专利名称：一种用于矿热炉低压补偿的电极电流测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金工业领域的大电流测量领域，特别是涉及矿热炉低压侧有无功补偿装置时的短网大电流检测，以及用于矿热炉低压补偿的电极自动控制时的电极电流测量>J-U ρ α装直。
背景技术：
矿热炉是耗电量巨大的工业电炉，炉变(也称为矿热炉变压器)低压侧电流大都在几万安甚至十几万安，测量困难，因此很多矿热炉低压补偿都是以高压侧功率因数为控制目标，电极的操作也是以高压侧电流和功率作为参考，如图1所示，CTA, CTB、CT。为设置在高压侧的电流互感器，其检测高压侧线电流iA、iB、ie，因电极电流i8由高压线电流 iA、iB、ie经过炉变的档位变比折算得到的，所以电极操作以高压侧线电流近似正比于电极电流的关系并结合经验的方法来指导进行的。其次，也有少量利用炉变自带的低压侧电流互感器来测量，图1中CTa、CTb、CT。为炉变内部的低压侧电流互感器。
另外，近来虽说出现了一些矿热炉低压大电流直接测量仪器，但都没考虑有低压无功补偿的情况，不适合有低压补偿时的电极电流测量，现在还没有专门应用于矿热炉低压无功补偿的电极电流测量装置出现。
由于变压器和输送大电流的短网产生大量的无功，短网的阻抗和感抗引起的电压下降，以及由于短网结构不对称等因素，致使线路损耗高，变压器的利用率低，三相功率不平衡、能耗增加，所以在低压侧短网末端进行无功补偿越来越受到重视，而根据高压电流来操作电极也不能如实反映入炉功率及入炉功率平衡，因此能否对炉变低压侧电流及电极电流精确的进行测量显得尤为重要，其关系到无功补偿的效果，以及电极深度的调节工艺。
目前几乎所有的电极电流参数都采用上述高压侧电流折算的方法，虽然该方法简单方便，但由于变压器的铁损和铜损，以及低压短网的阻抗及感抗的影响，致使折算所得电极电流不能反映入炉电极电流真实状况，因此此类电极电流采样方式严重影响了电极操作及生产；当设置了低压无功补偿时，通过这种方式不能正确计算电极电流，该炉变低压侧电流是补偿电流和电极相电流的和，且正常运行时补偿电流很大，也很难直接测量。发明内容
为了解决以上现有的矿热炉低压大电流采样方式的局限性，本发明提供了一种用于矿热炉低压补偿的电极电流测量装置，其弥补了以上方法的不足，具有测量精确、测量范围宽、安装方便、价格低等多种优点。
根据本发明，所述电极电流测量装置由结构相同的三相分系统组成，每相分系统包括用于测量炉变低压侧电流和电容补偿电流的作为电流传感器的罗氏线圈、用于测量电容补偿电流的电容电流检测箱、和用于检测炉变低压侧电流并计算电极电流的复合电流检测箱。
其中，所述罗氏线圈分别缠绕于炉变二次铜管和低压电容补偿柜出线铜管上，其输出信号为一次电流的微分电压信号所述低压电容补偿柜出线铜管所缠绕罗氏线圈的信号引出线与所述电容电流检测箱的总加积分器相连，对该信号进行总加积分处理得到电容补偿电流I4 ;所述炉变二次铜管所缠绕的罗氏线圈的信号引出线与所述复合电流检测箱的总加积分器相连，对该信号进行总加积分处理得到炉变低压侧电流iif￡;所述电容电流检测箱安装有总加积分器I和外部接线端子I ;所述复合电流检测箱安装有总加积分器2、 两个加法器I和2、和外部接线端子2 ;所述电容电流检测箱与所述复合电流检测箱连接，将所述电容补偿电流1^送入所述复合电流检测箱的加法器I与所述炉变低压侧电流iis进行矢量减法计算得到低压补偿接入点之后短网上的补偿后电流i#Jg ;本相复合电流检测箱与接入同一电极的前一相复合电流检测箱相连，将前相补偿后电流送入本相复合电流检测箱的加法器2与本相补偿后电流相减得到本相电极电流itl，其中(HtfJ。
