CN104883098B - 一种高压软起动和tcr滤波一体化装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高压软起动和TCR滤波一体化装置和方法，该装置包括高压晶闸管阀组单元、高压电抗器单元、以及软起动投切开关GK3、滤波投切开关GK4，高压晶闸管阀组单元的一端通过接入断路器QF2、第一隔离开关GK1接入高压电源，另一端通过第二隔离开关GK2分别连接两条支路，一条支路通过软起动投切开关GK3接入电机，用来实现对电机的软起动；另一条支路通过滤波投切开关GK4接入高压电抗器单元，高压电抗器单元的输出端与第一隔离开关GK1的输入端连接，用来实现TCR滤波补偿；该方法包括电机软起动步骤以及TCR滤波补偿步骤。本发明具有集高压软起动和TCR滤波补偿功能于一体，且所需成本低、利用率高的优点。

Description

一种高压软起动和TCR滤波一体化装置和方法

技术领域

本发明涉及大功率电机起动以及电网谐波治理技术领域，尤其涉及一种高压软起动和TCR（Thyristor Conteolled Reactor，晶闸管控制电抗器）滤波一体化装置和方法。

背景技术

在大型的钢厂、冶炼厂、水厂、油田、水泥、建材等行业，均需要用到高压大功率电机，而高压大功率电机在起动过程中会造成对电网的冲击、影响其他设备的正常运行，同时在大型企业电力系统中，由于如有交直流电弧炉、电力电子设备等大功率电力设备的大幅度增加，造成电网电压波动，无功功率不足等一系列问题严重威胁电网的稳定运行，因而这些企业通常都是耗能大户，也是电源谐波的污染大户。

为了解决上述两个问题，目前通常需要分别接入高压软起动装置、滤波装置，即在电机起动前分别接入高压软启动装置、滤波装置，再通过高压软起动装置控制高压大功率电机的软起动过程，在电机运行过程中则通过滤波装置进行谐波治理、功率补偿。同时接入高压软起动装置、滤波装置，一方面维修工作量大、占地面积大，另一方面高压软起动装置、高压滤波装置的成本均较高，且由于高压大功率电机因工况的要求电机起动完毕后，如不是大型检修或者特殊情况，电机一般不会停机，也就是说高压软起动装置在电机处于运行状态时处于“闲置”状态，因而设备的利用率不高，造成资源的大量浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种集高压软起动和TCR滤波补偿功能于一体，且所需成本低、利用率高的高压软起动和TCR滤波一体化装置和方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种高压软起动和TCR滤波一体化装置，包括高压晶闸管阀组单元、高压电抗器单元、以及软起动投切开关GK3、滤波投切开关GK4，所述晶闸管阀组单元的一端通过接入断路器QF2、第一隔离开关GK1接入高压电源，另一端通过第二隔离开关GK2分别连接两条支路，一条支路通过所述软起动投切开关GK3接入电机，用来实现对电机的软起动；另一条支路通过所述滤波投切开关GK4接入所述高压电抗器单元，所述高压电抗器单元的输出端与所述第一隔离开关GK1的输入端连接，用来实现TCR滤波补偿。

作为本发明装置的进一步改进：还包括旁路断路器QF1，所述旁路断路器QF1的一端接入高压电源，另一端分别连接所述软起动投切开关GK3、电机。

作为本发明装置的进一步改进：所述旁路断路器QF1采用高压开关柜断路器。

作为本发明装置的进一步改进：所述接入断路器QF2采用高压开关柜断路器。

作为本发明装置的进一步改进：所述高压晶闸管阀组单元包括三个分别对应高压电源的三相电的高压晶闸管组件，每个所述高压晶闸管组件包括反并联的两个高压晶闸管，通过高压晶闸管导通控制输出电流。

作为本发明装置的进一步改进：所述高压电抗器单元包括三个高压电抗器，每个高压电抗器与一个所述高压晶闸管组件通过所述滤波投切开关GK4对应串联连接。

基于上述装置的实施方法，包括当需要对电机执行软起动时的电机软起动步骤以及当需要执行TCR滤波补偿时的TCR滤波补偿步骤；

所述电机软起动步骤包括：将所述第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2、软起动投切开关GK3合闸，以及所述滤波投切开关GK4分闸；将接入断路器QF2合闸后，通过控制所述高压晶闸管阀组单元中晶闸管导通对电机执行软起动；

所述TCR滤波补偿步骤包括：将所述第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2、滤波投切开关GK4合闸，以及所述软起动投切开关GK3分闸；将接入断路器QF2合闸后，检测电网中的功率因数，且当检测到电网中功率因数低于预设值时，通过控制所述高压晶闸管阀组单元中晶闸管导通调节高压电抗器单元的输入电流，以执行TCR滤波补偿。

