CN202395456U - 矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电力无功功率补偿装置，特别适用于大容量31500KVA-60000KVA矿热炉变压器无功功率固定及动态补偿，具体涉及一种矿热炉高、低压动态节能补偿方法及成套装置。该方法及装置是通过炉变高压侧及中压侧安装高压无功分组自动投切补偿装置，针对矿热炉变压器高压一次侧进线电压为110kV和35kV的情况，用应该补偿的电容总容量的55％作为高压或中压补偿，用应该补偿的电容总容量的45％作为低压补偿；其45％低压补偿电容量进一步细分：3/5的低压总补偿电容量作为固定补偿，2/5的低压总补偿电容量作为动态补偿。根据电网的运行工况，采用可编程PLC逻辑控制，自动投切电容器组，使功率因数长期保持在0.92以上，投切过程无过电压冲击，增产节能，投资回报率高，回报快。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及电力无功功率补偿装置，特别适用于一种大容量31500KVA-60000KVA矿热炉变压器一次侧高压供电线路及二次侧低压短网无功功率固定补偿及动态补偿，具体涉及一种矿热炉高、低压动态节能补偿方法及成套装置。
【背景技术】
一般大容量31500KVA-60000KVA矿热炉二次低压短网的无功功率补偿，现有的技术一般采用的是动态分相不等量补偿方式，该方式具有提高变压器、大电流线路利用率，增加有效输入功率，综合调节各相补偿容量，平衡三相电极电压，改善三相的强弱相状况，提高功率因数，增产节能，提升并稳定二次低压供电电压，改善电网电能质量等优点，但在实际运行中存在如下的问题：因为采用的是集中式自动全动态补偿，而电网电压、频率和系统的有功和无功经常处于波动之中，有时侯变动还比较大，特别是有功功率和无功功率随着负荷的随机瞬时投入和退出和加载、减载等有很大变动，尤其是大容量31500KVA-60000KVA矿热炉由于用电量巨大，这些情况表现得更甚，由于整套电容全动态补偿装置时刻追踪短网系统有功和无功的变化，频繁进行“投入---切除”的操作，这样频繁的以“先投先切，循环投切”的方式投切大容量的电容器组，一方面对电网造成剧烈冲击，电压、电流波动的幅度大，强度高，对电网中其他用电设备的安全使用造成不利影响，另一方面
所述的分相单相电容固定及自动动态补偿柜的柜体(包含立柱和安装梁)采用不含镍的不锈钢材料制作而成。
【实用新型内容】
针对上述现有技术存在的问题，并经过对31500KVA-60000KVA矿热炉的实际运行工况进行详尽分析研究，本实用新型提出了一个切实可行的解决方案，即一种适用大容量31500KVA-60000KVA矿热炉高、低压动态节能补偿方法及成套装置，该补偿装置包括矿热炉高压一次进线侧的高压无功分组自动投切补偿装置及连接于矿热炉变压器二次侧与矿热炉三相电极之间短网上的电容固定及全自动动态补偿成套装置，对炉变高压一次侧及炉变二次低压侧分别进行可控高压补偿和低压补偿，通过可编程多功能网络电力仪表，实时监测短网上有功功率和无功功率的变化，分析计算出各相的功率因数值，再和程序设定值比较后，自动把采集数据送入PLC可编程控制主机，由其发出信号控制各相中相应的电容器组进行投切。投切过程无浪涌、过电压冲击，切实保护电容器组及用电设备安全，净化电网用电环境。
本实用新型提供的技术方案是：一种适用大容量31500KVA-60000KVA矿热炉高、低压动态节能补偿方法，该补偿方法是在炉变高压侧及中压侧安装高压无功分组自动投切补偿装置，针对于矿热炉变压器高压一次侧进线电压为110KV和35KV的情况，应用矿热炉变压器中间分别设计的35KV中压补偿和10KV的中压补偿，用应该补偿的电容总容量的55％作为中压或高压补偿， 在炉变二次低压侧用应该补偿的电容总容量的45％作为低压补偿；电容总容量的45％低压补偿电容量又进一步细分：3/5的低压总补偿电容量作为固定补偿，2/5的低压总补偿电容量作为动态补偿。
用补偿电容总容量的55％作为高压补偿，能显著提高高压线路功率因数，改善网络电压质量，减少一次侧电流，明显提高线路的供电能力，显著降低网络损耗，节约用电成本，同时又能够消除由于所有电容全部集中在低压侧进行无功补偿而造成需要补偿的容性电流巨大，对元器件参数选择要求高，发热量大，温升高以及矿热炉的各项电气性能指标难以达到理想效果的通病。
