CN102629765B - 冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统。解决了现有冶金行业的供电系统中设备自然功率因数较低导致炉变效率低下、无功消耗过大和三相不平衡比较严重的缺陷，包括高压供电网络系统、与高压供电网络系统串联的短网系统、与短网系统串联的冶金设备，冶金设备并联有低压动态补偿装置，短网系统与冶金设备共同并联有炉变系统，炉变系统的高压侧接高压供电网络系统。冶金设备与低压动态补偿装置相串联，大量无功电流直接经低压电容器和冶金设备形成的回路流过，不在经过短网系统、炉变系统及高压供电网络系统，在提高功率因数的同时，可提高炉变的有功输出率，降低炉变、短网的无功消耗。

Description

冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统

技术领域

本发明涉及低压无功补偿领域，尤其是一种提高冶金行业供电系统功率因素的冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统。

背景技术

冶金行业是指对金属矿物的勘探、开采、精选、冶炼、以及轧制成材的行业，包括黑色冶金工业和有色冶金工业两大类，是重要的原材料工业部门，为国民经济各部门提供金属材料，也是经济发展的物质基础。然而其电能消耗却非常大，占企业生产成本的70%左右，因此降低电能消耗、改善冶炼电炉的综合效能对冶金企业至关重要。冶金行业供电系统主要由高压供电网络、电站变、炉变、短网系统组成，而短网系统为低压大电流系统，其最大电流可达数十万安培，不得不采用水冷装置对供电系统进行强制冷却，设备自然功率因数仅为0.7-0.8，低功率因数导致炉变效率低下、无功消耗过大、三相不平衡严重，进而导致冶炼效率低压、电费剧增、低效高耗。

冶炼设备工作时供电系统有快速、瞬变的无功和高次谐波，引起冶炼系统电压、电流波形畸变，增加线损和炉变损耗，降低电能质量。电能质量问题主要有：冶炼系统所需无功功率较大，供电系统产生谐波、电压闪变、冲击和涌流现象，低压短网侧三相空间结构不对称导致三相不平衡、增加损耗，功率因数低、电压跌落现象严重。

现有的电炉二次补偿装置投切开关主要采用真空接触器或复合开关，其具有投切涌流大、机械寿命短、抗粉尘能力差等缺点。在冶金行业中采用高压侧补偿的方式易出现低压侧过补偿、无功倒送等问题，不能及时的补偿短网侧的无功。

发明内容

本发明解决了现有冶金行业的供电系统中设备自然功率因数较低导致炉变效率低下、无功消耗过大和三相不平衡比较严重的缺陷，提供一种冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，提高设备自然功率因数，提高炉变效率，降低无功消耗，同时也使三相不平衡趋于稳定。

本发明还解决了现有技术中引起冶炼系统电压、电流波形畸变，增加线损和炉变损耗并降低电能质量的缺陷，提供一种冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，防止冶炼系统电压、电流波形畸变，降低线损和炉变损耗以提高电能质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，补偿系统包括高压供电网络系统、与高压供电网络系统串联的短网系统、与短网系统串联的冶金设备，冶金设备并联有低压动态补偿装置，短网系统与冶金设备共同并联有炉变系统，炉变系统的高压侧接高压供电网络系统。冶金设备与低压动态补偿装置相串联，大量无功电流直接经低压电容器和冶金设备形成的回路流过，不在经过短网系统、炉变系统及高压供电网络系统，在提高功率因数的同时，可提高炉变的有功输出率，降低炉变、短网的无功消耗；功率因数提高就可以延长冶金设备的使用寿命，优化冶金设备供电质量，实现节能降耗、提高冶金设备可靠性的效益；低压动态补偿装置能防止冶炼系统电压、电流波形畸变，降低线损和炉变损耗以提高电能质量，实现对短网的快速、动态无功补偿。

作为优选，低压动态补偿装置包括双向晶闸管触发装置、与双向晶闸管触发装置相串联的熔断器、与双向晶闸管触发装置相串联的冶金行业用低压电容器，双向晶闸管触发装置的控制接口与PLC控制器相连；双向晶闸管触发装置与低压电容器之间连接有箔绕方形干式铁芯电抗器。补偿方式分为共补和分补，双向晶闸管触发装置具有电压上升率高和触发功率大的特点，解决了采用带有双向警察管的隔离型光耦作为门极驱动器件时由于电压临界上升参数过低而产生的上电误导通现象；PLC控制器可以根据短网侧补偿容量大小，任意扩展控制补偿装置的路数，数百路采用一套PLC控制器。

作为优选，双向晶闸管触发装置采用基于IGBT的过零晶闸管触发装置，IGBT器件带有齐纳二极管保护；低压电容器为星形连接。双向晶闸管触发装置基于IGBT，其抗冲击能力大为提高，比较适用于冶金行业补偿装置；齐纳二极管保护，耐压为1200-1600V，电流达8A，且IGBT的电压临界上升率达5000V/US。