本相复合电流检测箱与后相复合电流检测箱连接，将本相!^^送给下一相，用于下一相电极电流的计算。
优选地，所述罗氏线圈为钳形PCB罗氏线圈。所述钳形PCB罗氏线圈由A和B两个半圆线圈组成，所述A和B两个半圆线圈分别胶封于两个塑料半圆外壳中，所述两个塑料半圆外壳通过转轴和卡口连接以形成一个完整的圆形罗氏线圈。
优选地，所述低压电容补偿柜出线铜管和所述炉变二次铜管分别为至少两根。
优选地，每根低压电容补偿柜出线铜管和每根炉变二次铜管分别缠绕一根罗氏线圈。
优选地，所述复合电流检测箱还安装有开关电源。
此外，所述复合电流检测箱还与电极电流显示箱连接以显示现场电极电流数据。 所述复合电流检测箱还与用于控制和显示所送入的低压侧电流、电容补偿电流、补偿点后电流以及电极电流的无功补偿控制器连接。所述复合电流检测箱安装有2个电流表以显示其所得电 流数据。所述电容电流检测箱安装有I个电流表以显示其所得电流数据。
与采用高压侧电流互感器折算的方法相比，该系统为对低压大电流进行直接测量，避免了从高压侧折算时由于变压器铜损和铁损及线路的阻抗和感抗所引起的误差，能实现炉变二次侧、电容补偿电流和电极电流的准确测量，其精度可达O. 5%以内，相位在 O. 5%以内，线性度好可达O. 1%。
利用罗氏线圈传感器，解决了设置低压无功补偿装置时采用高压侧折算方法和采用炉变自带低压电流互感器时的补偿电流和电极电流测量难题；
该系统结合矿热炉低压补偿使用，可以测量炉变低压侧电流、电容补偿电流、补偿接入点后电流及电极电流，具有可以检测多项电流参数的功能，性能强大。
另外，该装置所使用PCB钳形罗氏线圈传感器，其具备相位误差小，测量范围宽、 不会产生高电压等电性能优点，罗氏线圈可以用来测量尺寸很大或形状不规则的导体电流，非常适合于矿热炉短网铜管，线圈所需的安装空间极小，安装简单方便，无须破坏导体。
该装置由罗氏线圈配合后续模拟电路组成，具有结构简单，省材料、体积小、造价低等优点。
图1为现有矿热炉电流传输系统的结构示意图2为矿热炉的电极电流测量的矢量图3为本发明的矿热炉的电极电流测量装置(一相)的结构示意图4 Ca)为本发明的电极电流测量装置中复合电流检测箱的结构框图
图4 (b)为本发明的电极电流测量装置中电容电流检测箱的结构框图
图4 (c)为本发明的电极电流测量装置中电极电流显示箱的结构框图
图4 (d)为本发明的电极电流测量装置中钳形PCB罗氏线圈的结构框图。
具体实施方式
为了使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，使用本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案， 并非限定本发明。
如图1所示，图1为矿热炉电流传输系统的结构示意图。其中，图1中虚线圆内部为炉体内部系统，虚线方框内为无功补偿系统，其余为变压器和短网系统。由图2中所示电流参考方向可得该电极电流测量装置所应用的矢量合成方法，各电流矢量计算关系式如下 (公式I):
I 补后 a -1tta -1#a；!补—-1fftb -1frb;!补仏-1tec -1^c;
1极1#—1补仏-1补后為請―I补—-1补后-1补師；
(公式I)
其电流矢量如图2所示，该电极电流测量装置即是采用上述矢量计算得出电极电流的大小。
本发明采用矿热炉低压补偿的电极电流测量装置，其中，作为电流传感器的罗氏线圈对炉变低压侧及补偿电容器电流进行直接测量，然后通过上述矢量计算得出电极电流的大小。
