CN106026131A - 湿法冶金作业过程中电能质量控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种湿法冶金作业过程中电能质量控制装置及方法，大容量电解整流器连接在待补偿母线上，电能质量控制装置本体并联在补偿母线上，补偿母线通过进线柜与待补偿母线连接；信号检测装置、自动控制装置、微机保护装置和后台监控系统分别与电能质量控制装置本体连接。本发明针对湿法冶金系统大容量整流器所产生的特征谐波，采用电能质量控制装置，各滤波支路能够滤除对应的谐波，并且能够动态的、快速的、连续的对无功功率进行补偿，较现有方案有较高的性价比，具有良好的社会经济效益，适于在湿法冶金系统推广使用。

Description

湿法冶金作业过程中电能质量控制装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动化技术领域，具体是涉及一种湿法冶金作业过程中电能质量控制装置及方法。

背景技术

有色金属冶炼厂的生产规模日趋大型化，从而使得湿法冶金系统采用的电解整流设备容量不断增大。进而使得电解整流设备产生的谐波，输入企业自身配电系统及电网的问题尤为突出。大规模铜冶炼厂湿法冶金系统电解整流器通常采用双反星形带平衡电抗器的接线结构。为抑制幅值较高的较低次谐波，整流器通常制成12脉波的联接方式。这样12脉波的整流装置产生11次、13次、23次等特征谐波，减少了幅值较高的5次、7次谐波。在电解槽面不作业时，5次、7次谐波电流值均未超出国家电能质量标准要求；但当电解槽面进行出、装槽作业时，由于直流侧负载的变化引起电解整流变交流侧有载调压开关档位的升、降粗调变化,以及整流器可控硅触发角度的细调变化，5次、7次谐波有持续30分钟左右的突增阶跃的变化，超出国家电能质量标准要求。在电解车间持续生产过程中，11次、13次谐波大电流均超出国家电能质量标准的要求。

这将导致电网中的谐波污染非常严重，恶化电网供电质量，并产生一系列的问题，如：电能传输和利用效率降低；电气设备发热严重，加速绝缘老化，降低使用寿命，甚至发生故障或烧毁；干扰通讯；保护开关误动作等。

现有的湿法冶金系统主要采用无功补偿装置提高电能质量，其主要是将总补偿容量的电容器分为多个电容器组，根据负荷大小自动投切电容器组，尽可能的达到无功平衡。在此模式下，若要得到较高的补偿精度，就需要将总补偿容量分成更多的组，这将造成设备投资增大，占地空间增大，设备可靠性降低等问题。

发明内容

本发明针对上述不足，提出了一种湿法冶金作业过程中电能质量控制装置及方法，以实现电能质量各项指标性能优良，增强对环境适应能力，同时降低制造和维护成本。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现。湿法冶金作业过程中电能质量控制装置，大容量电解整流器与待补偿母线连接，电能质量控制装置本体与补偿母线并联，补偿母线通过进线柜与待补偿母线连接，信号检测装置、自动控制装置、微机保护装置和后台监控系统分别与电能质量控制装置本体连接；信号检测装置通过各检测元件实时地检测系统的电压、电流及功率因数；自动控制装置通过设定的目标值来控制电能质量控制装置本体的运行；微机保护装置通过采集到的电压、电流保护信号对电能质量控制装置本体进行保护；后台监控系统对运行参数进行实时地监测、历史数据查询、分析；

所述电能质量控制装置本体包括进线柜、5次滤波支路、7次滤波支路、11次滤波支路、13次及高通滤波支路、磁控电抗器支路和控制屏。进线柜、5次滤波支路、7次滤波支路、11次滤波支路、13次及高通滤波支路和磁控电抗器支路连接补偿母线；控制屏通过控制电缆分别与进线柜、5次滤波支路、7次滤波支路、11次滤波支路、13次及高通滤波支路、磁控电抗器支路连接。

一种湿法冶金作业过程中电能质量控制装置的控制方法，控制屏通过采集检测到的电压信号和电流信号，得出各滤波支路的投切规则，发出控制指令控制各滤波支路的投切开关，通过各滤波支路已配置好的分支电容和电抗串联回路，对于需要滤除的相应频率谐波电流提供低阻抗通道，吸收该谐波电流；并且，由于负载变化引起的无功功率及谐波电流治理支路容性负载的接入的总变化，通过控制屏内MCR（磁控电抗器）控制器对系统无功功率进行采集；通过自动控制晶闸管的导通角，改变铁芯的磁饱和度，实现电抗值的连续可调，从而调节电抗器的输出容量，中和电容器组的容性无功功率，使无功功率连续可调，实现无功功率的柔性补偿。

