器的中心点，一次电压变送器与电源中心电路对应的输出端相连，以采集一次侧的相电压，一次电压变送器的输出端与模拟4量输入模块的输入端相连，电流互感器的一次线圈串接在三相电炉变压器对应的输入端子上，电流互感器的电流输出端与一次电流变送器的输入端相连，以采集一次侧的相电流， 一次电流变送器的输出端与可编程控制器PLC的模拟量输入端相连，一次有功功率变送器的电流输入端与电流互感器对应的电流输出端相连，一次有功功率变送器电压输入端与电源中心点电路对应的输出端相连，一次有功功率变送器的输出端与可编程控制器PLC的模拟量输入端相连，熔池中心点电路获取矿热炉熔池的中心点，熔池电压变送器的输入端与熔池中心点电路的对应输出端相连，熔池电压变送器的输出端与可编程控制器PLC的模拟量输入端相连，可编程控制器PLC通过工业以太网(或MPI)与工控机相连。
电源中心点电路由三个阻值为IM欧、额定功率为1/4W的高精密金属模电阻R1,R2, R3接成对称星型，对称星形电阻负载的公共连接点为电源变压器的中心点N，电源中心点电路对应的输出端子为电压互感器的输出端Lp L2、L3及变压器中心点N。
熔池中心点电路是在矿热炉炉底三相电极的几何中心上插入耐高温、耐腐蚀、导电性强的钼电极引出熔池中心点N'，熔池中心点电路对应的输出端子为铜瓦与三相电极 A、B、C的连接端a、b、c和熔池中心点N'。
可编程控制器PLC将4_20mA的标准电流输入信号通过工业以太网(或MPI)传给工控机，工控机根据三相熔池功率模型按预先设定的算法计算矿热炉每一相电极的有功功率，具体步骤如下①用一次相电压乘以一次相电流计算出一次侧三相供电电源的视在功率S^1 , 用每一相的有功功率除以对应相的视在功率得到一次测三相电源每一相的功率因数COS豹r cos· COSffa及对应的功率因数角5 φα ；(I)用一次侧每一相电源的视在功率乘以对应相功率因数角的正弦函数值得到一次侧每一相的无功功率Q丨Al , Q_ , QjCl ； 将每一相有功功率求和得到三相电源总有功功率4，将每一相无功功率求和得到三相电源总无功功率，由总负荷计算公式求得变压器容量S ； 用一次相电流乘以变压器变比的平方得到对应相电极的电流, I^1 , r ,用JtU tSA iw-J每一相电极电流Ii42 , hi , Ic2乘以对应相的电极电压得到每一相电极的视在功率Sj42 , 知2，； 用一次侧每一相的有功功率减去变压器每一相的空载损耗和铜损耗得到每一相电极的有功功率； 其计算公式为 一次侧三相视在功率
权利要求
1.一种矿热炉三相电极功率测量方法，其特征在于硬件电路由电流互感器(1)、电压互感器(2)、电源中心点电路(3)、一次电压变送器(10)、一次电流变送器(8)、一次有功功率变送器(9)、熔池中心点电路(7)、熔池电压变送器(11)、可编程控制器PLC (12)以及工控机(13)组成，电压互感器(2)的一次线圈并接在三相电炉变压器(4)高压侧对应的输入端子上，电压互感器O)的二次线圈与电源中心点电路(3)的对应端子相连，以获得三相电炉变压器(4)的中心点，一次电压变送器(10)与电源中心电路(3)对应的输出端相连，以采集一次侧的相电压，一次电压变送器(10)的输出端与可编程控制器PLC (12)的模拟量输入端相连，电流互感器(1)的一次线圈串接在三相电炉变压器(4)高压侧对应的输入端子上，电流互感器(1)的电流输出端与一次电流变送器(8)的输入端相连，以采集一次侧的相电流，一次电流变送器(8)的输出端与可编程控制器PLC (12)的模拟量输入端相连，一次有功功率变送器(9)的电流输入端与电流互感器(1)对应的电流输出端相连，一次有功功率变送器(9)的电压输入端与电源中心点电路(3)对应的输出端相连，一次有功功率变送器(9)的输出端与可编程控制器PLC (12)的模拟量输入的输入端相连，熔池中心点电路 (7)以获得矿热炉熔池的中心点，熔池电压变送器(11)的输入端与熔池中心点电路(7)的对应输出端相连，熔池电压变送器(11)的输出端与可编程控制器PLC (12)的模拟量输入端相连；三相电极功率模型(14)根据所采集的一次相电压、一次相电流、一次相有功功率以及熔池电压值按以下步骤计算φ用一次相电压乘以一次相电流计算出一次侧三相供电电源的视在功率S,! , s#1，Sfi ；②用每一相的有功功率除以对应相的视在功率得到一次测三相电源每一相的功率因数cos· COS件”及对应的功率因数角gjbL ；③用每一相电源的视在功率乘以对应相功率因数角的正弦函数值得到一次侧每一相的无功功率Qm , Q_ , Q^ci ；Φ将每一相有功功率求和得到三相电源总有功功率巧1，将每一相无功功率求和得到三相电源总无功功率，由总负荷计算公式求得变压器容量s ； 用一次相电流乘以变压器变比的平方得到与对应相相连的电极电流1.42 , Ιβ2 , Ic2 ，用电极电流If , Ιβ2 , Ic2乘以对应的电极电压得到每一相电极的视在功率Sj2 , Sb2 , §C2 ；⑥用一次侧每一相的有功功率减去变压器的每一相的空载损耗和铜损耗得到每一相电极的有功功率pa、Pb、P。。
2.根据权利1所述的矿热炉三相电极功率测量方法，其特征在于所述的电源中心点电路(3)由三个阻值为IM欧、额定功率为1/4W的高精密金属模电阻R1, R2, R3接成对称星型，对称星形电阻负载的公共连接点为电炉变压器的中心点N，电源中心点电路(3)对应的输出端子为电压互感器(2)的输出端Lp L2、L3及电炉变压器的中心点N。
3.根据权利1所述的矿热炉三相电极功率测量方法，其特征在于所述的熔池中心点电路(7 )是在矿热炉炉底三相电极的几何中心上插入耐高温、耐腐蚀、导电性强的钼电极引出熔池中心点N'，铜瓦与三相电极A、B、C的连接点a、b、c和熔池中心点N'为熔池中心点电路的输出端。
4.根据权利1所述的矿热炉三相电极功率测量方法，其特征在于变送器采集电压、 电流和功率信号，并将其转换为4-20mA的标准信号后经可编程序控制器PLC (12)通过工业以太网或MPI传给工控机(13)。
全文摘要
一种矿热炉三相电极功率测量方法，包括电压互感器、电流互感器、电源中心点电路、一次电压变送器、一次电流变送器、一次有功功率变送器、熔池中心点电路、熔池电压变送器、模拟量输入模块、可编程控制器PLC及工控机。本发明通过构建电源中心点电路获得三相电炉变压器的中心点，通过构建熔池中心点电路获得矿热炉的熔池中心点，各变送器将采集的电压、电流、功率信号转换为标准电流信号后送至可编程控制器PLC的模拟量输入模块，PLC主机通过工业以太网(或MPI)把这些数据传给工控机，工控机根据三相电极功率模型求得各电极的有功功率。该方法实现了三相变压器供电矿热炉的三相电极功率的有效测量和平衡控制，稳定了炉况，降低了电耗。
文档编号G01R21/06GK102478602SQ20101056131
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月26日 优先权日2010年11月26日
发明者唐春霞, 喻寿益, 李沛, 桂卫华, 贺建军, 阳春华 申请人:中南大学