Тяжёлая промышленность и металлургия
-
Промышленный трансформатор мощностью 40 МВА для тяжелой промышленности и металлургии, предназначенный для плавки методом РКЭФ, с пылезащитной, ударопрочной конструкцией и низким коэффициентом нелинейных искажений.
Решения в области промышленных трансформаторов для тяжелой промышленности и металлургии
Тяжелая промышленность и металлургия предъявляют чрезвычайно высокие требования к силовому оборудованию, особенно в дуговых печах, печах с погруженной дугой и системах плавки RKEF. Инженеры должны разрабатывать трансформаторы, способные выдерживать постоянные сверхвысокие токи, частые ударные нагрузки, сильные гармонические искажения, а также работу в условиях высоких температур и запыленной среды. Производители используют конфигурации с высоким импедансом, усиленные электромеханические конструкции и усовершенствованную герметичную защиту для обеспечения долгосрочной эксплуатационной стабильности в нелинейных условиях и условиях интенсивных ударов. Постоянные технологические инновации способствуют повышению механической прочности выпрямительных трансформаторов, снижению общего гармонического искажения, внедрению интеллектуального мониторинга и увеличению срока службы для обеспечения крупномасштабного производства никелево-железных сплавов и нержавеющей стали.
Пример из практики: выпрямительный трансформатор мощностью 40 МВА для производства никелево-железных сплавов в промышленном парке Индонезии
Варианты применения:выпрямительный трансформатор RKEFдля дуговых печей/печей с погруженной дугой
Основные проблемы:высокопроводящая пыль, скачки тока силой до 10 000 ампер и чрезвычайно высокий уровень гармонических помех.
История проекта и основные проблемы
Данный проект является одним из ключевых в рамках инициативы «Пояс и путь» и предназначен для обеспечения потребностей базы по выплавке нержавеющей стали мощностью 3 млн тонн в год.
- Проводящая пыль: В плавильном цехе присутствует высокая концентрация графитовой пыли и металлической пыли. Если эта пыль попадет в проходную втулку трансформатора или в распределительную коробку, это может легко привести к короткому замыканию и взрыву оборудования.
- Всплеск тока: в момент подъема или опускания электродов либо обрушения материала в дуговой печи может возникать всплеск тока, превышающий номинальное значение в 5 раз. Под воздействием столь огромной электромагнитной силы обмотки обычного трансформатора могут ослабнуть и деформироваться, как гармошка, что в конечном итоге приводит к межвитковому замыканию.
- Гармонические помехи: в процессе выпрямления возникает большое количество гармоник 5-й, 7-й и 11-й порядков, которые приводят к перегреву сердечника трансформатора, создают сильный шум и ускоряют старение изоляционного масла в пять раз по сравнению с обычными условиями эксплуатации.
Концепция дизайна – Стальное чудовище, укрощенное электрическим током
«В связи с двойными экстремальными условиями — «нелинейной ударной нагрузкой» и «средой с высокой теплопроводностью» — в процессе плавки никель-железной руды методом RKEF компания Kerun Intelligent Control отказалась от традиционной логики проектирования стационарных силовых трансформаторов и вместо этого создала высокоимпедансную ударопрочную выпрямительную систему, специально разработанную для металлургической промышленности на основе «модели сильной электромеханико-тепловой связи».
Благодаря внедрению «полностью коаксиальных низковольтных медных трубчатых обмоток» и «технологии механического предварительного герметизирования и крепления» мы создали прочную конструкцию, способную выдержать скачок тока короткого замыкания силой 100 кА. Одновременно, чтобы устранить потенциальную опасность, связанную с проводящей пылью, мы применили полностью закрытую защиту из нержавеющей стали с классом защиты IP54 и стратегию удвоенного расстояния между проводниками, гарантируя, что это «сердце плавки» сможет поддерживать выходную мощность при полной нагрузке без сбоев в течение 25 лет даже в цехе, заполненном металлическими частицами и подверженном воздействию высокотемпературного излучения.
Kerun Solutions
Пылезащита: создание для оборудования «изолирующего защитного покрытия»
-
- Проблема: Металлическая пыль оседает на поверхности фарфоровой бутылки, что приводит к поверхностному пробою.
- Меры противодействия Крона:
- Композитная изолирующая втулка: Вместо традиционных фарфоровых втулок на всей высоковольтной стороне используются втулки из силиконового каучука. Их гидрофобная поверхность предотвращает образование непрерывного проводящего пути под воздействием проводящей пыли.
- Клемная коробка из нержавеющей стали класса защиты IP54: Все линейные и приборные распределительные коробки изготовлены из нержавеющей стали марки 304 и оснащены системой вентиляции с избыточным давлением для предотвращения попадания пыли.
Ударопрочность: Пружина практически не поддается разрушению.
- Проблема: Частые скачки напряжения могут привести к ослаблению катушки.
