CN101472359A - 矿热炉二次低压补偿装置系统的星连接方法 - Google Patents

矿热炉二次低压补偿装置系统的星连接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及矿热炉二次低压补偿装置系统的星连接方法。矿热炉是冶金工业的重要熔炼设备，电能消耗非常大，现有的矿热炉冶炼的电气系统主要由高压供电网络、变电站变压器、电炉一次侧供电网络、大功率的电炉变压器、低电压大电流的短网系统、水冷电缆、电极系统和炉膛等部分组成，其电炉的冶炼电流引起电压闪变、电流冲激现象，引起冶炼系统电压、电流波形畸变，增加了线损和电炉设备的损耗，降低了电能质量。本发明还包括电炉二次侧的短网的两端并联连接补偿电容。将补偿容量加在节点上，电容器交换无功，电弧产生的无功不再流经短网、电炉变压器和一次侧，路径简短，降低了损耗，实现就地补偿。因而可有效提高该装置的运行可靠性。

Description

矿热炉二次低压补偿装置系统的星连接方法
技术领域
本发明涉及应用于冶金行业矿热炉冶炼系统的节能设备，特别适用于矿热炉二次低压补偿装置的连接方法。
背景技术
矿热炉是冶金工业的重要熔炼设备，电能消耗非常大，在企业产品生产成本中最高可达70％。降低电炉的能耗，改善电炉的综合能效对冶金企业有着极其重要的意义。如图1所示，矿热炉冶炼的电气系统主要由高压供电网络、变电站变压器、电炉一次侧供电网络、大功率的电炉变压器、低电压大电流的短网系统、水冷电缆、电极系统和炉膛等部分组成。电炉的冶炼电流含有快速、不规则瞬时变化的无功功率和高次谐波，从而引起电压闪变、电流冲激现象，引起冶炼系统电压、电流波形畸变，增加了线损和电炉设备的损耗，降低了电能质量其主要缺陷存在以下不足：
a、无功功率较大：
由于供电网络和变压器特别是大功率的电炉变压器、低电压大电流的短网系统、水冷电缆、电极系统和炉膛等冶炼网络元件的特征是感性负载，感性负载在建立磁场时需要磁化能量，因此消耗大量的无功功率，导致冶炼系统功率因数低甚至冶炼系统从高压电网交换的无功功率大于有功功率，当无功功率较大时可导致多方面的影响，加重输电线路、变压器和发电机的负荷，导致热损耗增加和电压降落。
b、电炉冶炼系统产生谐波、电压闪变、电流冲激、涌流和瞬流：
电炉冶炼主要依靠电能加热，需要短时冲击功率，主要是无功功率，明弧冶炼炼钢电弧炉、埋弧冶炼的矿热炉或直流冶炼都会产生频繁的短路和断路现象从而出现闪变效应和谐波，电压闪变和谐波使电压和电流发生畸变，导致电气设备故障，电网谐振，变压器和输电线路过负荷，互感器发生磁饱和，计量出现错误，电流周围铁磁体发热震动，变压器升温等等。同时由于电炉冶炼变压器二次绕组连接为Δ形，产生3次谐波，3次谐波电流形成一个独立的零序电流系统，不能抵消，流入系统后又返到谐波发生源，导致干扰和故障，引起火灾。电炉冶炼所产生的极强高次谐波不仅影响电炉冶炼还会造成电网的严重污染，以致使电网上其它设备特别是用电子元器件(包括计算机)控制的设备(现代绝大多数先进设备都如此)不能正常工作。电弧放电是电炉系统中电压、电流冲激的一个主要来源。由电弧放电所产生的高频电压尖峰脉冲，会通过设备线路扩散、影响到整个电炉冶炼系统，产生浪涌、瞬流、电压闪变和电流冲激。
c、三相功率不平衡附加损耗：
由于电炉冶炼变压器二次低压侧的三相短网空间物理结构不对称导致三相不平衡，增加了三相功率不平衡附加损耗并产生零序电流。
d、冶炼电压跌落：
电炉冶炼时，经常处于起弧、断弧状态，此时功率因数很低，而电流非常大，因而造成电能的极大损耗，同时还对电网有极大的冲击，会引起电网电压急剧下降，产品质量下降，设备功率不稳，无功功率增加，线路保护误动作烧损设备。
图2所示，由炉膛内的电弧产生的无功功率、谐波、电压闪变、电流冲激、浪涌、瞬流和三相功率不平衡附加损耗等广义无功已经流经了低电压大电流的电极系统、水冷电缆、短网、电炉变压器，已经使路径上的这些元件发热升温，产生了巨大消耗。短网产生的广义无功又流经了电炉变压器，产生了消耗。变压器一次和二次绕组产生的无功又流经了高压侧，产生了消耗。
图3所示为电炉冶炼系统高压补偿的潮流分布曲线图，可以明显看到，以高压无功补偿为基础的电炉电能质量优化，只能减小电炉变压器低压侧和高压侧的合计无功功率在流经高压侧时的损耗，而高压侧是小电流的系统，损耗较小，节约的能耗比较有限，这也是以高压无功补偿为基础的电炉电能质量优化不能提高能效、降低消耗的根本原因。
以上是使冶炼系统电能质量低下的最集中最典型的形式，其中危害最大、使电耗增加最为严重的便是电压闪变、电流冲激、瞬流和浪涌。冲激现象造成了用电系统的用电效率严重下降，感性负载的电流损失增加，变压器的绕组温度升高。测试表明，一个800Hz的振荡型冲激会使铁芯材料的能耗由0.04W/1B增加到3W/1B，能耗增加的幅度为67％。由于浪涌与冲激电流的冲击，导致变压器的温度升高，电炉变压器温度每增加1度，大约增加4％的能耗。而对于用电炉冶炼系统而言，由于冲激电流长期的冲击，导致接触部件形成氧化层，增加了接触电阻，而每增加1欧姆接触电阻，将导致电能的效率损失13％。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种结构简单，使用方便，路径简短，实现就地补偿，有效改善三相功率不平衡的矿热炉二次低压补偿装置系统的电连接方法。
