第四节---LF炉的电气设备

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1、第四节 LF炉的电气设备一、概述LF炉又称钢包电炉，所以它的电气设备与电炉基本相同。LF 炉精炼是靠电能转变为热能进行冶炼的，LF炉的电气设备就是完 成这个能量转变的主要设备。LF炉的电气设备主要分为两大部 分，即主电路和电极升降启动调节系统。主电路的任务是将高压 电转变为低压大电流输给LF炉，并以电弧的形式将电能转变为热 能。电极升降自动调节系统的任务是根据冶炼要求，通过调整电 极和钢水之间的电弧长度，调节电弧电流和电压的大小。LF炉使用的电源是三相交流电。通常电流沿架空高压线输入 变电所，再沿高压电缆经配电装置输入LF炉变压器，LF炉变压器 将高压电转化成低压大电流通向电极，在电极与钢水之

2、间产生电 弧。由高压电缆至电极的电路称LF炉的主电路。LF炉冶炼所需的 电能就是通过主电路输入炉内的。LF炉的主电路如图4-30所示，主电路主要由隔离开关、高压 断路器、电抗器、LF炉变压器及低压短网等几部分组成。LF炉通过高压电缆供电，电压为3000伏以上。LF炉变压器的 一侧（高压侧）有隔离开关和高压断路器。断路器供保护电源之 用。当电弧电流太大时，断路器会自动跳闸把电源线路切断。在 线路上串联电抗器，用来缓和电弧电流的剧烈波动和限制短路电 流。LF炉变压器是一种降压变电器，具有很大的过载容量（20 30%）。在变压器的高压侧配有电压调节装置，调节LF炉输入 电压。电压调节装置有无载调压和

3、有载调压两种。有载调压装置 在结构上比较复杂，但能在不断电的情况下进行LF炉电压的调 节，有利于缩短精炼时间和提高生产能力。短网是指LF炉变压器 二次侧的引出线至LF炉电极之间的一段三相线路，它包括三个部 分：铜排（或铜管）、软电缆和炉顶上的导电铜管。6-电压转换开关 7-LF 炉变压器 8-电极 9-电弧 10-钢水图 4-30 LF 炉主电路图为了监视LF炉变压器的运行情况和掌握电力情况，供电线路 上装有各种测量仪表，由于LF炉一次侧电压高，二次侧电流大， 必须配置电流互感器和电压互感器，以保证各种测量仪表正常工 作及操作人员的安全。LF炉在运行中，要考虑各种故障及非正常工作现象发生的可

4、能性。例如，在运行中最普遍的，同时也是最危险的故障就是各 种原因引起的短路。为此设有信号和保护装置。信号装置的作用如下：有时电气设备情况不正常，但并不会 损坏设备元件，所以不必切断电路，而只需发出信号以引起操作 人员的注意，或通过自动调节装置来改正。保护装置的作用如下：当电气设备发生故障时，可通过保护 装置一一高压断路器使LF炉变压器与供电线路自动分开，切除故 障，防止设备损坏。在精炼过程中，由于吹氩量大小、钢水沸腾等原因，电极与 钢水之间的电弧长度就不断变化，引起电弧电流和电弧电压很大 的波动，因此要求快速调节电极的位置，使电压和电流值保持在 一定的范围内。电极调节装置一般都是自动的，主要由

5、电流电压 的测量比较部分和其后的执行部分两者构成。过去都用电机放大 机-直流电动机系统，某些工厂改用可控硅-直流电动机系 统，目前大多采用灵敏度更高、更快速的可控硅-转差离合器 系统和电气液压调节系统。LF炉除电极升降自动调节装置外，还有一些电气控制装置用 来控制LF炉的其它机械设备，如包盖提升的液力推杆、钢包车行 走、合金加料电动机控制按钮及限位开关等。二、隔离开关和高压断路器（一）、 隔离开关隔离开关主要用于LF炉设备检修时断开高压电源，有时也用 来进行切换操作。隔离开关的基本结构是框架、绝缘子、闸刀和固定触头四部 分，如图4-31。隔离开关的每一相由两个固定在绝缘子上的固定 触头及可动闸