- Меры противодействия компании Kerun:
- Намотка из медных труб: сила тока на стороне низкого напряжения достигает десятков тысяч ампер. Мы отказались от традиционных медных шин и использовали для намотки полые медные трубы с масляным охлаждением или цельные медные пластины, что позволило повысить механическую прочность на 50 %.
Поглощение гармоник: специальная технология фазового сдвига
-
- Проблема: гармоники вызывают искажение напряжения в электросети, что создает помехи для работы системы управления.
- Меры противодействия компании Kerun:
- 24-импульсное выпрямление с фазовым сдвигом: благодаря использованию расширенного треугольного соединения и специальной схеме фазового угла 5-я, 7-я, 11-я и 13-я гармоники гасятся внутри трансформатора, что позволяет снизить коэффициент общих гармонических искажений (THD) до уровня ниже 4 % без необходимости применения дополнительных фильтрующих устройств.
Основные технические характеристики
Параметры металлургических трансформаторов полностью отличаются от параметров обычных трансформаторов. Ниже приведены их специфические параметры.
Номинальные значения и параметры системы
| Параметр | Технические характеристики | Примечания |
|---|---|---|
| Номинальная мощность | 40 000 кВА (OFAF) | Способность к непрерывной работе в условиях интенсивного масляного или водяного охлаждения |
| Этапы | 3-фазный | |
| Частота | 50 Гц | |
| Номинальное напряжение на стороне сети (сетевое напряжение) | 150,000 V | Высоковольтная сторона (первичная) |
| Номинальное напряжение | 600 В – 1200 В (с несколькими отводами) | Вторичная обмотка, широкодиапазонное регулирование напряжения |
| Номинальный ток со стороны клапана | 35 000 А – 60 000 А | Конструкция для сверхвысоких токов, обмотка с водяным охлаждением через медные трубки |
| Регулирование напряжения | Переключатель отводов под нагрузкой (OLTC) | Переключатель выводов под нагрузкой, 17/27 ступеней, переключение без остановки. |
| Vector Group | Yd11 / Dd0 (двойная обмотка) | Схема 12-импульсного выпрямителя |
| Импеданс при коротком замыкании | 8,5 % – 12,0 % (регулируемый) | Конструкция с высоким импедансом ограничивает скачок тока короткого замыкания. |
| Термический класс изоляции | Класс A (105 °C) | Стандартный масляный, с запасом по перегрузке 20 %. |
| Расчетная температура окружающей среды | +40 °C (макс.) / +30 °C (сред.) | Приспособлен к экваториальному тропическому климату |
Характеристики выпрямительного и гармонического фильтра
| Параметр | Технические характеристики | Примечания |
|---|---|---|
| Количество импульсов выпрямителя | 24.12 Pulse (Система) | Удаление 5-й, 7-й, 11-й и 13-й гармоник с помощью фазового сдвига. |
| Угол фазового сдвига | 0°, 15°, 30°, —15° (опционально) | Разработано с учетом требований к параллельному подключению нескольких трансформаторов |
| Асимметрия тока | < 1,0 % | Следите за тем, чтобы ток в каждой фазе был одинаковым, чтобы избежать локального перегрева. |
| Общее гармоническое искажение (THDi) | < 5,0 % (со стороны сети) | Соответствует стандартам качества электроэнергии IEEE 519 |
| Кривая перегрузочной способности | 150 % в течение 2 часов | Соответствует требованиям, предъявляемым к процессу периодической перегрузки в дуговой печи |
| Коэффициент K (уровень гармонического сопротивления) | K–13 / K–20 | Предназначено специально для нелинейных выпрямленных нагрузок |
Потери энергии и энергоэффективность
| Параметр | Технические характеристики | Примечания |
|---|---|---|
| Потери в холостом ходу | ≤ 24,5 кВт | Листы из кремниевой стали с высокой проницаемостью, изготовленные методом лазерной гравировки |
| Потери при нагрузке | ≤ 285 кВт (при 75 °C) | Проблема высоких потерь в меди решается за счет оптимизации обмоток медных трубок. |
| Общая эффективность | ≥ 99.25% | Измерено при нагрузке 75 % |
| Уровень шума | ≤ 68 дБ(А) | Обеспечивает низкий уровень шума даже при высокой нагрузке |
Уровень изоляции
| Параметр | Технические характеристики | Примечания |
|---|---|---|
| Устойчивость к высоковольтному импульсу молнии ( ) (HV BIL) |
650 кВ (пиковое значение) | Полный удар |
| Высоковольтное испытание на прочность при промышленной частоте ( ) (HV Power Freq.) |
275 кВ (среднеквадратичное значение, 1 мин) | |
| Выдерживаемое напряжение низкого напряжения промышленной частоты ( ) |
10 кВ (среднеквадратичное значение, 1 мин) | |
| Количество частичных разрядов | ≤ 100 пК | В 1,5 раза превышает номинальное напряжение |
В системах распределения электроэнергии часто используются разделительные трансформаторы, которые обеспечивают электрическую развязку между различными цепями или системами, что помогает предотвратить влияние электрических помех или интерференции в одной системе на работу другой. Разделительные трансформаторы играют важную роль в повышении надежности систем распределения электроэнергии, выступая в качестве барьера и сводя к минимуму воздействие электрических помех и интерференции. В то же время они являются важным компонентом системы распределения электроэнергии в коммерческих и промышленных зданиях. Они выполняют функцию, необходимую для работы систем и оборудования зданий. Выбор подходящего трансформатора для конкретного применения важен для обеспечения оптимальных электрических характеристик и эффективности. В заключение можно сказать, что надежность системы распределения электроэнергии можно максимально повысить за счет использования разделительных трансформаторов, что достигается за счет минимизации электрических помех и интерференции.