作为本发明方法的进一步改进：所述电机软起动步骤后还包括旁路电机转入运行状态步骤，具体步骤为：在电机转速上升至额定转速、以及起动电流下降至电机额定电流以下时，通过控制连接在高压电源与电机之间的旁路断路器QF1将电机进行旁路，电机进入运行状态。

作为本发明方法的进一步改进：电机处于运行状态时，通过所述旁路断路器QF1的分闸控制电机停机。

作为本发明方法的进一步改进：电机处于运行状态时，当需要对电机进行检修操作时，将所述旁路断路器QF1、软起动投切开关GK3分闸。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明通过复用高压晶闸管阀组以及开关切换使得一套装置能够具有高压软启动与TCR滤波补偿双功能，有效降低了成本、提高装置的利用率，实现装置的优化配置。

2）本发明结合基于晶闸管的高压软起动和TCR滤波补偿，能够针对大功率电机实现高性能的软起动以及谐波治理、功率补偿功能。

3）本发明通过旁路接触器可以在电机进入运行状态时将电机进行短接，从而将软起动功能完全退出来，因而减少装置的闲置状态，从而减少资源的浪费。

4）本发明通过开关切换可以实现高压软起动、TCR滤波补偿，还可以实现电机停机以及安全检修的多种功能，使用方式灵活且便捷。

附图说明

图1是高压晶闸管软起动装置的主电路结构示意图。

图2是高压TCR滤波补偿装置的主电路结构示意图。

图3是本实施例高压软起动和TCR滤波一体化装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

本发明高压软起动和TCR滤波一体化装置是集高压软起动和TCR滤波补偿为一体，以通过一套装置能够同时实现高压软起动和TCR滤波补偿的功能。高压软起动装置目前存在多种结构形式，而随着电力电子技术发展的成熟，高压晶闸管以及其控制技术也越来越成熟，针对大功率电机采用晶闸管串联技术的高压软起动装置具有更好的软起动性能，其能够达到先进技术水平；同时基于晶闸管的TCR滤波补偿装置能够在补偿负荷无功功率，还能抑制电压波动和平衡三相负荷，具有相应速度快、效率高、故障率低、自身产生的谐波含量低等特点。

如图1所示，基于晶闸管阀组的高压软起动装置采用反并联晶闸管组件SCR串联至高压电机M定子回路的方式，其中PT为电压互感器，TA为高压互感器，通过控制系统移相（开环或者闭环）控制晶闸管的导通角，从而改变电机M定子上的电压，实现高压电机M的软起动的过程；该高压软起动装置只是在电机“起动”过程中进行调节，起动完成后及运行过程中由旁路装置（真空接触器QM）将电机短接，并由前级高压开关柜中的电机保护装置完成高压电机M的如速断、过流、过压等保护。如图2所示，基于晶闸管阀组的高压TCR滤波补偿装置采用反并联晶闸管组件SCR （Silicon Controller Rectifier，硅控整流器）与电抗器串联的方式，通过晶闸管移相控制流过电抗器L的电流，实现自动调节感性无功、抑制电压波动、改善功率因数以及吸收电网谐波，因而具有无级调节、无冲击、高可靠等特点。通过分析图1、2所示结构以及上述工作原理可知，高压软起动装置和高压TCR滤波补偿装置的核心器件均为串联的反并联晶闸管组件，因而可以通过复用高压晶闸管阀组来同时实现高压软起动功能、以及TCR滤波补偿功能。

如图3所示，本发明实施例高压软起动和TCR滤波一体化装置，包括高压晶闸管阀组单元、高压电抗器单元、以及软起动投切开关GK3、滤波投切开关GK4，晶闸管阀组单元的一端通过接入断路器QF2、第一隔离开关GK1接入高压电源，另一端通过第二隔离开关GK2分别连接两条支路，一条支路通过软起动投切开关GK3接入电机M，用来实现对电机的软起动；另一条支路通过滤波投切开关GK4接入高压电抗器单元，高压电抗器单元的输出端与第一隔离开关GK1的输入端连接，用来实现TCR滤波补偿，其中电机M为大功率电机。

本实施例通过复用晶闸管阀组以及开关切换使得一套装置能够具有高压软启动与TCR滤波补偿双功能，即集高压软启动与TCR滤波补偿功能为一体，有效的降低装置的成本同时减少装置的占地面积，提高装置的利用率，实现装置的优化配置；同时结合基于晶闸管的高压软起动和TCR滤波补偿功能，能够针对大功率电机实现高性能的软起动以及谐波治理、功率补偿功能。

