Lankų krosnių transformatoriai paaiškinti: kaip nurodyti EAF ir nuolatinės srovės lankų plieno lydymo apkrovoms

Praėjusią pavasarį pietryčių Azijoje veikianti lydymo cecho inžinerinė komanda mums išsiuntė krosnies transformatoriaus techninės paskirties lentelę: 60 MVA, pirminė įtampa 33 kV, antrinė įtampa 650 V, 8 % varža ir 23 padėčių reguliavimo jungiklis. Jų klausimas buvo paprastas – ar galime pagaminti tą patį įrenginį kitam lydymo cechui. Paaiškėjo, kad techninės paskirties lentelė buvo mažiausiai naudingas dokumentas visame pakete. Tai, kas skiria lankinės krosnies transformatorius nuo bet kurio pasiskirstymo kataloge esančio įrenginio, visiškai neįrašyta į lentelę. Tai – jo eksploatacinės sąlygos.

Plienas vis labiau perkeliamas į elektrinį gamybos būdą, o šis procesas matomas skaičiuose. Pasaulinės plieno asociacijos (worldsteel) leidinyje World Steel in Figures 2025 elektrinės krosnies gamyba 2024 metais sudaro 29,1 % viso pasaulinio žaliavinio plieno . Svarbiausia pirkėjams yra regioninis pasiskirstymas: Viduriniuose Rytuose elektrinis gamybos būdas jau sudaro 95.4%žaliavinio plieno, Egipte ir Saudo Arabijoje – 100 %, o Jungtinėse Valstijose – 71,8 %. Kiekvienas šių tonų žaliavinio plieno ištirpinamas naudojant elektrinės lankinės krosnies transformatorių kol ji taps metalu. „ IEA geležies ir plieno sektoriaus puslapis stebi tą patį poslinkį iš energijos pusės.

 

Kodėl lankinio krosnies transformatorius nėra didelis skirstomasis transformatorius

Skirstomasis transformatorius sukurtas tam, kad būtų galima perkelti apkrovą ir išgyventi gedimą. „ krosnies transformatorius sukurtas tam, kad veiktų viduje. Lankas yra kontroliuojama trumpoji grandinė: jis užgęsta ir vėl užsiliepsnoja dešimtis kartų per kaitinimą, šraplio stulpelis subyra ir sujungia elektrodus trumpuoju jungimu, o įleidimas į krosnį sukelia srovę, kurią skirstomasis transformatorius matytų tik gedimo sąlygomis. Lydymo ceche šis įvykis nėra anomalija. Tai veikimo sąlyga, kuri pasikartoja tūkstančius kartų per vieną kampaniją.

Šiluminis profilis taip pat labai skiriasi. Šilumos ciklas trunka nuo 35 iki 60 minučių, o galia per kelias sekundes svyruoja tarp maždaug 20 % ir visiško apkrovimo, todėl apvijų karščio taškų temperatūra seka šiuos svyravimus. IEC 60076-7 standartas, skirtas naudoti naftos panardintiems energijos transformatoriams, šią eksploatacijos sąlygą traktuoja kaip atskirą apkrovos atvejį, o ne kaip įprastos eksploatacijos variantą.

Parametras	Skirstomasis / standartinis energijos transformatorius	Lankinės krosnies transformatorius
Antrinė įtampa	Fiksuota projektinė įtampa, ±2 × 2,5 % reguliavimo padėtys	Platus reguliavimo diapazonas – apytiksliai nuo 300 iki 1100 V, 15–25 reguliavimo padėtys
Antrinė srovė	Dažniausiai mažiau nei 3 kA	20–100 kA magistralėje
Antrinės grandinės trumpasis jungimas	Projektinis įvykis, patvirtintas vieną kartą	Įprasta eksploatacija, kiekvienoje kampanijoje tūkstančius kartų
Impedanso procentinė reikšmė	4–6%	6–12 %, nustatoma remiantis trumpojo jungimo srovės ir lankinės iškrovos stabilumo ribomis
Tapsų keitiklis	Išjungtoje grandinėje arba žemo našumo OLTC	Aukšto našumo OLTC, dešimtys tūkstančių veiksmų
Aušinimas	ONAN arba ONAF	OFAF arba OFWF, dažnai su atsarginėmis alyvos siurbliais

 

 

Skaičiai, kurie iš tikrųjų nulemia technines sąlygas

Penki parametrai atlieka pagrindinį darbą: MVA ir pirminė įtampa, antrinės įtampos intervalas, antrinė srovė, impedansas (arba bendroji grandinės reaktancija) bei temperatūros kilimas su jo aušinimo klase.