本发明的湿法冶金作业过程中电能质量控制装置及其控制方法，适于在湿法冶金系统的电能质量控制。

本发明的优点在于，通过控制屏的控制指令改变晶闸管的导通角，调节磁控电抗器铁芯的磁饱和度，改变其输出的感性无功功率，中和电容器组的容性无功功率，实现无功功率的连续可调。通过各滤波支路对系统谐波进行治理，并对基波进行无功补偿。通过调节磁控电抗器的磁饱和度，实现电抗值的连续可调，从而调节电抗器的输出容量，实现无功功率的柔性补偿。控制屏采用全数字自动控制方法，在供电系统侧由于负荷变化引起的无功功率变化及谐波电流治理支路容性负载的变化的情况下，仍具有良好的动态性能及稳定精度。对装置设备的运行参数进行实时地监测、历史数据查询、分析。总之，本发明针对湿法冶金系统大容量整流器所产生的特征谐波，各滤波支路能够滤除对应的谐波，并且能够动态的、快速的、连续的对无功功率进行补偿，较现有技术有较高的性价比，具有良好的社会经济效益，适于在湿法冶金系统推广使用。

附图说明

图1是本发明的系统原理图;图2是本发明的一个实施例的系统结构示意图;

图中：1－大容量电解整流器，2－电能质量控制装置本体，3－自动控制装置，4－信号检测装置，5－微机保护装置，6－待补偿母线，7－补偿母线，8－后台监控系统；

101-进线柜，102-5次滤波支路，103-7次滤波支路，104-11次滤波支路，105-13次及高通滤波支路，106-磁控电抗器支路，107-控制屏。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，其显示了一种湿法冶金作业过程中电能质量控制的系统原理图。其中湿法冶金系统的大容量电解整流器1连接在待补偿母线6上，其在运行过程中将产生大量的谐波电源。电能质量控制装置本体2并联在补偿母线7上，补偿母线7通过进线柜101与待补偿母线6连接。信号检测装置4通过各检测元件实时地检测系统的电压、电流及功率因数。自动控制装置3通过设定的目标值来控制电能质量控制装置本体2的运行，以实现根据工况自动地进行电能质量控制。微机保护装置5通过采集到的电压、电流保护信号对电能质量控制装置本体2进行保护。后台监控系统8采用了多项先进软件技术、软件算法、以最优的软件方案实现对本套系统装置设备的运行参数进行实时地监测、历史数据查询、分析。

如图2，详细地显示了电能质量控制装置本体2的系统电路结构图。电能质量控制装置本体2包括进线柜101、5次滤波支路102、7次滤波支路103、11次滤波支路104、13次及高通滤波支路105、磁控电抗器支路106和控制屏107。

一种湿法冶金作业过程中电能质量控制装置的控制方法，控制屏107通过采集检测到的电压信号和电流信号，得出各滤波支路的投切规则，发出控制指令控制各滤波支路的投切开关，通过已配置好的分支电容和电抗串联回路，对于需要滤除的相应频率谐波电流提供低阻抗通道，吸收该谐波电流；并且，由于负载变化引起的无功功率及谐波电流治理支路容性负载的接入的总变化，通过控制屏107内MCR控制器对系统无功功率进行采集；通过自动控制晶闸管的导通角，改变铁芯的磁饱和度，实现电抗值的连续可调，从而调节电抗器的输出容量，中和电容器组的容性无功功率，使无功功率连续可调，实现无功功率的柔性补偿。

本发明由待补偿母线6通过进线电源柜向补偿母线7供电，并在补偿母线7上设有5次滤波支路102、7次滤波支路103、11次滤波支路104、13次及高通滤波支路105和磁控电抗器支路106（MCR支路），另配套有控制屏107。各滤波支路均包括有电容器和固定电抗器，投切开关连接在补偿母线7上。通过采集到的电压信号和电流信号，控制屏107发出控制指令控制投切开关，滤除对应的谐波；磁控电抗器MCR连接在补偿母线7上，通过控制屏107的控制指令改变晶闸管的导通角，调节磁控电抗器支路106铁芯的磁饱和度，改变其输出的感性无功功率，中和电容器组的容性无功功率，实现无功功率的连续可调。