本实施例中，高压晶闸管阀组单元包括三个分别与高压电源的三相电对应的高压晶闸管组件SCR，每个高压晶闸管组件SCR包括反并联的两个高压晶闸管，通过高压晶闸管导通控制输出电流。高压电抗器单元包括三个高压电抗器Ｌ，每个高压电抗器L与一个高压晶闸管组件SCR通过滤波投切开关GK4对应串联连接。本实施例高压电抗器单元具体采用高压电抗器柜的形式。

本实施例中，还包括旁路断路器QF1，旁路断路器QF1的一端接入高压电源，另一端分别连接起动投切开关GK3、电机。通过旁路断路器QF1可以在电机完成软起动进入运行状态时将电机M进行短接，从而使得通过电气隔离措施在电机运行过程中将软启动支路完全退出来，以后续将TCR滤波补偿支路投入工作，提高装置利用率同时减少资源浪费。接入旁路断路器QF1后，将旁路断路器QF1分闸则还可以使电机M自然停机。

本实施例中，旁路断路器QF1、接入断路器QF2均采用高压开关柜断路器，通过高压开关柜执行电路保护，也可以根据实际需求采用其他可控制自动合闸、分闸的开关。参见图1所示，在电机进入运行状态时接入高压开关柜1，通过高压开关柜1提供电机M的各种保护；高压晶闸管阀组单元通过第一隔离开关、高压开关柜2接入高压母线电源，通过高压开关柜2的断路器QF2接入电源并进行电路保护。

本实施例中，第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2、软起动投切开关GK3以及滤波投切开关GK4均采用刀闸开关，可以实现手动合、分闸。各刀闸开关一起组合构成隔离检修柜的形式，第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2实现高压晶闸管阀组单元的隔离，同时在电机需要执行检修时，通过将软起动投切开关GK3合闸以及断开旁路接触器QF1将电机M与电源完全断开。

采用本发明上述结构，能够在电机软起动过程中提供基于晶闸管阀组的高压软启动功能，在电机进行运行状态后短接电机M可以完全退出高压软启动功能，减少装置的闲置状态，通过开关切换还可以方便的使电机停机、执行电机安全检修，以及控制执行TCR滤波补偿功能，使用方便且灵活。

本实施例高压晶闸管阀组单元还包括控制系统，控制系统通过光纤分别与各高压晶闸管组件SCR连接，通过控制系统向各晶闸管发送触发脉冲，并实现参数检测以及装置保护功能。控制系统具体包括两套分别对应控制两条支路的控制程序，实现双重控制处理以及设定，即当高压晶闸管阀组单元连接用来实现软起动的软起动支路时，控制系统通过控制晶闸管改变电机上的电压，实现电机的软起动；当高压晶闸管阀组单元连接用来实现TCR滤波补偿的TCR滤波补偿支路时，控制系统检测电网中功率因数，并根据功率因数控制晶闸管触发导通调节电抗器L的饱和度，实现TCR滤波补偿，即电网无功的调节。

本发明进一步提供一种基于上述装置的实施方法，该实施方法包括当需要对电机执行软起动时的电机软起动步骤以及当需要执行TCR滤波补偿时的TCR滤波补偿步骤；

电机软起动步骤包括：将第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2、软起动投切开关GK3合闸，以及滤波投切开关GK4分闸；将接入断路器QF2合闸后，通过控制高压晶闸管阀组单元中晶闸管导通对电机执行软起动；

TCR滤波补偿步骤包括：将第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2、滤波投切开关GK4合闸，以及软起动投切开关GK3分闸；将接入断路器QF2合闸后，检测电网中的功率因数，且当检测到电网中功率因数低于预设值时，通过控制高压晶闸管阀组单元中晶闸管导通调节高压电抗器单元的输入电流，以执行TCR滤波补偿；本实施例具体是通过晶闸管阀组单元的控制系统检测电网中的功率因数，并控制发出命令使晶闸管触发导通调节电抗器L的饱和度，最终完成电网无功调节、进行功率补偿。

本实施例中，进一步的电机软起动步骤后还包括旁路电机转入运行状态步骤，具体步骤为：在电机转速上升至额定转速、以及起动电流下降至电机额定电流以下时，通过控制连接在高压电源与电机之间的旁路断路器QF1将电机进行旁路，电机进入运行状态。

本实施例执行电机“软起动”的工作流程具体为：先将第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2、软启动投切开关GK3开关合闸，以及滤波投切开关GK4分闸，再将接入断路器QF2合闸，此时高压晶闸管阀组单元与电机M回路接通，然后由高压晶闸管阀组单元的控制系统发出“起动”指令，控制晶闸管触发导通，使电机M按照设定曲线进行“软起动”过程；一段时间后电机M的转速上升至额定转速（或接近额定转速）、起动电流下降至电机额定电流以下时，由高压晶闸管阀组单元的控制系统发出旁路接触器QF1进行旁路指令，控制高压开关柜1的旁路接触器QF1合闸，电机M完全进入运行状态；电机进入运行状态后，将软启动投切开关GK3分闸，软起动支路完全退出。该电机“软起动”过程中由高压晶闸管阀组单元提供各种保护，电机进入运行状态后则由高压开关柜1中电机保护装置提供电机各种保护。