Valdymo stalas kyla iš krosnies tiekėjo, o ne iš transformatoriaus tiekėjo, ir jame koduojama lydymo kreivė. Įgrūdimo procesas vyksta žemoje įtampoje ir aukštoje srovėje, nes elektrodai yra įstrigę šraplyje, o lankas efektyviai sutrumpintas. Kai lankas stabilizuojasi, operatorius pereina prie ilgesnio, aukštesnės įtampos lanko, kuris turi geresnę šiluminę naudingumo koeficientą. 5 V pakopa 600 V antrinėje grandinėje atrodo menka – mažiau nei 1 % įtampos – tačiau ji reiškia kelis šimtus amperų antrinės srovės magistralėje, o transformatorius privalo tiekti kiekvieną tos kreivės tašką nurodytu MVA dydžiu.

Varža – tai vieta, kur kainos pasiūlymai labiausiai skiriasi. Krosnies transformatorius paprastai nurodomas nuo 6 % iki 12 %, aukštesnis nei skirstomasis transformatorius, nes antrinės grandinės trumpojo jungimo atvejai dažni, o apvijos yra pirmasis elementas, kuris turi juos aprišti. Tačiau procentinė varža – tai tik transformatoriaus dalis visoje grandinėje. Krosnies projektuotojas dirba su bendrąja grandinės reaktance – transformatoriumi, autobusu, lankstiu laidu, elektrodų rankena ir elektroda, nes ši bendroji reaktancija nustato lankos stabilumą ir krosnies galios koeficientą. Jei po transformatoriaus užsakymo pakeičiamas autobuso ilgis, keičiamas ir krosnies veikimo taškas.

 

Trumpojo jungimo apkrova – tikroji projektavimo varomoji jėga

Štai aritmetika, kuri nusprendžia, kiek sunki turi būti mašina. Su 8 % varža įtvirtinto trumpojo jungimo atveju antrinėje grandinėje srovė yra apytiksliai 12,5 kartų didesnė už nominalią antrinę srovę . 40 kA vienete tai reiškia 500 kA autobuse. Elektromagnetinės jėgos auga proporcingai srovės kvadratui, todėl tas pats trumpasis jungimas sukelia maždaug 150 kartų nominalus mechaninis apkrova į apviją, jos tarpiklius ir laidus.

Skirstomasis transformatorius paprastai bandomas tik vieną kartą, kad būtų įrodyta jo gebėjimas išlaikyti trumpąjį jungimą. Krosnies transformatorius turi išlaikyti trumpąjį jungimą kaip įprastą eksploatacijos sąlygą, todėl mechaninis projektavimas tampa pagrindine užduotimi: vienodas spaustukų slėgis per visą apvijų stulpelį, iš anksto įtempti tarpikliai, kietėjusio vario medžiaga, sustiprinti reguliuojamieji laidai ir šerdies rėmas, kuris nejudėtų veikiant ašinėms jėgoms net nesimetriško trumpojo jungimo metu. IEC 60076-5 nustato reikalavimus trumpojo jungimo atlaikymui, o IEEE C57.12.90 apibrėžia bandymo procedūrą. Kai tiekėjas negali pateikti nei projektavimo pagrindo, nei bandymo įrašų, vien tik impedanso reikšmė be kitų duomenų labai mažai pasako apie tai, kiek laiko vienetas tarnaus.

Mūsų patys atliekant projektavimo peržiūras dokumentas, kuris dažniausiai sukelia darbų perdarymą, retai būna varžos diagrama. Tai antrinės jungties brėžinys – 40 kA ar daugiau per laminuotąjį autobusą ar vandeniu aušinamą laidą, o tame brėžinyje nustatyti atraminiai tarpai neleidžia jėgoms veikti apvijų terminalus smūgio metu.

 

Aušinimas ir jungiklio naudojimas lydymo ceche

Aušinimas nurodomas blogiausiam valandos laikotarpiui, o ne vidutiniam. OFAF su rezerviniais alyvos siurbliais ir alyvos srauto indikatoriais yra įprasta praktika krosnių vienetuose, o didesnės galios vienetai pereina prie OFWF. Viršutinės alyvos temperatūra atsilieka nuo lankos minutėmis, todėl krosnių specifikacijose dažnai papildomai nurodomi šilumos taško optiniai pluoštiniai davikliai apvijoje.

