بخشی از مقاله
چکیده
براي صنایع تولیدي عملکرد بهینه که به تولید با بهترین کیفیت و کمترین هزینه منجر شود در اولویت قرار دارد. صنایع فولاد به سبب دارا بودن کورههاي قوس، مصرف انرژي الکتریکی بسیار بالایی دارند که میتواند بخش زیادي از هزینه تولید را شامل شود. بنابراین ارائه راهکارهایی در جهت بهینهسازي مصرف انرژي و همچنین کاهش هزینه تولید قابل توجه می باشد. با توجه به اینکه کورههاي قوس الکتریکی به سبب غیرخطی و تصادفی بودن ماهیت قوس مشکلات کیفیت توان نظیر عدم تعادل ولتاژ و جریان، هارمونیکهاي ولتاژ و جریان، فلیکر ولتاژ و ضریب توان پایین را ایجاد میکنند، لذا استفاده از جبران کننده SVC ضروري میباشد. جبرانکننده SVC علاوه بر بهبود کیفیت توان کورههاي قوس، ولتاژ را تثبیت نموده و توان انتقالی به کوره قوس را افزایش میدهد که این افزایش توان سبب کاهش زمان ذوب میشود. در این مقاله با در نظر گرفتن یکی از کورههاي قوس مجتمع فولاد مبارکه، میزان کاهش زمان ذوب و در نتیجه میزان کاهش مصرف انرژي، الکترود و نسوز کوره قوس ارائه میگردد.
کلمات کلیدي: الکترود، انرژي الکتریکی، جبرانکننده استاتیکی توان راکتیو، کوره قوس الکتریکی، نسوز کوره.
مقدمه
صنعت فولاد یکی از بزرگترین مصرف کنندگان انرژي الکتریکی محسوب میشود که میزان انرژي مصرفی آن به فرآیند تولید، بکارگیري فناوريهاي نوین، دانش فنی و اقتصادي کارکنان و غیره وابسته است. بزرگترین بار صنایع فولاد کورههاي قوس الکتریکی است که بهینهسازي مصرف انرژي آنها از اهمیت ویژهاي برخوردار میباشد. کورههاي قوس الکتریکی به سبب غیرخطی و تصادفی بودن ماهیت قوس مشکلات کیفیت توان نظیر عدم تعادل ولتاژ و جریان، پدیدههاي کوتاهمدت و گذراي ولتاژ، هارمونیکهاي ولتاژ و جریان، فلیکر و ض ریب توان پایین را ایجاد میکنند .[1-3] به طور اجمالی کورههاي قوس الکتریکی بارهاي تصادفی و هارمونیکی با ضریب توان پائین حدود 0/7 تا 0/8 و داراي عدم تعادل ولتاژ و جریان میباشند.
یکی از راهکارهاي اصلی بهبود کیفیت توان کورههاي قوس و استفاده بهینه از انرژي الکتریکی بکارگیري جبرانکنندههاي استاتیکی توان راکتیو 1SVC میباشد .[4] این جبرانکننده همانند یک امپدانس متغیر موازي با بار است که با تولید یا جذب توان راکتیو، دامنه ولتاژ را تنظیم مینماید 5] و .[6 علاوه بر آن SVC توان انتقالی به کوره قوس را افزایش داده و سبب بهبود عملکرد کوره، کاهش زمان تپ تا تپ، کاهش مصرف انرژي، کاهش هزینه و غیره میشود که در این مقاله با در نظر گرفتن یکی از کورههاي قوس مجتمع فولاد مبارکه مورد بررسی قرار خواهند گرفت.