如图3所示，图3为矿热炉的电极电流测量装置(一相)的结构示意图。该电极电流测量装置由结构相同的三相分系统组成，每相分系统包括用于测量炉变低压侧电流和电容补偿电流的作为电流传感器的罗氏线圈、用于测量电容补偿电流的电容电流检测箱、和用于检测炉变低压侧电流并计算电极电流的复合电流检测箱。
所述罗氏线圈分别缠绕于炉变二次铜管和低压电容补偿柜出线铜管上，其输出信号为一次电流的微分电压信号 #,。
所述低压电容补偿柜出线铜管所缠绕罗氏线圈的信号引出线与所述电容电流检测箱的总加积分器相连，其对该信号进行总加积分处理得到电容补偿电流^，其中^Σ 夂。
所述炉变二次铜管所缠绕的罗氏线圈的信号引出线与所述复合电流检测箱的总加积分器相连，其对该信号进行总加积分处理得到炉变低压侧电流iis，其中i低=Σ] '。
所述电容电流检测箱安装有总加积分器和外部接线端子。
所述复合电流检测箱安装有总加积分器、两个加法器和外部接线端子。
所述电容电流检测箱与所述复合电流检测箱连接，将所述电容补偿电流送入所述复合电流检测箱的加法器I与所述炉变低压侧电流Ifs进行矢量减法计算得到低压补偿接入点之后短网上的补偿后电流,其中i补后。
本相复合电流检测箱与接入同一电极的前一相复合电流检测箱相连，将前相补偿后电流送入本相复合电流检测箱的加法器2与本相补偿后电流相减得到本相电极电流 β ,其中I极I#后(本)补后-(it) °
本相复合电流检测箱与后相复合电流检测箱连接，将本相送给下一相，用于下一相电极电流的计算。
所述电容电流检测箱内部安装总加积分器，外部接线端子，箱体门上安装电流表。 所述复合电流检测箱内部安装总加积分及两个加法器、开关电源、外部接线端子、箱体门上安装电流表可现场显示电流数据。
这里，加法器I和加法器2进行减法计算，仅只是被减矢量输入信号极性反接而实现；所得的炉变低压侧电流iis、电容补偿电流4和补偿后电流i#Jg送入无功补偿控制器作为控制和显示的参数，电极电流[8提供给电极自动控制系统作为电极深度调节参数。
本发明的电极电流测量装置组成包括罗氏线圈、复合电流检测箱、电容电流检测箱和电极电流显示箱。下面结合图4对本发明进行详细说明。
图4 (d)所示罗氏线圈为本装置所用钳形PCB罗氏线圈，其PCB线圈部分由A和 B两个半圆线圈组成，该两个半 圆线圈分别胶封于一个塑料半圆外壳中，然后两个外壳通过转轴和卡口连接形成一个完整的圆形罗氏线圈。罗氏线圈在系统中起电流检测和电气隔离作用，当穿过线圈的铜管中有电流时，罗氏线圈感应出与该电流大小成正比，相位超前90° 的电压信号。该钳形结构线圈在安装时不需破坏铜管，非常适合矿热炉短网电流的测量。
图4(a)为复合电流检测箱内部结构原理图，包含一路总加积分器、两路总加法器、 开关电源、电流表和接线端子。总加积分器的作用为通过对炉变低压铜管罗氏线圈检测到的信号进行滤波、总加积分及量程变换后得到低压侧电流信号。两路总加器分别对其输入信号进行滤波、加法及量程变换得到本相补偿后电流和电极电流。这些计算模块运算所需数据和计算结果都通过接线端子进行传输；开关电源对本相装置提供电源，除了给本复合电流检测箱内各个矢量计算模块和电流表提供电源外，还通过接线端子给本相电容电流检测箱提供DC±12V电源；该箱体前面安装两个电流表，对计算结果进行现场显示。
图4 (b)为电容电流检测箱内部结构原理图，其包括一路总加积分器、电流表和接线端子，其中总加积分器对输入的补偿铜管罗氏线圈信号进行滤波、总加积分及量程变换后得到电容补偿电流，并通过接线端子引出箱体。
图4 (C)所示为电极电流显示箱内部结构图，包括一个开关电源和三个电流表，其中开关电源为电流表提供电源，三块电流表接收各相复合电流检测箱计算所得电极电流信号进行显示，指导现场操作人员进行电极操作。