所述炉变二次低压侧用应该补偿的电容总容量的45％作为低压补偿，同时又进一步细分把3/5的低压总补偿电容量作为固定补偿，2/5的低压总补偿电容量作为动态补偿，这样60％的电容固定低压补偿量能很大程度上满足矿热炉短网上的无功基本需求，能在一定程度上稳定二次电压；而40％的电容器组作为动态低压补偿，则能灵活应对电网电压和频率的波动及炉况等其他因素的动态变化所造成的无功缺失，因为容量只占低压总补偿电容量的40％，因此这一部分的电容可选单台容量较小的电容(如12～18Kvar甚至更小)，即使在进行频繁投切时对电网和用户用电设备的影响也会较小。
矿热炉二次低压短网是一个低压大电流感性系统，矿热炉正常工作时，线路自然功率因素一般只能达到0.7～0.86左右，甚至有些会低至0.6，炉变二次出线端---短网---矿热炉电极---电弧间始终存在着巨大的无功需求，通常31500KVA以上的炉子其二次低压短网在没有进行无功补偿前，无功功率在2.2～4.2万Kvar之间，因此把总补偿容量的2/3作为固定补偿较为合理，以一组普通的运行中的40500KVA电石炉为例，在没有进行无功补偿前， 运行的炉况参数为：额定容量为40500KVA，实际运行容量48600KVA，一次电压36.5KV，二次运行电压220V，自然功率因数0.75，有功功率30000KVA，无功功率27208Kvar，若要求将功率因数从0.75提高到0.92以上，由公式Q＝P×{√(1/cos2φ1-1)-√(1/cos2φ2-1))，计算出理论补偿容量为Q＝21016Kvar，由于实际运行超载20％，所以Q＝21016×1.2＝25219Kvar，按照电容器利用系数0.95计算：Qc＝1.05Q＝26480Kvar，考虑到其他因数影响，总补偿容量适当放大，以满足任何工况的生产需要，最终取Qc＝27500Kvar。高压侧补偿容量：Qch＝0.55*27500＝15125(Kvar)，低压侧总补偿容量：QcL＝0.45*27500＝12375(Kvar)，低压侧固定补偿容量：Qc1＝0.6*12375＝7425(Kvar)，低压侧动态补偿容量：Qc2＝0.4*12375＝4950(Kvar)。把高压侧的15125(Kvar)容量的电容器组及低压侧的固定补偿容量7425(Kvar)投入长期运行时，功率因数能够从0.75提升至0.89，增加了0.14，已极大改善了短网无功不足的状况，剩余4950Kvar作为动态补偿量，由二次低压节能动态补偿控制柜中的可编程多功能网络电力仪表，实时监测短网上有功和无功的变化，分析计算出各相的功率因数值，再和程序设定值比较后，自动把采集数据送入PLC可编程控制主机，由其发出信号控制各相中相应的电容器组进行投切。
本实用新型还提供了一种适用大容量31500KVA-60000KVA矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置，该补偿装置至少包括矿热炉高压一次进线侧的高压无功分组自动投切补偿装置及连接于矿热炉变压器二次侧与矿热炉三相电极之间短网上的电容固定及全自动动态补偿成套装置。
所述的高压无功分组自动投切补偿装置由无功补偿自动控制器、高压并联电容器、真空接触器、放电线圈、氧化锌避雷器、隔离开关、单台电容器 保护熔断器等电器组成；所述的电容固定及全自动动态补偿成套装置作为低压电容补偿成套装置，至少由二次低压节能无功补偿控制柜和分相电容二次低压节能固定补偿柜及全自动动态补偿柜组成。
所述的二次低压节能无功补偿控制柜至少由PLC可编程逻辑控制器、可编程网络电力仪表、可编程智能仪表、功率因数表、触摸屏组成。所述的分相电容二次低压节能固定补偿柜至少由支路熔断器、电流互感器、单相电力电容器、谐波滤波器(或电抗器)、电容补偿专用交流接触器或低压真空接触器、分支三极空气断路器依次串接组成。所述的分相电容二次低压节能全自动动态补偿柜至少由支路熔断器、电流互感器、单相电力电容器、谐波滤波器(或电抗器)、新型组合开关(由正反向并联可控硅和专用交流接触器组成)、分支三极空气断路器依次串接组成。
所述的电容固定及全自动动态节能补偿装置是在电流互感器后，并联了数组结构相同的电路，这些电路均由单相电力电容器、谐波滤波器(电抗器)、新型组合开关(或电容补偿专用接触器、低压真空接触器)、分支空气断路器依次串接而成。