实现发明目的的技术方案是这样解决的：电炉冶炼的电气系统包括依次顺序由高压供电网络、变电站变压器、电炉一次侧供电网络、电炉变压器、电炉二次侧的短网、水冷电缆、电极和炉膛连接组成，还包括电炉二次侧的短网的两端并联连接补偿电容。
连接方法按下述步骤进行：
a、110kv高压电网直接接入电炉变压器的高压一次侧；
b、电炉变压器的低压二次侧主回路a通过电炉短网连接于电极I上；
c、电炉变压器的低压二次侧主回路b通过电炉短网连接于电极II上；
d、电炉变压器的低压二次侧主回路c通过电炉短网连接于电极I上；
e、电炉变压器的低压二次侧二次绕组末端x通过电炉短网连接于电极II上；
f、电炉变压器的低压二次侧二次绕组末端y通过电炉短网连接于电极III上；
g、电炉变压器的低压二次侧二次绕组末端z通过电炉短网连接于电极III上；
h、电极置于炉膛内；
i、、二次出线低压补偿包括补偿电容10-1、10-2并联连接，其并联之节点引出线串联接入补偿电容10-3；补偿电容10-1的另一端并联接入低压二次侧主回路a上；补偿电容10-2的另一端并联接入低压二次侧主回路b上；补偿电容10-3的另一端并联接入低压二次侧二次绕组末端z上。
j、短网低压补偿包括补偿电容的一端接入低压二次侧主回路c上，另一端接入低压二次绕组末端z上；补偿电容的一端接入低压二次侧主回路b上，另一端接入低压二次绕组末端y上；补偿电容的一端接入低压二次侧主回路a上，另一端接入低压二次绕组末端x上。
本发明与现有技术相比，具有以下四大特点：
1.将补偿容量加在第一节点上，由炉膛内的电弧产生的广义无功流经了低电压大电流的电极、水冷软电缆后到短网与连接在第一节点上的电容器交换无功，电弧产生的无功不再流经短网、电炉变压器和一次侧，路径简短，降低了损耗，实现就地补偿。
2.由于无功不再流经短网，同时三相线路均可单相分级补偿容量，改善三相功率的不平衡状况，及时、迅速、自动地补偿投切电容，既改善了炉体供电的功率状况，又收到明显的抑制电压闪变，消除1-50次谐波和浪涌电流效果。
3.本发明所采用的核心元器件“二次低压补偿专用自愈式低电压并联电容器”是针对电炉冶炼系统无功潮流分布的特点，自主开发研制的。使用在电炉低压补偿装置中，大大减少了并联电容器的损坏率，有效提高了该装置的运行可靠性。
4.第二节点的低压补偿装置，作用于以上功能相同，但它主要是补偿由于短网自身产生的无功损耗，更加有效的改善三相功率的不平衡状况。
具有三大优点：
1、提高冶金变压器、二次侧低压大电流线路的利用率，增加冶炼有效输入功率；
2、三相线路均可单相分级可控补偿功率容量，快速改善三相功率的不平衡状况；
3、降低高次谐波值，减少变压器及电网的附加损耗，有效提高功率因数。广泛用于金属冶炼、非金加工等行业，具有很好的社会及经济效益。
附图说明
图1为现有技术矿热炉冶炼系统电气连接图；
图2为图1的电炉冶炼系统潮流分布曲线图；
图3为图1的电炉高压补偿的潮流分布曲线图；
图4为本发明电炉低压补偿冶炼系统电气连接图；
图5为图4的矿热炉二次低压无功补偿电气连接示意图；
图6为图4的电炉低压补偿的潮流分布曲线图。
具体实施方式
图4～图6为本发明矿热炉二次低压无功补偿电气连接实施例
下面结合附图对本发明的内容作进一步说明：
参照图4所示，电炉冶炼的电气系统依次顺序由高压供电网络1、变电站变压器2、电炉一次侧供电网络3、电炉变压器4、电炉二次侧的短网5、水冷电缆6、电极7和炉膛8连接组成，还包括电炉二次侧的短网5的两端并联连接补偿电容9、10。
图5所示，按下述步骤进行：
a、110kv高压电网1直接接入电炉变压器4的高压一次侧；
b、电炉变压器4的低压二次侧主回路a通过电炉短网5连接于电极7-I上；
c、电炉变压器4的低压二次侧主回路b通过电炉短网5连接于电极7-II上；
d、电炉变压器4的低压二次侧主回路c通过电炉短网5连接于电极7-I上；
e、电炉变压器4的低压二次侧二次绕组末端x通过电炉短网5连接于电极7-II上；
f、电炉变压器4的低压二次侧二次绕组末端y通过电炉短网5连接于电极7-III上；
g、电炉变压器4的低压二次侧二次绕组末端z通过电炉短网5连接于电极7-III上；
h、电极7置于炉膛8内；
i、二次出线低压补偿包括补偿电容10-1、10-2并联连接，其并联之节点引出线串联接入补偿电容10-3；补偿电容10-1的另一端并联接入低压二次侧主回路a上；补偿电容10-2的另一端并联接入低压二次侧主回路b上；补偿电容10-3的另一端并联接入低压二次侧二次绕组末端z上。
j、短网低压补偿包括补偿电容9-1的一端接入低压二次侧主回路c上，另一端接入低压二次绕组末端z上；补偿电容9-2的一端接入低压二次侧主回路b上，另一端接入低压二次绕组末端y上；补偿电容9-3的一端接入低压二次侧主回路a上，另一端接入低压二次绕组末端x上。
图6为图4的电炉低压补偿的潮流分布曲线图。可以明显看到，以低压无功补偿为基础的电炉电能质量优化，能减小电炉变压器低压侧无功在流经低压侧的损耗，而低压侧是大电流的系统，损耗较大，节约的能耗比较显著，同时流经高压侧的无功总量明显减小，一次侧计量点上无功功率的幅值也大幅度减小，也降低了高压侧的消耗，这也是以低压无功补偿为基础的电炉电能质量优化能提高能效、降低消耗的根本原因。

