CN201518419U - 矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统，包括控制终端、高压控制器、中压控制器、低压控制器、若干路高压补偿装置、中压补偿装置、低压补偿装置及与矿热炉供电线路上的高压端、中压端和低压端相连的各交流电路参数采集模块。各交流电路参数采集模块接控制终端，控制终端与内有多个开关设备的高、中、低压控制器相连，若干路高、中、低压补偿装置分别与高、中、低压控制器的开关设备一一相连后再连接到矿热炉供电线路上的高、中、低压端。本实用新型根据矿热炉炉体的电气性能及工作性质确定补偿点，综合高、中、低压补偿装置并进行自动投切，提高矿热炉功率因数，降低线路损耗，延长补偿装置使用寿命，提高炉用变压器的利用率。

Description

矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种矿热炉补偿装置，尤其涉及一种矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统。

背景技术

矿热炉是一种用于硅系、锰系、铬系和其他铁合金品种、电石及黄磷的冶炼设备。它是由电能通过电炉变压器、短网、电极到炉料，以电弧和电阻发热的形式将炉料熔化，再经化学反应产生铁合金、电石、黄磷等产品。矿热炉属高能耗、高污染设备，要提高炉用变压器的利用率就要降低电炉的电感值或合理选择电阻值。由于矿热炉是低电压、大电流系统，所以导体的截面积很大，电抗也大，导致炉子的功率因数很低。当矿热炉结构已确定的情况下，一般通过加装电容无功补偿装置来提高功率因数、增加有功功率。此种情况下，大量的无功电流将直接流经电容补偿装置，从而减小感性电流，提高矿热炉的功率因数。补偿装置的安装点不同，得到的补偿效果是不同的。目前，矿热炉一般只简单地从一处进行补偿，要么高压侧补偿要么低压侧补偿，没有根据炉子的具体情况选择不同的补偿点，容易造成电容补偿装置的损坏。特别是完全采用低压侧补偿的电容器，由于低压侧电流大，涡流损耗大，冲击电流大，很容易造成补偿电容器的损坏。全部在高压侧补偿，则炉用变压器的利用率没有提高，只提高了公共联接点处的功率因数，并不能解决矿热炉短网三相电压不平衡问题，不利于提高炉子的利用率。另外在高压侧简单加装滤波装置，还可能引起系统谐波放大或使系统中其它用户的谐波流入本滤波回路，从而承担了同一母线上所有谐波源谐波的吸收，造成滤波回路的谐波电流的过载，从而导致滤波装置电气件的损坏。

发明内容

本实用新型主要解决原有的矿热炉补偿方案要么从高压侧进行补偿或滤波要么只从低压侧进行补偿，没有根据炉子的具体情况选择不同的补偿点，容易造成滤波补偿装置电气件的损坏，而且高压侧补偿只提高了公共联接点处的功率因数，不利于提高矿热炉的利用率的技术问题；提供一种根据矿热炉的不同的电气性能及不同的矿热炉数量，并依据矿热炉的工作性质，选择高、中、低压不同的补偿点并自动投切高、中、低压补偿装置，从而延长补偿装置的使用寿命，有效提高矿热炉的功率因数，改善矿热炉三相电压的强弱相状态，提高矿热炉炉用变压器的利用率的矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本实用新型包括控制终端、高压控制器、低压控制器、若干路高压补偿装置、若干路低压补偿装置及设于矿热炉供电线路上的高压端和低压端的交流电路参数采集模块，所述的交流电路参数采集模块与所述的控制终端相连，所述的控制终端又与所述的高、低压控制器相连，所述的高、低压控制器均有多个开关设备，所述的若干路高压补偿装置分别与高压控制器的开关设备一一相连后再连接到矿热炉供电线路上的高压端，所述的若干路低压补偿装置分别与低压控制器的开关设备一一相连后再连接到矿热炉供电线路上的低压端。交流电路参数采集模块采用高速DSP和MCU控制器，采用卡装式结构。控制终端是一台计算机，交流电路参数采集模块插在控制终端主机的主板上。交流电路参数采集模块高速采集三相电压和三相电流，获取功率、功率因素、有功电度、无功电度，计算各相谐波电压、各相谐波电流。上述数据再传送给控制终端，由控制终端结合矿热炉的工作性质，作出综合分析和判断，确定补偿点，再发出控制信号给控制器使之控制相应开关设备的开合，实现符合要求的高、低压补偿装置的自动投切，完成高、低压补偿。控制终端上还可实时显示矿热炉供电线路的情况。