6、刀所组成，可动闸刀用传动机构控制。图 4-31 隔离开关示意图隔离开关没有灭弧装置，它只能在无负载时才可接通或断开 电路，因此隔离开关必须在高压断路器断开后才能操作，否则闸 刀和触头之间会产生电弧使闸刀熔化，并极易造成相间短路及对 地短路，为了防止误操作常在隔离开关与断路器之间设有连锁装 置，使断路器闭合时隔离开关无法操作。在隔离开关附近还装有 信号灯，以指示高压断路器接触情况。隔离开关的操作机构有手动、电动和气动三种。当进行手动 操作时，应带好绝缘手套，并站在橡皮垫上，以保证安全。（二）、 高压断路器 高压断路器的作用是使高压电路在负载下接通或断开，井作 为保护开关在电气设备发生故障时自动切

7、断高压电路。LF炉使用 的断路器有油开关、空气断路器和真空断路器。1. 油开关油开关的构造如图4-32，油箱内装有变压器油，油开关的触 头浸在油中以防止氧化，并使触头得到散热，以及保证高压触头 间和对地绝缘可靠。当油开关断路时，动触头与固定触头分离， 产生电弧，在电弧的高温下使油分解，产生大量的氢气，迫使电 弧熄灭。i-钢売2-鞭压器汹M-因宦尅头4动無头5-钢橫架G-油折管T-奩子8-片电婀芯9-弹锻1Q-活朗杆麵嫌奁检12-样气皆图 4-32 油开关构造原理图 油开关的油必须经常更换，因为电弧的高温会使油分解，生成游 离 碳，油色混浊和变黑。导致油的绝缘性能降低，油也不宜过 装，因为在电

8、弧高温下油会迅速气化，促使油面急剧上升，容 易引起油液飞溅和爆炸。2空气断路器： 空气断路器也是用来切断或接通电流的高压电气设备，与油 开关相比，它具有灵敏度高，无需换油，结构简单，维修方便等 优点。避免了用油作为灭弧介质时所造成的火灾和爆炸事故。它 特别适用于需要频繁操作的场合。所以，大多数LF炉上用它代替 油断路器。LF炉常用的是电磁式空气断路器，结构如图4-33所示。 它设计成手车式，三相安装在同一基座上。基座内有电磁操纵机 构。灭弧原理是利用电弧在强磁场作用下，快速进入灭弧室中， 以大气作为介质，使弧柱强烈冷却和快速拉长，而达到顺利熄弧 的目的。1-绝缘隔扳2-疋弧室卜靜融孚4-吏性绝

9、藝5-倍动机构日-操御机构T-动融釆图 4-33 空气断路器示意图3.真空断路器真空断路器是利用真空进行灭弧和绝缘的一种新型断路器它适用于比较频繁的操作，在LF炉上已被推广使用。真空断路器的外形如图4-34所示。断路器采用落地式结构。真空灭弧室装在上部，机构设在下面，基座底板上前后对称地直 立两排绝缘杆，共计八根，用它们来固定和支撑绝缘撑板，在这 块板上直立三组绝缘杆，成三角形分布，共计9根，每组绝缘杆 上分别装压板，真空灭弧室就被垂直压在压板和绝缘撑板之间。 电磁操作机构通过三个绝缘子，使三个真空灭弧室同时接通和断 开。为了防止相间发生意外的弧光短路现象，在相间加绝缘隔板。 断路器下部有铁板

10、制的外罩，罩上有铭牌、合分闸指示器及供调 整用的手动合闸分闸机构。1E-.f1：i .11丿尸CL巒皱抖旷巒缄能3-宴仝灭弧室 4期竦隅臓5-外罩 6-绝线壬 厂继缄悻极 旷压规图4-34真空断路器示意图真空断路器应经常保持清洁，特别要注意清理绝缘撑板、绝 缘杆、绝缘子上的尘埃，井经常观察或测试真空灭弧室的真空度 尤其要注意断路器分闸时的弧光颜色。正常情况下，弧光呈蓝色， 真空度降低后变为红色。如发现真空度降低时，应及时更换真空 灭弧室。LF炉停、送电时，开关操作顺序是：送电时，先合上隔离开关，后合上断路器；停电时，先断开断路器，后断开隔离开关。三、LF炉变压器和电抗器LF炉变压器是LF炉的主

11、要设备。其作用是降低输入电压 （100400伏），产生大电流（几千到几万安培）供给LF炉。（一）、LF炉变压器的特点LF炉变压器负载电流的波动不很大。但是在提温期，LF炉变 压器经常处于冲击电流较大的尖峰负载。为此LF炉变压器与一般 电力变压器相比较，具有以下特点：1. 过载能力大；2. 有较高的机械强度，经得住冲击电流和短路电流所引起的 机械应力；3. 二次侧电压可以调节；4. 变压比大；5. 二次侧电流大。（二）、LF炉变压器冷却变压器运行时，由于铁芯的电磁感应作用会产生涡流损失和 磁滞损失，也就是“铁损”，同时电流流过线圈，因克服电阻 而产生“铜损”。铁损和铜损会使变压器的输出功率降低，