Perjungiklis veikia visiškai kitame pasaulyje nei naudingosios paskirties įrenginių eksploatavimas. Operatorius viename kaitinime gali perjungti perjungiklį nuo penkių iki penkiolikos kartų, o dvejų pamainų lydymo ceche per dieną vykdoma aštuoni iki dvylikos kaitinimų – tai paprastai reiškia 10 000–30 000 perjungimų per metus. Todėl lydymo krosnių įrenginiai yra projektuojami su didelės apkrovos perjungikliais, dažniausiai vakuumo tipo perjungimo jungikliais, o techninės priežiūros grafikas grindžiamas ne kalendoriumi, o perjungimų skaičiavimo įrenginiu. Įrangos konstravimui ir bandymams taikoma IEC 60214-1 standartinė specifikacija.

Perjungiklių mechaninio nusidėvėjimo mechanizmai yra tie patys, kuriuos aprašėme mūsų OLTC ir neveikiant perjungiklių vadove , su vienu skirtumu: lydymo ceche laikrodis eina maždaug dešimt kartų greičiau, todėl nepatikrinamas perjungimo jungiklis – tai tik laukianti pradėti remontą sustabdymo situacija.

 

 

Harmonikos, švytėjimas ir tai, ko transformatorius negali ištaisyti

Lankstas yra netiesinė, nuolat kintanti apkrova. Ji įveda harmonikas antruoju, trečiuoju, penktuoju ir septintuoju eilėmis bei tarp harmonikomis, o taip pat moduliuoja magistralės įtampą dažniais, kurie akiai suvokiami kaip mirksėjimas. Transformatoriaus projektavimas padeda tik šiek tiek – delta jungimo apvijos sulaiko trijų kartų harmonikas, o magnetinės indukcijos atsarginė galia riboja papildomus nuostolius ir triukšmą – tačiau joks transformatoriaus techninis aprašymas nepašalina mirksėjimo. Šią užduotį atlieka SVC arba STATCOM įrenginys krosnies magistralėje ir energijos kokybės tyrimas, kuris turi būti atliktas prieš užsakant transformatorių, o ne po jo paleidimo į eksploataciją.

Nuolatinės srovės lankinės krosnys perkėlia problema vietoj to, kad ją pašalintų. Lankas maitinamas tiristorinio lygintuvo per oležiuje esantis transformatorius suformuotą kaip lygintuvo transformatorių, todėl harmonikų spektras tampa charakteringa 6 impulsų arba 12 impulsų schema, aplink kurią projektuojamas filtras. Tuomet transformatorius nurodomas remiantis apibrėžtu harmonikų srovės spektru, o ne mirksėjimo ribomis.

 

Ką tikriname prieš išsiunčiant krosnies transformatorių iš gamyklos

Ryan Electric gamina transformatorius nuo 2007 m. iš 120 000 m² ploto gamyklos, kurioje yra daugiau kaip 180 gamybos ir bandymų įrangos rinkinių bei 37 patentai; nuo 2023 m. esame Eaton bendradarbiavimo partneriai. Krosnies klasės vienetai projektuojami oležiuje esantis transformatorius projektai, kurie sukurti pagal kliento jungiklių lentelę, o ne pagal katalogo charakteristikas – todėl mūsų inžinieriai prašo krosnies tiekėjo dokumentų rinkinio dar prieš pateikdami kainą.

Bandomasis seka vykdoma plačiau nei įprasta sąrašas: apsukų santykis matuojamas kiekviename jungiklio padėties taške, apvijų varža kiekvienoje fazėje, izoliacijos varža ir poliarizacijos indeksas, taikytasis ir indukuotasis įtampų atlaikymo bandymas, dalinės išlydžių matavimai, impedansas matuojamas kiekviename jungiklio padėties taške, o ne tik nominaliojoje padėtyje, bei alyvos bandymai – pramušimo įtampa, drėgmė ir ištirpusios dujos. Jei techninės specifikacijos to reikalauja, temperatūros kilimo bandymas atliekamas esant pagrindinei jungiklio padėčiai, fiksuojant šerdies ir apvijų temperatūrą, o ne tik viršutinės alyvos temperatūros kilimą. Projektams, skirtiems Jungtinėms Valstijoms ir Kanadai, UL ir CSA sertifikavimas vykdomas per trečiosios šalies inspektorių, o ne mūsų paties kokybės kontrolės skyriaus, o laboratoriniai tyrimai vykdomi pagal CNAS akreditaciją.