所述的新型组合开关是由正反向并联的单向可控硅和与之背靠背的交流接触器上下端头分别并联组合而成。
所述的电容固定及全自动动态节能补偿装置是分相设置的，由六只支路熔断器分别进行保护的六路补偿支路单元构成一个单相的电容自动动态补偿柜，每一相(A、B、C相)的无功补偿都由1～3个(或以上)这样的单相电容自动动态补偿柜组成；由六只支路熔断器分别进行保护的六路补偿支路单元构成一个单相的电容固定补偿柜，每一相(A、B、C相)的无功补偿都由1～3个(或以上)这样的单相电容固定补偿柜组成。
所述的分相单相电容固定及自动动态补偿柜的柜体(包含立柱和安装梁)采用不含镍的不锈钢材料制作而成。
【附图说明】
图1是矿热炉高压无功分组自动投切补偿装置原理图。
图2是矿热炉无功电容固定及动态补偿柜补偿电路原理图。
图3是矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置的布置示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是矿热炉高压无功分组自动投切补偿装置原理图，高压无功分组自动投切补偿装置由无功补偿自动控制器、隔离开关1、真空接触器2、谐波滤波器3、氧化锌避雷器4、放电线圈5、保护熔断器6、高压并联电容器7等电器组成，在炉变高压及中压侧安装高压无功分组自动投切补偿装置中，针对矿热炉变压器高压一次侧进线电压为110KV和35KV的情况，应用矿热炉变压器中间分别设计的35KV中压补偿和10KV的中压补偿，用应该补偿的电容总容量的55％作为高压或中压补偿，在炉变二次低压侧用应该补偿的电容总容量的45％作为低压补偿；电容总容量的45％低压补偿电容量又进一步细分：3/5的低压总补偿电容量作为固定补偿，2/5的低压总补偿电容量作为动态补偿。
图2是矿热炉无功电容固定及动态补偿柜补偿电路原理图，所述的电容固定补偿柜至少由支路熔断器15、电流互感器14、单相电力电容器13、谐波滤波器12、电容补偿专用交流接触器9、分支三极空气断路器8依次串接 组成；所述的电容动态补偿柜至少由支路熔断器15、电流互感器14、单相电力电容器13、谐波滤波器12、新型组合开关11(由正反向并联可控硅10和专用交流接触器9组成)、分支三极空气断路器8依次串接组成。炉变二次低压侧用应该补偿的电容总容量的45％作为低压补偿，同时又进一步细分把3/5的低压总补偿电容量作为固定补偿，2/5的低压总补偿电容量作为动态补偿，由二次低压节能动态补偿控制柜中的可编程多功能网络电力仪表，实时监测短网上有功和无功的变化，分析计算出各相的功率因数值，再和程序设定值比较后，自动把采集数据送入PLC可编程控制主机，由其发出信号控制各相中相应的电容器组进行投切。
图3中矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置的布置是在炉变高压及中压侧安装高压无功分组自动投切补偿装置，用应该补偿的电容总容量的55％作为高压补偿或中压补偿；用应该补偿的电容总容量的45％作为低压补偿：在炉变二次低压短网靠近电炉三个电极的炉旁，分别就近安装电容补偿装置，对矿热炉进行固定和动态无功补偿，以3/5的低压总补偿电容量作为固定补偿，2/5的低压总补偿电容量作为动态补偿。根据电网的供电和电炉的运行工况，自动投切电容器组，采用新型复合开关及可编程PLC逻辑控制，使功率因数长期保持在0.92以上。
本实用新型矿热炉高、低压动态节能补偿方法及成套装置在炉变高压及中压侧安装高压无功分组自动投切补偿装置，用应该补偿的电容总容量的55％作为高压补偿或中压补偿；用应该补偿的电容总容量的45％作为低压补偿：同时低压补偿又进一步细分在炉变二次低压短网靠近电炉三个电极的炉旁，分别就近安装电容补偿装置，对矿热炉进行固定和动态无功补偿，以3/5的低压总补偿电容量作为固定补偿，2/5的低压总补偿电容量作为动态补偿。 根据电网的供电和电炉的运行工况，自动投切电容器组，采用新型复合开关及可编程PLC逻辑控制，使功率因数长期保持在0.92以上，投切过程无浪涌、过电压冲击，切实保护电容器组及用电设备安全，净化电网用电环境。本实用新型综合节电6％以上，增产10％～15％，具有单位能耗低，增产节能，投资回报率高，回报快的特点。
Claims (7)