Часть вторая: Перечень основных компонентов
| Серийный номер | Название аксессуара | Технические характеристики/Модель (Характеристики/Тип) | Количество | Функциональное описание и преимущества |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Переключатель выводов под нагрузкой (OLTC) | Тип вакуума | 1 комплект | Технология вакуумного тушения дуги продлевает срок службы контактов и обеспечивает безотказную работу в течение 300 000 циклов. |
| 2 | Газовое реле (реле Бухгольца) | Двойной поплавок | 1 комплект | Двойная защита с газовым датчиком и устройством отключения, устойчивая к вибрациям для сталеплавильных печей. |
| 3 | Предохранительный клапан (PRD) | LMPRD / Qualitrol | 2 комплекта | Мгновенное сброс давления при коротком замыкании для предотвращения взрыва, двойная конфигурация для обеспечения безопасности. |
| 4 | Регулятор температуры поверхности нефти (OTI) | AKM345 | 1 комплект | Ударопрочный, масляный, подходит для условий с высокой вибрацией, с 4 комплектами контактов. |
| 5 | Регулятор температуры обмотки (WTI) | АКМ345 + КТ | 1 комплект | Контролирует температуру катушки в режиме реального времени с выходом 4–20 мА для удаленного мониторинга. |
| 6 | Осушитель, не требующий технического обслуживания (Breather) | Умный воздухоотводчик | 1 комплект | Самовосстанавливающийся, не требует замены силикагеля, идеально подходит для помещений, где не требуется постоянного присмотра. |
| 7 | Система принудительного охлаждения воздухом с масляным нагревом (OFAF Cooler) | Встроенный | 1 группа | Низкошумный вентилятор, оцинкованный радиатор для защиты от коррозии. |
| 8 | Магнитный датчик уровня (MOG) | Магнитный тип | 1 комплект | Двухцветный дисплей и контакты сигнализации верхнего/нижнего предела для удобства считывания показаний в запыленных помещениях. |
| 9 | Высоковольтная проходная изоляция (HV Bushing) | RIP / RIS (сухой) | 3 шт. | Не содержит масла, взрывозащищенный и не требующий технического обслуживания, что снижает риск утечки. |
| 10 | Выходной клеммный ящик низкого напряжения (клеммный ящик НН) | Шинопровод с водяным охлаждением | 6–12 шт. | Медная шина с водяным охлаждением, рассчитанная на ток 40 кА, для предотвращения перегрева. |
| 11 | Устройство для онлайн-мониторинга (DGA Monitor) | Hydran M2 (опция) | 1 комплект | Контролирует содержание растворенных газов для профилактического обслуживания трансформаторов. |
| 12 | Блок управления из нержавеющей стали | IP55 / нержавеющая сталь 316L | 1 комплект | Защита от пыли, коррозии и дождя; изготовлено из прочной нержавеющей стали марки 316L. |
Перевозка разборных агрегатов
- Проблемы: Трансформатор весит 90 тонн, а дороги на индонезийских островах имеют ограниченную несущую способность.
- Решение: Использовать транспортировку с заполнением азотом. Радиатор, масляный бак и втулки демонтируются и упаковываются отдельно. Корпус трансформатора опорожняется, а затем заполняется азотом высокой чистоты под давлением 0,3 МПа. Это не только снижает вес груза на 20 %, но и предотвращает попадание влаги в корпус трансформатора во время морской перевозки.
Анализ экономической эффективности и рентабельности инвестиций
Основная ценность: «Наибольшую прибыль приносит организация производства непосредственно рядом со сталеплавильной печью».
- Повысить эффективность плавки
- Данные: Переключатели обмоток под нагрузкой (OLTC) позволяют регулировать напряжение без отключения питания.
- Преимущество: по сравнению с системой регулирования напряжения без возбуждения (которая требует отключения питания для переключения режимов), это сокращает время простоя печи примерно на 1 час в день.
- Продлить срок службы оборудования
- Характеристики: Конструкция, устойчивая к воздействию гармоник, и усиленная механическая конструкция.
- Значение: Срок службы обычных трансформаторов в суровых условиях металлургического производства обычно составляет всего 8–10 лет, тогда как решение Kerun рассчитано на 20 лет эксплуатации. Это позволяет отсрочить затратный цикл замены оборудования.