作为优选，箔绕方形干式铁心电抗器包括方形的铁心、铁心两端的铁轭及缠绕在铁心外的线圈。方形结构，制作方便，同时降低了损耗和产品成本，电抗器串联后，可降低系统无功及电压冲击对低压电容器的影响，同时滤除系统中的部分谐波，提高设备的使用寿命。

作为优选，线圈为三层铝箔叠绕而成，铝箔的层与层之间粘合有绝缘预浸布，线圈的内表面和外表面均有绝缘预浸布包裹。线圈为铝箔，多层铝箔叠绕，并在层间设置绝缘预浸布，减小层间涡流损耗，降低发热量；铝箔整体由绝缘预浸布包裹，铝箔线圈叠绕牢固，提高电抗器整体的机械强度；铝箔作为线圈绕制简单，而且可以保证线圈表面平整。

作为优选，绝缘预浸布的厚度为0.1-0.25mm，绝缘预浸布由基材及在基材外表浸渍并烘焙的环氧树脂组成，所述的基材由聚脂薄膜和聚脂纤维交织而成。基材为绝缘材料，环氧树脂为绝缘材料，绝缘预浸布经过规定温度预烘后自身会产生粘性，与铝箔粘帖牢固。

作为优选，铝箔层间的绝缘预浸布及线圈内、外表面的绝缘预浸布均伸出到缠绕的铝箔的上端外。绝缘预浸布的端部伸出可以防止线圈端部短路现象的发生。

作为优选，线圈的下端具有引出排，引出排采用铝排，铝箔与铝排之间采用氩弧焊焊接固定；下端的引出排沿着线圈的内部从线圈的下端延伸到上端，伸出到线圈上端的属于下端的引出排的连接部位与属于上端的引出排的连接部位相对线圈的中线线对称。引出排采用铝排，与线圈的材质性能相同，损耗小，确保良好的导电性；铝箔与铝排之间用氩弧焊可以得到较好的焊接效果，焊接牢固，焊渣少，平整度也较高。

作为优选，铁心采用同一尺寸的硅钢片层叠而成，硅钢片为方形结构。方形结构是铁心的宽度方向尺寸减小，缩小铁心的体积，硅钢片使用一个规格，制作简单；硅钢片层叠形成多段结构，使得电感三相平衡度好，铁心不易磁饱和。

作为优选，低压电容器使用耐120℃以上的高温膜、低场强设计，单台电容器设有中间抽头。可满足不同分组不同补偿容量的需求，同时保证了抵押电容器在冶金行业复杂供电系统中的圆形可靠性；解决了常用的低压自愈式电容器抗谐波及涌流能力差、抗粉尘及高温能力差的特点，保证了短网侧无功补偿装置的运行可靠性。

本发明的有益效果是：冶金设备与低压动态补偿装置相串联，大量无功电流直接经低压电容器和冶金设备形成的回路流过，不在经过短网系统、炉变系统及高压供电网络系统，在提高功率因数的同时，可提高炉变的有功输出率，降低炉变、短网的无功消耗。

附图说明

图1是本发明一种系统阻抗结构示意图；

图2是本发明一种低压动态无功补偿装置系统图；

图3是本发明一种线圈结构示意图；

图4是本发明图3所示线圈的俯视图；

图5是本发明一种线圈局部放大图；

图6是本发明一种铝箔与铝排连接示意图；

图中：1、高压供电网络系统阻抗，2、炉变系统阻抗，3、短网系统阻抗，4、低压动态补偿装置阻抗，5、冶金设备阻抗，6、PLC控制器，7、双向晶闸管触发装置，8、箔绕方形干式铁心电抗器，9、低压电容器，10、绝缘预浸布，11、铝箔，12、进线排，13、出线排，14、铁心。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：一种冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，包括高压供电网络系统、与高压供电网络系统串联的短网系统、与短网系统串联的冶金设备，冶金设备并联有低压动态补偿装置，短网系统与冶金设备共同并联有炉变系统，炉变系统的高压侧接高压供电网络系统。系统内部的阻抗（参见附图1）包括高压供电网络系统阻抗1，短网系统阻抗3，炉变系统阻抗2，低压动态补偿装置阻抗4，冶金设备阻抗5。110KV的高压电网直接接入炉变系统的高压一次侧，炉变系统的低压侧通过短网系统连接于冶金设备上，低压动态补偿装置连接与炉变系统二次低压侧，也即短网系统侧。