Dažniausia problema, kurią pastebime klausimuose apie lydymo krosnis, iš viso nėra įvertinimo. Tai jungtis, kuri neatitinka elektrodų valdymo sistemos, ir ji lieka nepastebima iki karštosios paleidimo fazės — kai krosnis stovi neveikdama, o grafikas jau yra labai suspaustas.

 

Lankinės krosnies transformatoriaus nurodymas: Užklausos patikrinimo sąrašas

Įtraukite šiuos punktus į užklausą, kad techninis palyginimas būtų teisingas:

• Pirminis įtampa, sistemos dažnis (50 arba 60 Hz) ir MVA kiekviename jungties padėtyje

• Krosnies tiekėjo jungčių lentelė: įtampa ir srovė kiekvienoje padėtyje

• Elektrodų skersmuo, lanko įtampos diapazonas ir antrinės grandinės išdėstymas

• Impedanso tikslas arba bendroji grandinės reaktancija, kuria remiasi krosnies projektuotojas

• Maksimali galima trumpojo jungimo srovė prie krosnies pertraukiklio

• Aplinkos temperatūra ir aukštis lydymo ceche — 45 °C–50 °C yra įprasta Gampo regione ir Pietryčių Azijoje

• Aušinimo klasė (ONAN, OFAF arba OFWF) ir ar reikalingi atsarginiai alyvos siurbliai

• Perjungiklio tipas ir numatytas veiksmų skaičius per metus

• Ciklinis naudojimo režimas: efektyvioji srovė kiekvienam šildymui ir šildymų skaičius per dieną

• Būtini bandymai – šiluminis bandymas, dalinės išlydžio bandymas, trumpojo jungimo įrodymas, perjungiklių sekos bandymas

• Sąsajos brėžiniai: aukštosios įtampos izoliatoriai arba kabelinė dėžutė, žemosios įtampos autobuso dėžutės orientacija, valdymo dėžutės vieta, kabelių įvedimo kryptis

• Atitikties pagrindas: IEC 60076 serija arba IEEE C57 standartai, taip pat bet kuri kita sertifikavimo sistema, reikalaujama paskirties rinkoje

Viena pirkimo pastaba turi didesnę svorį nei kitos. Krosnies transformatorius yra specialiai suprojektuotas įrenginys, todėl jis yra kritiniame kelyje šalia krosnies korpuso ir elektrodų valdymo sistemos. Ankstyvas perjungiklių lentelės patvirtinimas nieko nekainuoja; o vėlesnis apvijos greitinimas po to, kai jau nustatyta lydymo cecho pradžia, yra tas momentas, kai transformatorių gamybos laikotarpiai virsta privedimo į eksploataciją delsais, o apsaugos apimtis yra pigesnė sutarti remiantis apsaugos specifikacija nei po to, kai jau sukonstruota valdymo dėžutė.

Siųskite mums krosnies tiekėjo įtampos reguliavimo lentelę, elektrodų skersmenį ir aplinkos sąlygas, o mūsų inžinieriai pateiks rekomendaciją – impedansą, įtampos reguliavimo diapazoną, aušinimo klasę ir nuostolių rodiklį kiekvienoje diapazono kraštutinėje padėtyje – taip pat nurodys įtampos reguliavimo pozicijas, kuriose bus užtikrinti temperatūros pakilimas ir impedansas. Šis dialogas trunka ne ilgiau kaip savaitę ir yra žymiai pigesnis nei neveikianti krosnis. lankinės krosnies transformatorius šį straipsnį parašė Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.) inžinerijos komanda – transformatorių gamintoja, įkurta 2007 metais ir nuo 2023 metų Eaton bendradarbiavimo partnerė. Mūsų inžinieriai remia UL-, CSA- ir IEEE-atitinkamus projektus Šiaurės Amerikoje, Pietryčių Azijoje, Viduriniuose Rytuose ir Afrikoje, o mūsų bandymų laboratorija veikia pagal CNAS akreditaciją. Norėdami pasirinkti krosnies transformatorių, peržvelgti įtampos reguliavimo lentelę ar gauti pasiūlymą, susisiekite su mūsų inžinerijos skyriumi.

Apie autorių: This article was written by the engineering team at Ryan Electric (Jiangsu Ryan Electric Co., Ltd.), a transformer manufacturer founded in 2007 and an Eaton joint venture partner since 2023. Our engineers support UL-, CSA- and IEEE-compliant projects across North America, Southeast Asia, the Middle East and Africa, and our test laboratory operates under CNAS accreditation. For furnace transformer selection, tap table review or a quotation, contact our engineering desk.