کورههاي قوس الکتریکی
شکل 1 مدار تغذیه کوره قوس را نشان میدهد. همانگونه که مشاهده میگردد مسیر تغذیه کوره شامل ترانسفورمر اصلی، راکتور سري - در صورت وجود - ، ترانسفورمر کوره، کابلهاي انعطافپذیر و الکترودهاي قوس میباشد. جهت محاسبه توان اکتیو و راکتیو کوره قوس لازم است مطابق شکل 2 مدار معادل کوره ترسیم گردد. در شکل 2، RT و XT مقاومت و راکتانس ترانسفورمر کوره، Rf و Xf مقاومت و راکتانسR′ کابلX′هاي انطعافپذیر کوره و Rarc مقاومت قوس درV′ نظر گرفته شدهاند. لازم به ذکر است مقادیر n و n به عنوان مقاومت و راکتانس تونن شبکه و in ولتاژ انتقال یافته در ثانویه ترانسفورمر اصلی میباشند. در این صورت توان اکتیو و راکتیو کوره مطابق رابطه - 1 - محاسبه میشود.
رابطه - 1 - معادله یک بیضی در صفحه P-Q را نشان میدهد و در صورتی که مقدار Xn برابر با صفر در نظر گرفته شود، این Pمعادله تبدیلQ به معادله یک دایره مطابق شکل 3 خواهد شد که نقطه کار کوره نیز در آن به صورت MEAN و MEAN نشان داده شده است.
جبرانکننده استاتیکی توان راکتیو SVC
به طور کلی جبرانکننده SVC براي دو کاربرد جبران بار و پشتیبانی ولتاژ مورد استفاده قرار میگیرد. در پشتیبانی ولتاژ، SVCعمدتاً براي تثبیت ولتاژ سیستم و افزایش پایداري سیستم قدرت و در جبران بار، براي جبران توان راکتیو مصرفی و در نتیجه اصلاح ضریب توان، متعادل کردن فازها، کاهش نوسانات ولتاژ و غیره مورد استفاده قرار میگیرد .[7] در مدار کنترلی جبرانکننده SVC توان راکتیو کورههاي قوس با توان راکتیو فیلترهاي هارمونیکی مقایسه شده و تفاوت این دو، ورودي مرجع را براي سیستم کنترل TCR فراهم میکند که در رابطه - 2 - نشان داده شده است. در شکل 4 تغییر توان راکتیو کورههاي قوس و تغییر توان راکتیو TCR مشاهده میگردد. |QTCR| = |Qfilter| − |Qload|
روش تحقیق
در این تحقیق جهت بررسی تأثیر جبران کننده SVC، آن را به عنوان یک امپدانس به موازات مسیر تغذیه کوره در نظر گرفته و سپس با توجه به دیاگرم تک خطی شکل 2 و استفاده از روابط حاکم بر آن منحنی تغییرات توان اکتیو و توان راکتیو به صورت شکلهاي 5 و 6 بدست آورده شد. همانگونه که در این شکلها ملاحظه میگردد SVC با جبران توان راکتیو کوره قوس و در نتیجه تثبیت ولتاژ، سبب افزایش توان قوس شده است. با افزایش توان قوس نیز، زمان تپ تا تپ همانگونه که در شکل 7 نشان داده شده است، کاهش مییابد.
همچنین میزان افزایش تولید و کاهش هزینههاي آن با در نظر گرفتن مشخصات کوره قوس مورد بررسی قرار میگیرد. به منظور بررسی یک نمونه عملی، یکی از کورههاي قوس مجتمع فولاد مبارکه مد نظر قرار گرفته و با جمعآوري اطلاعات درباره میزان انرژي و مواد مصرفی این کوره، بهبود آنها با بکارگیري جبران کننده SVC نشان داده میشود. همچنین با توجه به مقادیر توان اکتیو و راکتیو این کوره قوس، افت ولتاژ محاسبه شده و توان انتقالی در این حالت 1 پریونیت در نظر گرفته میشود. لذا مشاهده میگردد که با در مدار آوردن SVC، ولتاژ در باسبار 63 kV و میزان توان انتقالی به کوره قوس نیز افزایش خواهد یافت که با توجه به آن تولید افزایش و هزینه کاهش مییابد.