1.一种矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置，其特征在于：该成套装置至少包括矿热炉高压一次进线侧的高压无功分组自动投切补偿装置及连接于矿热炉变压器二次侧与矿热炉三相电极之间短网上的电容固定及全自动动态补偿成套装置。
2.根据权利要求1所述的矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置，其特征在于：所述高压无功分组自动投切补偿装置由无功补偿自动控制器、高压并联电容器、真空断路器、放电线圈、氧化锌避雷器、隔离开关、单台电容器保护熔断器组成；所述电容固定及全自动动态补偿成套装置作为低压电容补偿成套装置，至少由二次低压节能无功补偿控制柜和分相电容二次低压节能固定补偿柜及全自动动态补偿柜组成。
3.根据权利要求2所述的矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置，其特征在于：所述的二次低压节能无功补偿控制柜至少由PLC可编程逻辑控制器、可编程网络电力仪表、可编程智能仪表、功率因数表、触摸屏组成；所述的分相电容二次低压节能固定补偿柜至少由支路熔断器、电流互感器、单相电力电容器、谐波滤波器、电容补偿专用交流接触器或低压真空接触器、分支三极空气断路器依次串接组成； 所述的分相电容二次低压节能全自动动态补偿柜至少由支路熔断器、电流互感器、单相电力电容器、谐波滤波器、新型组合开关、分支三极空气断路器依次串接组成。
4.根据权利要求1或2所述的矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置，其特征在于：所述的电容固定及全自动动态补偿成套装置是在电流互感器后，并联了数组结构相同的电路，这些电路均由单相电力电容器、谐波滤波器、新型组合开关、分支空气断路器依次串接而成。
5.根据权利要求3或4所述的矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置，其特征在于：所述的新型组合开关是由正反向并联的单向可控硅和与之背靠背的交流接触器上下端头分别并联组合而成。
6.根据权利要求1或2或4所述的矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置，其特征在于：所述的电容固定及全自动动态补偿成套装置是分相设置的，由六只支路熔断器分别进行保护的六路补偿支路单元构成一个单相的电容自动动态补偿柜，每一相A相、B相、C相的无功补偿都由1～3个这样的单相电容自动动态补偿柜组成；由六只支路熔断器分别进行保护的六路补偿支路单元构成一个单相的电容固定补偿柜，每一相A相、B相、C相的无功补偿都由1～3个这样的单相电容固定补偿柜组成。
7.根据权利要求6所述的矿热炉高、低压动态节能补偿成套装置，其特征在于所述的分相电容自动动态补偿柜的柜体采用不含镍的不锈钢材料制作而成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: GUANGXI MAISHA ELECTRIC GROUP CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: YOU JIANLE Effective date: 20130329 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130329 Address after: 530000, No. six, No. 11, hi tech Industrial Zone, Nanning hi tech Zone, the Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee after: Guangxi Maisha Electric Group Co., Ltd. Address before: 530000 the Guangxi Zhuang Autonomous Region hi tech Industrial Park, Nanning, six, 11 Patentee before: You Jianle |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20120822 |