综上所述，本系统完全满足矿热炉低压补偿对炉变低压侧大电流参数的需要，其 结构简单，现场安装、布线及维修不涉及短网系统，施工方便；其应用灵活，可以根据现场短 网情况轻易的变换和修改；此系统不局限于矿热炉补偿电流检测，也可应用于电力输配电、 化工电解等领域。
权利要求
1.一种用于矿热炉低压补偿的电极电流测量装置，所述电极电流测量装置由结构相同的三相分系统组成，每相分系统包括用于测量炉变低压侧电流和电容补偿电流的作为电流传感器的罗氏线圈、用于测量电容补偿电流的电容电流检测箱、和用于检测炉变低压侧电流并计算电极电流的复合电流检测箱；其中， 所述罗氏线圈分别缠绕于炉变二次铜管和低压电容补偿柜出线铜管上，所述罗氏线圈的输出信号为一次电流的微分电压信号; 所述低压电容补偿柜出线铜管所缠绕罗氏线圈的信号引出线与所述电容电流检测箱的总加积分器相连，对该信号进行总加积分处理得到电容补偿电流i#; 所述炉变二次铜管所缠绕的罗氏线圈的信号引出线与所述复合电流检测箱的总加积分器相连，对该信号进行总加积分处理得到炉变低压侧电流； 所述电容电流检测箱安装有总加积分器I和外部接线端子I; 所述复合电流检测箱安装有总加积分器2、两个加法器I和2、和外部接线端子2 ； 所述电容电流检测箱与所述复合电流检测箱连接，将所述电容补偿电流|#送入所述复合电流检测箱的加法器I与所述炉变低压侧电流ifS进行矢量减法计算得到低压补偿接入点之后短网上的补偿后电流i#/g ； 本相复合电流检测箱与接入同一电极的前一相复合电流检测箱相连，将前相补偿后电流送入本相复合电流检测箱的加法器2与本相补偿后电流相减得到本相电极电流ift。
2.如权利要求1所述的电极电流测量装置，其特征在于，所述罗氏线圈为钳形PCB罗氏线圈。
3.如权利要求2所述的电极电流测量装置，其特征在于，所述钳形PCB罗氏线圈由A和B两个半圆线圈组成，所述A和B两个半圆线圈分别胶封于两个塑料半圆外壳中，所述两个塑料半圆外壳通过转轴和卡口连接以形成一个完整的圆形罗氏线圈。
4.如权利要求1所述的电极电流测量装置，其特征在于，所述低压电容补偿柜出线铜管和所述炉变二次铜管分别为至少两根。
5.如权利要求4所述的电极电流测量装置，其特征在于，每根低压电容补偿柜出线铜管和每根炉变二次铜管分别缠绕一根罗氏线圈。
6.如权利要求f5任一所述的电极电流测量装置，其特征在于，所述复合电流检测箱还安装有开关电源。
7.如权利要求1飞任一所述的电极电流测量装置，其特征在于，所述复合电流检测箱还与电极电流显示箱连接，以显示现场电极电流数据。
8.如权利要求7所述的电极电流测量装置，其特征在于，所述复合电流检测箱安装有2个电流表以显示其所得电流数据。
9.如权利要求1飞任一所述的电极电流测量装置，其特征在于，所述复合电流检测箱还与用于控制和显示所送入的低压侧电流、补偿电容电流、补偿点后电流以及电极电流的无功补偿控制器连接。
10.如权利要求1所述的电极电流测量装置，其特征在于，所述电容电流检测箱安装有I个电流表以显示其所得电流数据 。
全文摘要
本发明提供了一种用于矿热炉低压补偿的电极电流测量装置，所述电极电流测量装置由结构相同的三相分系统组成，每相分系统包括用于测量炉变低压侧电流和电容补偿电流的罗氏线圈传感器、用于测量电容补偿电流的电容电流检测箱、和用于检测炉变低压侧电流并计算电极电流的复合电流检测箱。本发明具有测量精确、测量范围宽、安装方便、价格低等多种优点。
文档编号G01R19/00GK102998514SQ20121046650
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者李俊彪, 王浩, 李湘 申请人:北京思能达电力电子技术有限公司