12、同时 造成变压器发热。变压器发热会使绝缘材料变质老化，降低变压 器的使用寿命。温度过高还会使绝缘失效，造成线圈短路，使变 压器烧坏。变压器工作时，要求线圈的最高温度小于95C，新型 变压器的温度计就埋在线圈之中，直接监测线圈温度。但通常的 变压器是用油面温度计来表示线圈温度的，由于油面温度与线圈 实际温度之间还有一个差值，所以允许的最大油面温度还要降 低。对于油浸自冷式变压器，最大油面温度应更低些，变压器往 往还规定了最大温升（变压器的工作温度减去它周围的大气温度 的差值就叫变压器的温升）。周围大气温度一般以夏季最高温度 35C计算。在自然通风条件下，油浸自冷式变压器线圈的最大温 升为60C。

13、油面的最大温升为50C。LF炉变压器的冷却主要有两种，即油浸自冷式和强迫油循环水冷式（图4-35）。图4-35电炉变压器的冷却方式示意图油浸自冷式的铁芯和线圈浸在油箱中，油受热上浮进入油管， 被空气冷却，然后再从下部进入油箱。强迫油循环水冷式变压器 的铁芯和线圈也浸在油箱中，用油泵将变压器油抽至水冷器的蛇 形管内，强制冷却，然后再将油打入变压器油箱内。为了保证冷 却水不致因油管破裂而渗人管内，油压必须大于水压。（三）、LF炉变压器的调压LF炉变压器的调压是通过改变线圈的抽头和接线方法来实现的，变压器的一次侧可以按成星形（丫），也可以接成三角形， （）。当将一次侧的三角形接法改为星形时，二次侧的

14、电压是 原来的1/ 3 （也即丫/= 1/ 3 ）。为了获得更多的电压级 数，变压器的一次侧带有若干个抽头，利用这些抽头可以改变一次侧线圈的匝数，从而获得更多的电压比。从理论上讲，改变二 次线圈也可达到调压目的。但是二次线圈的截面很大，在低压侧 装置分接开关极为不利。LF炉变压器的低压侧通常接成三角形。 带切换开关的变压器接线原理见图4-36。叫 A一啬压須？ Th朗筷开黄.E电炉變圧阵上M水桂龍壇或課吧靖】图 4-36 带转换开关的变压器接线原理图（四）、LF炉变压器的维护LF炉变压器运行中必须加强监视和维护，以避免损坏。一般 应注意以下几点：1.LF炉变压器不得长期超负荷运行，以免线圈和油

15、面温升超过允许值。过载运行时，虽然有时油面温升未超过允许值，但线圈内局部的温度可能已超过允许值，或绝缘油过热而加速老化。2. 运行中应经常注意油面温升，油面最高温度和温升不得超 过允许值。3. 经常检查油枕油面指示的高度，油枕上有三个温度标志， 即+35C、+15C和-35C，各表示在相应的冷却空气温度下，油 面应有的高度。油面高度与该温度下的标准高度不允许偏离大 多。如果发现油面突然升高，可能是油箱内的线圈短烙或引线断 裂故障，将造成瓦斯断电器动作；若油面降低很多，则应检查油 箱是否漏油。4. 注意变压器的声音是否正常，若有反常声音则说明变压器 内部或外部的电路上发生故障。（五）、 电抗器 电抗器串联在变压器的高压侧，其作用是使电路中感抗增加， 以达到稳定电弧和限制短路电流值的目的。在LF炉精炼中氩气量 突然加大，引进电流波动，甚至发生短路，接入电抗器后，使短 路电流不大于2.53.5倍的额定电流，在这个电流范围内，电极 的自动调节装置能够保证提升电极降低负载，而不至跳闸停电， 同时使电弧保持连续而稳定。电抗器的构造从外观上看，与变压器很相似，也由铁芯和线 圈两部分组成。为使铁芯在大电流下不至于饱和，电抗器的铁芯 是不闭合的，但电抗器只有一次绕组，它类似于变压器的高压绕 组，并与变压器高压绕组的线径相同