Claims (1)

1、一种矿热炉二次低压补偿装置系统的星连接方法，电炉冶炼的电气系统包括依次顺序由高压供电网络(1)、变电站变压器(2)、电炉一次侧供电网络(3)、电炉变压器(4)、电炉二次侧的短网(5)、水冷电缆(6)、电极(7)和炉膛(8)连接组成，其特征在于：电炉二次侧的短网(5)的两端并联连接补偿电容(9、10)，其二次低压补偿按下述步骤进行：
a、110kv高压电网(1)直接接入电炉变压器(4)的高压一次侧；
b、电炉变压器(4)的低压二次侧主回路a通过电炉短网(5)连接于电极(7-I)上；
c、电炉变压器(4)的低压二次侧主回路b通过电炉短网(5)连接于电极(7-II)上；
d、电炉变压器(4)的低压二次侧主回路c通过电炉短网(5)连接于电极(7-I)上；
e、电炉变压器(4)的低压二次侧二次绕组末端(x)通过电炉短网(5)连接于电极(7-II)上；
f、电炉变压器(4)的低压二次侧二次绕组末端(y)通过电炉短网(5)连接于电极(7-III)上；
g、电炉变压器(4)的低压二次侧二次绕组末端(z)通过电炉短网(5)连接于电极(7-III)上；
h、电极(7)置于炉膛(8)内；
i、、二次出线低压补偿包括补偿电容10-1、10-2并联连接，其并联之节点引出线串联接入补偿电容10-3；补偿电容10-1的另一端并联接入低压二次侧主回路a上；补偿电容10-2的另一端并联接入低压二次侧主回路b上；补偿电容10-3的另一端并联接入低压二次侧二次绕组末端z上。
j、短网低压补偿包括补偿电容(9-1)的一端接入低压二次侧主回路(c)上，另一端接入低压二次绕组末端(z)上；补偿电容(9-2)的一端接入低压二次侧主回路(b)上，另一端接入低压二次绕组末端(y)上；补偿电容(9-3)的一端接入低压二次侧主回路(a)上，另一端接入低压二次绕组末端(x)上。
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C06 Publication
PB01 Publication
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20090701