作为优选，还包括微机保护单元，所述的微机保护单元与所述的高压补偿装置及低压补偿装置相连，所述的微机保护单元又与所述的控制终端相连。微机保护单元采用16位微处理器芯片、交流采样技术实现高、低压补偿装置的过压、欠压、二段过流、欠流、不平衡保护、事故电流及时刻记录、串口通讯接口、故障报警显示。

作为优选，还包括中压控制器、若干路中压补偿装置及设于矿热炉供电线路上的中压端的交流电路参数采集模块，该交流电路参数采集模块与所述的控制终端相连，所述的控制终端又与所述的中压控制器相连，所述的中压控制器有多个开关设备，所述的若干路中压补偿装置分别与中压控制器的开关设备一一相连后再连接到矿热炉供电线路上的中压端。当矿热炉的炉用变压器有补偿绕组时可设置中压补偿装置，实现中压补偿。中压补偿装置也是通过控制终端发出信号给控制器使之控制相应开关设备的开合完成自动投切的。中压补偿由于电压高，中压补偿装置的额定电流小，且中压补偿装置可远离矿热炉炉体，中压补偿装置温度低，损坏率低。与低压补偿相比，中压补偿的成本要低许多。

作为优选，所述的中压补偿装置与微机保护单元相连，该微机保护单元与所述的控制终端相连。微机保护单元采用16位微处理器芯片、交流采样技术实现高、低压补偿装置的过压、欠压、二段过流、欠流、不平衡保护、事故电流及时刻记录、串口通讯接口、故障报警显示。

作为优选，所述的矿热炉供电线路的低压端的A、B、C三相上分别通过低压控制器中独立控制的开关设备连接有各自的低压补偿装置。低压端的A、B、C三相上的低压补偿装置是否投切，由各自独立的信号控制，实现三相不等量补偿，减少电极三相电压的不平衡，使三相补偿点的运行电压保持一致。低压补偿装置可集中布置在电炉变压器的周围，占地面积较小。可串接电抗率1％的串联电抗器，对电弧电流产生的11、13、17、19、21、22、23、25次高次谐波有抑制吸收作用。低压补偿可提高矿热炉功率因数0.90以上，节能效果好，由于功率因数的提高，会在二次释放视在功率，其有功部分直接输入到电炉内做功。由于矿热炉的功率因数较低，矿热炉的利用率要提高10％以上，特别是对大容量矿热炉，效率提高更明显。可降低短网损耗。低压补偿解决三相短网布置的不平衡，特别是三相炉用变压器的各相短网长度相差很大，形成强、弱相现象，使用单相分别补偿，可以综合调节各相补偿容量，使三相电极的有效工作电压一致，平衡电极电压，均衡三相吃料。在补偿后根据炉况调节冶炼档位和相关工艺参数，使电极作业面积扩大，达到增产降耗的目的。

作为优选，所述的矿热炉供电线路的高压端的A、B、C三相上分别通过高压控制器中统一控制的开关设备连接有各自的高压补偿装置。高压端的A、B、C三相上的高压补偿装置是统一投切的，由同一个控制信号统一控制，实现三相同时高压补偿。高压补偿只提高关口处的功率因数，对炉用变压器的利用率提高很少。加装滤波补偿装置，保证谐波不超标。适用于直流电弧炉的滤波补偿方式，接于降压变的二次侧。电压较低，滤波效果好。高压补偿装置在几台炉子共用一个母线且母联开关闭合时，可加装在降压变压器的二次侧，滤波效果要好，电网谐波也不会流入滤波回路中。