本发明采用了固定电容器组滤波支路和磁控电抗器支路106相结合的电能质量控制装置本体2，通过各滤波支路对系统谐波进行治理，并对基波进行无功补偿。当负载中无功功率发生变化时，通过调节磁控电抗器支路106的磁饱和度，实现电抗值的连续可调，从而调节磁控电抗器支路106的输出容量，实现无功功率的柔性补偿。

本发明所述的控制屏107采用全数字自动控制方法，使得电能质量控制装置本体2在供电系统侧由于负荷变化引起的无功功率变化及谐波电流治理支路容性负载的变化的情况下，仍具有良好的动态性能及稳定精度。

本发明配套后台监控系统8，主要对本套系统装置设备的运行参数进行实时地监测、历史数据查询、分析。

实施例：进线柜101包括进线电流互感器、电压互感器、零序电流互感器。进线电流互感器和电压互感器主要用于将电网电压转换为标准的二次电流和二次电压，以便测控和保护装置使用。电流互感器将系统高压侧的电流转换为5A的标准二次电流；电压互感器将系统高压转换成100V的标准二次电压。当电路中发生触电或漏电故障时，零序电流互感器二次侧输出零序电流，向微机保护装置5发出信号，微机保护装置5根据该信号向断路器发出跳闸指令，从而将故障部分隔离，保护人身和设备安全。

各次滤波支路（5 次、7次、11次和13次及高通滤波支路102~105）包括若干投切开关、滤波电容器组、滤波电抗器、放电线圈和氧化锌避雷器。自动控制装置3可以根据信号检测装置4采集到的电网各项参数值来实时控制投切对应的断路器，从而控制投入的滤波电容器组和滤波电抗器的数量。滤波电容器组和滤波电抗器组成谐振电路，使其在规定的频率点上谐振，滤除特定的高次谐波，同时可以实现系统的无功补偿及限制电容器组投入电网时的浪涌电流。放电线圈与并联电容器连接，使电容器组从系统中切除后的剩余电荷迅速泄放。氧化锌避雷器能够很好地起到泄流和开断的作用。

磁控电抗器支路106通过控制可控硅的控制角进行自动调节磁控电抗器的磁饱和度，改变其输出感性无功功率，中和电容器组的容性无功功率，使无功功率的连续可调，真正实现柔性补偿。

控制屏107根据实时检测的系统电压、电流及功率因数，根据与设定的目标功率因数实时控制各滤波支路的投切开关，同时控制调整磁控电抗器的参数，使装置既能滤除谐波又能兼做无功补偿。

Claims (3)

1.湿法冶金作业过程中电能质量控制装置，大容量电解整流器与待补偿母线连接，电能质量控制装置本体与补偿母线并联，补偿母线通过进线柜与待补偿母线连接，其特征在于，信号检测装置、自动控制装置、微机保护装置和后台监控系统分别与电能质量控制装置本体连接；信号检测装置通过各检测元件实时地检测系统的电压、电流及功率因数；自动控制装置通过设定的目标值来控制电能质量控制装置本体的运行；微机保护装置通过采集到的电压、电流保护信号对电能质量控制装置本体进行保护；后台监控系统对运行参数进行实时地监测、历史数据查询、分析；

所述电能质量控制装置本体包括进线柜、5次滤波支路、7次滤波支路、11次滤波支路、13次及高通滤波支路、磁控电抗器支路和控制屏;进线柜、5次滤波支路、7次滤波支路、11次滤波支路、13次及高通滤波支路和磁控电抗器支路连接补偿母线；控制屏通过控制电缆分别与进线柜、5次滤波支路、7次滤波支路、11次滤波支路、13次及高通滤波支路、磁控电抗器支路连接。

2.一种如权利要求1所述的装置的电能质量控制方法，其特征在于，控制屏通过采集检测到的电压信号和电流信号，得出各滤波支路的投切规则，发出控制指令控制各滤波支路的投切开关，通过各滤波支路已配置好的分支电容和电抗串联回路，对于需要滤除的相应频率谐波电流提供低阻抗通道，吸收该谐波电流；并且，由于负载变化引起的无功功率及谐波电流治理支路容性负载的接入的总变化，通过控制屏内MCR（磁控电抗器）控制器对系统无功功率进行采集；通过自动控制晶闸管的导通角，改变铁芯的磁饱和度，实现电抗值的连续可调，从而调节电抗器的输出容量，中和电容器组的容性无功功率，使无功功率连续可调，实现无功功率的柔性补偿。

3.根据权利要求1或2所述的湿法冶金作业过程中电能质量控制装置及控制方法，其特征在于，适用于在湿法冶金系统的电能质量控制。