低压动态补偿装置（参见附图2）包括双向晶闸管触发装置7、与双向晶闸管触发装置相串联的熔断器、与双向晶闸管触发装置相串联的冶金行业用低压电容器9，双向晶闸管触发装置的控制接口与PLC控制器6相连；双向晶闸管触发装置与低压电容器之间连接有箔绕方形干式铁芯电抗器8。双向晶闸管触发装置采用基于IGBT的过零晶闸管触发装置，IGBT器件带有齐纳二极管保护。双向晶闸管触发装置包括双向可控硅和继电器（参见附图2），双向可控硅的第一电极与继电器的一端相连，双向可控硅的第二电极与继电器的另一端相连。双向晶闸管触发装置的控制接口与PLC控制器相连，PLC控制器具有12个控制输出口，一个PLC控制器连接12个双向晶闸管触发装置。每一双向晶闸管触发装置具有三个双向可控硅和三个继电器，每一双向晶闸管触发装置通过三个熔断器连接三相电源。双向晶闸管触发装置的第二级连接有低压电容器。三个双向可控硅的第二电极分别与三个继电器的另一端和三个电容器的一端相连，三个电容器的另一端都与中性线相连，三个电容器组成星形连接。补偿装置的主排采用水冷母排，单相分组补偿采用矩形铜排与水冷母排相连接。

箔绕方形干式铁心电抗器包括铁心14、铁心两端的铁轭及缠绕在铁心外的线圈。铁心采用同一尺寸的硅钢片层叠而成，硅钢片为方形结构，铁心为方形结构。铁心外部缠绕有三层铝箔11（参见附图3附图4），铝箔与铝箔之间粘有绝缘预浸布10，最里层的铝箔的内表面和最外层的铝箔的外表面均粘有绝缘预浸布10，绝缘预浸布的上端伸出到铝箔的上端面5mm（参见附图5）。铝箔的下端通过氩弧焊焊接固定有引出排，引出排采用铝排（参见附图6），引出排从线圈内部穿到线圈上端为进线排12，引出排从线圈外部穿到线圈上端为出线排13，进线排的连接端与出线排的连接端相对线圈的中线线对称。绝缘预浸布的厚度为0.2mm，绝缘预浸布由基材及在基材外表浸渍并烘焙的环氧树脂组成，所述的基材由聚脂薄膜和聚脂纤维交织而成。

低压动态补偿装置具有一个补偿装置柜，补偿装置柜的柜体采用敷铝锌板结构，柜体的前后均设置有散热孔，柜体的上部和底部均设置有轴流风机，柜体下部还设置有通风道。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，其特征在于补偿系统包括高压供电网络系统、与高压供电网络系统串联的短网系统、与短网系统串联的冶金设备，冶金设备并联有低压动态补偿装置，短网系统与冶金设备共同并联有炉变系统，炉变系统的高压侧接高压供电网络系统；每一双向晶闸管触发装置具有三个双向可控硅和三个继电器，双向可控硅的第一电极与继电器的一端相连，双向可控硅的第二电极与继电器的另一端相连，三个双向可控硅的第二电极分别与三个继电器的另一端和三个电容器的一端相连，三个电容器的另一端都与中性线相连，三个电容器组成星形连接；双向晶闸管触发装置与低压电容器之间连接有箔绕方形干式铁芯电抗器；箔绕方形干式铁心电抗器包括方形的铁心、铁心两端的铁轭及缠绕在铁心外的线圈，铝箔的下端通过氩弧焊焊接固定有引出排，引出排采用铝排，引出排从线圈内部穿到线圈上端为进线排，引出排从线圈外部穿到线圈上端为出线排，进线排的连接端与出线排的连接端相对线圈的中线线对称。

2.根据权利要求1所述的冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，其特征在于低压动态补偿装置包括双向晶闸管触发装置、与双向晶闸管触发装置相串联的熔断器、与双向晶闸管触发装置相串联的冶金行业用低压电容器，双向晶闸管触发装置的控制接口与PLC控制器相连。

3.根据权利要求2所述的冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，其特征在于双向晶闸管触发装置采用基于IGBT的过零晶闸管触发装置，IGBT器件带有齐纳二极管保护；低压电容器为星形连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，其特征在于线圈为三层铝箔叠绕而成，铝箔的层与层之间粘合有绝缘预浸布，线圈的内表面和外表面均有绝缘预浸布包裹。

5.根据权利要求4所述的冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，其特征在于绝缘预浸布的厚度为0.1-0.25mm，绝缘预浸布由基材及在基材外表浸渍并烘焙的环氧树脂组成，所述的基材由聚脂薄膜和聚脂纤维交织而成。

6.根据权利要求4所述的冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，其特征在于铝箔层间的绝缘预浸布及线圈内、外表面的绝缘预浸布均伸出到缠绕的铝箔的上端外。

7.根据权利要求1或2或3所述的冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，其特征在于铁心采用同一尺寸的硅钢片层叠而成，硅钢片为方形结构。

8.根据权利要求2或3所述的冶金行业短网侧低压动态无功补偿系统，其特征在于低压电容器使用耐120℃以上的高温膜、低场强设计，单台电容器设有中间抽头。