本实用新型的有益效果是：通过交流电路参数采集模块自动跟踪矿热炉炉体的功率因数及电压值，获得矿热炉供电线路上不同位置处的的电气性能，并依据矿热炉的工作性质，由控制终端作出综合分析和判断，确定补偿点，发出控制信号给控制器控制相应开关设备的开合，自动投切相应的高、中、低压补偿装置，克服了原来手工投切的不便和不安全性，而且在控制终端上可实时显示矿热炉供电线路的情况。采用高、中、低压补偿装置相结合的补偿方案，有效延长补偿装置的使用寿命，提高矿热炉的功率因数，降低线路损耗，改善矿热炉三相电压的强弱相状态，提高矿热炉炉用变压器的二次电压，从而提高矿热炉炉用变压器的利用率，增加冶炼有效输入功率，达到增产、降耗的目的。

附图说明

图1是本实用新型的一种系统连接结构示意图。

图2是本实用新型的又一种系统连接结构示意图。

图中1.控制终端，2.高压控制器，3.低压控制器，4.高压补偿装置，5.低压补偿装置，6.交流电路参数采集模块，7.微机保护单元，8.中压控制器，9.中压补偿装置，10.矿热炉。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本实施例的矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统，如图1所示，包括一个控制终端1、一个微机保护单元7、一个高压控制器2、一个低压控制器3、三路高压补偿装置4、三路低压补偿装置5及两个交流电路参数采集模块6。交流电路参数采集模块6采用WB1831BX5负荷控制交流电路参数含谐波采集模块，其采用高速DSP和MCU控制器，为卡装式结构。控制终端1选用研祥的EC5-1714CLDNA和PPC-1502 15寸LCD平板电脑作为控制显示记录载体，实现四遥功能。两个交流电路参数采集模块6插在控制终端1的电脑主板上，交流电路参数采集模块6的采集数据线分别连接在矿热炉10供电线路上的高压端和低压端。控制终端1的控制线与高、低压控制器2、3相连，高、低控制器2、3内均有多个开关设备。三路高压补偿装置4一一通过高压控制器2内的三个开关设备连接到矿热炉供电线路上的高压端的A、B、C三相上，三路低压补偿装置5一一通过低压控制器3内的三个开关设备连接到矿热炉供电线路上的低压端的A、B、C三相上。与高压补偿装置相连的三个开关设备受同一控制信号控制，与低压补偿装置相连的三个开关设备受各自独立的控制信号控制。微机保护单元7与高压补偿装置4及低压补偿装置5相连，微机保护单元7又与控制终端1相连。

实施例2：本实施例的矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统，如图2所示，还包括中压控制器8、多路中压补偿装置9及与矿热炉供电线路上的中压端相连的交流电路参数采集模块6，该交流电路参数采集模块6为卡装式插在控制终端1的电脑主板上，控制终端1的控制线与中压控制器8相连，中压控制器8有多个开关设备，多路中压补偿装置9一一通过中压控制器8的开关设备连接到矿热炉供电线路上的中压端。中压补偿装置9也与微机保护单元7相连。其余的同实施例1。

交流电路参数采集模块高速采集三相电压和三相电流，可采集电压、电流、功率、功率因素、有功电度、无功电度，计算各相谐波电压、各相谐波电流。模块在失电后能在终端可以保存数据3年以上。采用卡装式结构，安装、拆卸方便，被测信号、输出信号、电源之间互相隔离。

控制终端通过交流电路参数采集模块实时综合监测控制矿热炉高压、中压、短网低压补偿平台用电信息、谐波水平评估、电能优化装置运行情况、环境温度等，采用总线技术实现对下位机的监测控制。

微机保护单元采用16位微处理器芯片、交流采样技术实现滤波器的过压、欠压、二段过流、欠流、不平衡保护、事故电流及时刻记录、串口通讯接口、故障报警显示。

系统首先根据与高压端、低压端相连的两块交流电路参数采集模块采集到的采样数据中的二次侧分相电压值的高低、功率因数的大小，再根据每一相二次电压的高低及无功功率的大小，做为低压侧分相投切的依据。低压侧投切，主要以二次电压均衡做为分相补偿投切的依据。若此时检测到的低压端的无功功率达不到高压侧无功补偿装置投切设定的上、下值，控制终端发出命令给高压控制器，闭合相应的开关设备，投入高压补偿装置。在高压侧无功功率满足要求的上、下限投入门限值时(二者投、切范围宽)，可根据二次电压的高低，由控制终端发出命令给低压控制器，开闭相应的开关设备，对低压补偿装置(电容器)作出频繁的投与切。当然低压电容器的投切依据还要综合考虑电容器的残压值、电容器温度及环境温度、矿热炉工作时的电流晃动等因素。系统只对有补偿绕组的炉用变压器实现中压补偿，中压补偿装置也是通过控制终端发出信号给中压控制器使之控制相应开关设备的开合完成自动投切的。