本实施例中，进一步的电机处于运行状态时，通过旁路断路器QF1的分闸控制电机停机。具体的，本实施直接在高压开关柜1上按旁路接触器QF1分闸按钮，即可实现电机M自然停机。

本实施例中，进一步的电机处于运行状态时，电机处于运行状态时，当需要对电机进行检修操作时，将所述旁路断路器QF1、软起动投切开关GK3分闸。具体的，本实施例直接将第一隔离开关QF1、软起动投切GK3开关断开，电机与电源之间将有明显的断点，使电机处于完全安全状况，可以进行安全检修。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种高压软起动和TCR滤波一体化装置，其特征在于：包括高压晶闸管阀组单元、高压电抗器单元、以及软起动投切开关GK3、滤波投切开关GK4，所述晶闸管阀组单元的一端通过接入断路器QF2、第一隔离开关GK1接入高压电源，另一端通过第二隔离开关GK2分别连接两条支路，一条支路通过所述软起动投切开关GK3接入电机，用来实现对电机的软起动；另一条支路通过所述滤波投切开关GK4接入所述高压电抗器单元，所述高压电抗器单元的输出端与所述第一隔离开关GK1的输入端连接，用来实现TCR滤波补偿；

将所述第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2、软起动投切开关GK3合闸，以及所述滤波投切开关GK4分闸；将接入断路器QF2合闸后，通过控制所述高压晶闸管阀组单元中晶闸管导通对电机执行软起动；

将所述第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2、滤波投切开关GK4合闸，以及所述软起动投切开关GK3分闸；将接入断路器QF2合闸后，检测电网中的功率因数，且当检测到电网中功率因数低于预设值时，通过控制所述高压晶闸管阀组单元中晶闸管导通调节高压电抗器单元的输入电流，以执行TCR滤波补偿。

2.根据权利要求1所述的高压软起动和TCR滤波一体化装置，其特征在于：还包括旁路断路器QF1，所述旁路断路器QF1的一端接入高压电源，另一端分别连接所述软起动投切开关GK3、电机。

3.根据权利要求2所述的高压软起动和TCR滤波一体化装置，其特征在于：所述旁路断路器QF1采用高压开关柜断路器。

4.根据权利要求3所述的高压软起动和TCR滤波一体化装置，其特征在于：所述接入断路器QF2采用高压开关柜断路器。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的高压软起动和TCR滤波一体化装置，其特征在于：所述高压晶闸管阀组单元包括三个分别对应高压电源三相电的高压晶闸管组件，每个所述高压晶闸管组件包括反并联的两个高压晶闸管，通过高压晶闸管导通控制输出电流。

6.根据权利要求5所述的高压软起动和TCR滤波一体化装置，其特征在于：所述高压电抗器单元包括三个高压电抗器，每个高压电抗器与一个所述高压晶闸管组件通过所述滤波投切开关GK4对应串联连接。

7.基于权利要求1～6中任意一项所述的高压软起动和TCR滤波一体化装置的实施方法，其特征在于：该实施方法包括当需要对电机执行软起动时的电机软起动步骤以及当需要执行TCR滤波补偿时的TCR滤波补偿步骤；

所述电机软起动步骤包括：将所述第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2、软起动投切开关GK3合闸，以及所述滤波投切开关GK4分闸；将接入断路器QF2合闸后，通过控制所述高压晶闸管阀组单元中晶闸管导通对电机执行软起动；

所述TCR滤波补偿步骤包括：将所述第一隔离开关GK1、第二隔离开关GK2、滤波投切开关GK4合闸，以及所述软起动投切开关GK3分闸；将接入断路器QF2合闸后，检测电网中的功率因数，且当检测到电网中功率因数低于预设值时，通过控制所述高压晶闸管阀组单元中晶闸管导通调节高压电抗器单元的输入电流，以执行TCR滤波补偿。

8.根据权利要求7所述的实施方法，其特征在于：所述电机软起动步骤后还包括旁路电机转入运行状态步骤，具体步骤为：在电机转速上升至额定转速、以及起动电流下降至电机额定电流以下时，通过控制连接在高压电源与电机之间的旁路断路器QF1将电机进行旁路，电机进入运行状态。

9.根据权利要求8所述的实施方法，其特征在于：电机处于运行状态时，通过所述旁路断路器QF1的分闸控制电机停机。

10.根据权利要求8或9所述的实施方法，其特征在于：电机处于运行状态时，当需要对电机进行检修操作时，将所述旁路断路器QF1、软起动投切开关GK3分闸。