电石生产中的大电流检测技术

电石生产中的大电流检测技术

陈丽丽

新疆中泰矿冶有限公司  831500

摘要：电石是电石法聚氯乙烯生产的主要原料，在聚氯乙烯实际生产过程中，电石会在生产的各工段出现损耗。天辰化工有限公司（以下简称天辰化工）是一家主营聚氯乙烯和烧碱的企业，2021年聚氯乙烯产能为45万t/a，烧碱产能为32万t/a，电石占聚氯乙烯生产成本的75%左右，因此降低电石损耗对于企业节能降耗、降本增效具有重要意义。

关键词：大电流测量技术；霍尔元件；罗氏线圈

引言

中国是全球最大的电石生产与消费国，在国家碳达峰、碳中和的政策下，电石生产作为高能耗高污染的行业，属于限制的行业之一。因此，对电石炉生产过程的优化，使之达到平稳运行、增产降耗，对于电石行业尤为重要。

1大电流检测概述

目前，应用APF的谐波电流检测方法主要有3类：①基于傅里叶变换的检测方法，该方法将电流信号分解成各次谐波分量，进而得到所需的补偿电流信号。②基于小波变换的检测方法通过将电流信号与小波基函数进行卷积，对各次谐波信息进行提取。这两类方法的共同点是需首先计算各次谐波分量的幅值和相位，适用于对低频次主导谐波电流的单次补偿，但无法满足变流器类谐波电流频谱宽泛的要求。③基于瞬时无功功率理论的pqii-谐波检测法，通过坐标变换可以检测出谐波电流总量，无需分解各次谐波电流信息，是目前应用最为广泛的谐波检测方法，在非理想电源条件下pqii-检测法仍能准确地检测出总谐波电流，但该方法忽略了背景谐波电压的影响。本文在分析背景谐波电压环境下现有谐波电流检测方法不足的基础上，提出一种负载谐波电流检测方法。该方法借鉴德国DIN40110-2标准对电流分解的思路，采用集总等效参数反映负载特性，结合希尔伯特(Hilbert)变换法，通过计算谐波等效导纳直接分离背景谐波电压产生的总谐波电流，达到提高并联型APF对配电网谐波补偿效果的目的。

2大电流检测装置的运用

电极的直径与电极电流有着密切的联系，即在一定合理的电流密度时，电极直径的大小直接决定通过电极电流的大小，如果电极电流超过一定数值，电极将出现事故，存在电极软断或硬断等不安全因素，此时操作人员就必须作出提升电极、降低负荷等相应的操作。因此，实时、准确地反映电极电流的大小，可以正确指导操作人员进行电极升降的操作、电石炉变压器档位的调整、电石炉输入容量的控制，避免电极、电炉事故的发生，及时掌握电石炉炉况的异常变化。基于二次侧检测电流数据通过电气理论的分析，还可以进行电气参数的延伸，推导出电极阻抗、电极电阻、电极功率等其他技术参数，并经过自动控制系统建立相应的数学模型，再结合其他检测数据，还可以实时反映炉内三相电极的输入功率及不平衡度、每相电极对炉底的阻抗大小、每相电极的估计位置、熔池的大小等其他电石炉的炉内情况，指导操作人员及时调整炉内的输入容量、无功补偿的投切及输入容量、三根电极的升降、混合料的加入或电石成品的出炉等，很好地控制炉内的电化学反应，以达到炉内生产的平稳运行。

3电石生产中的大电流检测技术

3.1电流-电压变换法

电流-电压变换法简称I-V变换法，是一种将待测量的直流微电流信号I变换为一个大幅度的电压信号V，通过对电压信号的测量经过运算得到待测的直流微电流大小的方法。根据转换放大直流微电流所需的反馈原件的不同，I-V变换法还可以分为电阻式I-V变换法、对数I-V变换法、电容式I-V变换法。利用反馈原件为高阻值电阻的转换放大直流微电流的方法称电阻式I-V变换法，又称“高阻法”“跨阻法”。（如图1）理想条件下，忽略运算放大器偏置电流、偏置电压的影响，并且认为电阻阻值确定，此时输出电压Vout为：式中，Vout为输出电压，单位为V；IF为反馈电流，单位为A；RF为反馈电阻，单位为Ω；Iin为待测输入电流，单位为A。

图1高输入阻抗法

由式(1)可以看出，反馈电阻RF的阻值将直接决定待测直流微电流的放大效果。但是在实际情况中，输入偏置电压、输入偏置电流不可避免地存在于运算放大器中，导致电路中存在泄露电流，以及电阻阻值存在一定的变化。

3.2 2DIN40110-2标准电流分解方法

德国标准化协会于2002年颁布了《交流电理论数值-第二部分：多线电路》标准，即DIN40110-2标准。DIN40110-2标准严格聚焦于负载，其基本思路是：把三相负载等效为以星形连接至参考点的阻值相同的电导，根据等效电导对负载电流进行分解，无论供电电压是否畸变，由此定义的负载集总参数仅由负载性质决定。DIN40110-2标准首先建立一个虚拟等效负载，据此定义了三相负载的有功等效电导，有功等效电导在相同时间内吸收的有功功率与三相负载实际吸收的有功功率相等。有功电流是与电源电压波形相似、大小成比例的电流分量，其包含的谐波分量仅和电源电压特性有关。当电源为正弦电压时，无论负载是否为非线性，有功电流均只包含基波分量；在非正弦电压作用下，有功电流也是非正弦波形。在此基础上，其余电流被分解为对称电流分量、不对称电流分量和正交电流分量。尽管DIN40110-2标准分解得到的电流分量具有明确的物理意义，但侧重于解决负载与电源的不平衡问题，并未对其余分量进一步分解，也未研究各电流分量的谐波特性。因此，本文借鉴DIN40110-2标准通过集总等效电导实现严格聚焦于负载的思想，对背景谐波电压条件下的PCC处谐波电流进行分解，以分离由负载产生的谐波电流、实现考核点电流波形与电压波形一致的谐波补偿目标。

3.3罗氏线圈

罗氏线圈也叫电流测量线圈、微分电流传感器，是一个将导线均匀缠绕在非铁磁性材料骨架上的空心环形线圈，可直接套在被测量的导体上。罗氏线圈主要用于测量交流电流，它测量范围宽、精度高；稳定可靠，响应频带宽；体积小、重量轻、安全环保；同时具有测量和继电保护功能，易于实现微机化、网络化。罗氏线圈的工作原理罗氏线圈的工作原理是利用导体内交流电流的变化而改变周围磁场，线圈导线再感应变化的磁场产生感应电动势，再通过电动势的数学运算，最终还原导体中的电流。罗氏线圈测量电流的理论依据是电磁感应定律和安培环路定律。当被测电流沿轴线通过罗氏线圈中心时，在环形绕组所包围的体积内将产生相应变化的磁场。

结束语

日益锐减的电石资源及电石法聚氯乙烯带来的环保问题不容忽视，这就要求整个电石及电石法聚氯乙烯行业要加大创新力度，从催化剂（抓紧研制无汞催化剂，早日实现中国电石法聚氯乙烯无汞化发展）、设备工艺革新（淘汰落后小产能，改进生产设备，减少设备跑、冒、滴、漏带来的电石损失，加快研发应用新工艺，从技术层面降低电石消耗）、人员（制定详细可行的操作管理制度，强化培训考核，降低人为因素带来的电石损耗）等多方面加强管理，多管齐下，切实降低电石法聚氯乙烯的电石消耗，促进经济及环境的协同健康发展。

参考文献

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