矿热炉中还可安装智能温控、烟雾保护器，用于-50℃～150℃，耐压≥1千伏，测量母线排温度，引线为三芯屏蔽电缆。配用16路智能巡检仪可实现每路指示灯报警，统一开关量报警及与计算机通讯等功能。测温则通过红外光电传感器，联网输出/LED指示报警，环境适应性强，SMT工艺制造，稳定性强，防尘、防虫、抗白光干扰设计。

冶金行业的功率因数是矿热炉整体电气特性的重要指标之一，它是影响电炉日产量和电耗的重要参数。采用本实用新型后具有以下效果：

1、提高功率因数、降低线路损耗，减少供电部门对企业的罚款。

2、提高炉用变压器的利用率，降低短网功率损耗，增加冶炼有效输入功率，达到增产、降耗的目的。

3、采用不平衡低压补偿，综合调节各项补偿容量，使三相电极的有效工作电压一致。均衡三相吃料，调节冶炼档位和相关参数，使电极作业面积扩大，达到增产、降耗的目的。

4、综合确定低压电容器型号及串联电抗器的电抗率，降低低压补偿设备的损坏率。

5、降低由于低压侧大电流、低电压特点造成的补偿成本的提高。

6、根据矿热炉具体接线方式及供电系统短路容量，确定补偿方式及自动投切方式，避免矿热炉补偿装置的接入，线路上其它用户负荷产生的谐波电流流入，造成设备过流损坏。

7、合理确定高、中、低压补偿容量及补偿位置，以低压补偿平衡三相电压，减少三次谐波含量。再结合高、中压三相滤波装置，保证供电局考核点谐波含量不超标。

Claims (6)

1.一种矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统，其特征在于包括控制终端(1)、高压控制器(2)、低压控制器(3)、若干路高压补偿装置(4)、若干路低压补偿装置(5)及设于矿热炉供电线路上的高压端和低压端的交流电路参数采集模块(6)，所述的交流电路参数采集模块(6)与所述的控制终端(1)相连，所述的控制终端(1)又与所述的高、低压控制器(2、3)相连，所述的高、低压控制器(2、3)均有多个开关设备，所述的若干路高压补偿装置(4)分别与高压控制器(2)的开关设备一一相连后再连接到矿热炉供电线路上的高压端，所述的若干路低压补偿装置(5)分别与低压控制器(3)的开关设备一一相连后再连接到矿热炉供电线路上的低压端。

2.根据权利要求1所述的矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统，其特征在于还包括微机保护单元(7)，所述的微机保护单元(7)与所述的高压补偿装置(4)及低压补偿装置(5)相连，所述的微机保护单元(7)又与所述的控制终端(1)相连。

3.根据权利要求1或2所述的矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统，其特征在于还包括中压控制器(8)、若干路中压补偿装置(9)及设于矿热炉供电线路上的中压端的交流电路参数采集模块(6)，该交流电路参数采集模块(6)与所述的控制终端(1)相连，所述的控制终端(1)又与所述的中压控制器(8)相连，所述的中压控制器(8)有多个开关设备，所述的若干路中压补偿装置(9)分别与中压控制器(8)的开关设备一一相连后再连接到矿热炉供电线路上的中压端。

4.根据权利要求3所述的矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统，其特征在于所述的中压补偿装置(9)与微机保护单元(7)相连，该微机保护单元(7)与所述的控制终端(1)相连。

5.根据权利要求1或2所述的矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统，其特征在于矿热炉供电线路的低压端的A、B、C三相上分别通过低压控制器(3)中独立控制的开关设备连接有各自的低压补偿装置(5)。

6.根据权利要求1或2所述的矿热炉高、中、低压综合补偿控制系统，其特征在于矿热炉供电线路的高压端的A、B、C三相上分别通过高压控制器(2)中统一控制的开关设备连接有各自的高压补偿装置(4)。

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