CN202696150U

CN202696150U - 电弧炉低压侧无功补偿滤波装置

Info

Publication number: CN202696150U
Application number: CN2012203237388U
Authority: CN
Inventors: 张健夫; 朱杰夫
Original assignee: SHENZHEN PUTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN PUTION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2022-07-05

Abstract

本实用新型公开了一种电弧炉低压侧无功补偿滤波装置，包括电参量采集单元、工控机、PLC控制单元和滤波补偿回路，所述工控机分别连接所述电参量采集单元和PLC控制单元；所述滤波补偿回路包括三条滤波补偿支路，分别连接于电弧炉低压侧的三相上，每条滤波补偿支路包括串联连接的电容器和电抗器，且在滤波补偿支路上还串联接有接触式开关及万能断路器，所述接触式开关及万能断路器受控于所述PLC控制单元。本实用新型治理电弧炉产生的谐波污染，提高系统功率因数，节约能源，延长设备使用寿命，使用电更加安全。

Description

电弧炉低压侧无功补偿滤波装置

技术领域

本实用新型涉及电弧炉无功补偿滤波装置，尤其涉及一种电弧炉低压侧无功补偿滤波装置。

背景技术

随着社会的快速的发展，工业的高速进步，对钢铁的需求日剧增大。钢铁是国民经济的中流砥柱，是国家命脉，是国家生存和发展的物质保障，是国家经济水平和综合国力的重要标志，致使国家在钢铁冶炼行业的投入日愈增多，但是，随之影响制约其发展主要的因素是能耗问题。

政府把“十二五期间单位GDP综合能耗比2010年降低16%”作为硬指标，且钢铁工业耗能量占我国总能耗的10%左右，所以钢铁是国家工业节能降耗的重点行业。在钢铁总成本中，能耗费用占20%-35％，利用新技术降低其能耗，有利于我国钢铁行业在国际市场的竞争力。

电弧炉是生产钢铁的主要设备，也是耗能最大的设备，利用电极间电弧产生的高温熔炼矿石和金属的电炉。电弧炉由电弧炉特种变压器、短网、电极、炉体组成，电弧炼钢炉的炉体由炉盖、炉门、出钢槽和炉身组成，炉底和炉壁用碱性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。电弧炉炼钢是通过石墨电极向电弧炼钢炉内输入电能，电弧炼钢炉按每吨炉容量所配变压器容量的多少分为普通功率电弧炉、高功率电弧炉和超高功率电弧炉。

在冶炼过程中，电弧炉对整个供电系统会带来很大的谐波，谐波在系统中会有很多危害：1、容易引起系统谐振；2、污染电网电源；3、增加变压器损耗，使变压器温升升高，可能导致变压器损坏；4、损害电气开关设备；5、影响其他用电设备的寿命。谐波的存在不利于清洁能源的发展，所以，谐波源处做谐波治理是必须的。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种电弧炉低压侧无功补偿滤波装置，以对电弧炉用电系统中无功功率进行补偿及对谐波进行治理，降低短网损耗和变压器损耗。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种电弧炉低压侧无功补偿滤波装置，包括电参量采集单元、工控机、PLC控制单元和滤波补偿回路，所述工控机分别连接所述电参量采集单元和PLC控制单元；所述滤波补偿回路包括三条滤波补偿支路，分别连接于电弧炉低压侧的三相上，每条滤波补偿支路包括串联连接的电容器和电抗器，且在滤波补偿支路上还串联接有接触式开关及万能断路器，所述接触式开关及万能断路器受控于所述PLC控制单元。

其中，所述三条滤波补偿支路分别为3次、4次、5次谐波滤波补偿支路。

其中，所述电容器由多个并联连接的滤波电容构成，且每个滤波电容均串联接有一低压熔断器和一所述接触式开关。

其中，所述电抗器为空芯电抗器。

其中，所述电参量采集单元主要由电能质量监测仪构成，所述电能质量监测仪包括电连接的数字处理内核、16位A/D转换模块和高精度电流电压互感器，所述数字处理内核由DSP、FPGA、ARM构成。

其中，所述工控机与所述电参量采集单元采用RS232通讯连接，工控机与所述PLC控制单元采用RS485通讯连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的电弧炉低压侧无功补偿滤波装置设置于电弧炉低压侧，能治理电弧炉产生的谐波污染，提高系统功率因数，降低短网损耗和变压器损耗，间接的达到节能的效果，且有助于改善三相负荷平衡度，提高变压器有功输出能力，节约能源，延长设备使用寿命，使用电更加安全。

附图说明

图1是本实用新型电弧炉低压侧无功补偿滤波装置一实施例的结构框图；

图2是本实用新型电弧炉低压侧无功补偿滤波装置中滤波补偿回路的电路示意图；

图3是本实用新型电弧炉低压侧无功补偿滤波装置的电路安装示意图。

标号说明：

10、工控机；20、电参量采集单元；30、PLC控制单元；40、滤波补偿回路；41、3次谐波滤波补偿支路；42、4次谐波滤波补偿支路；43、5次谐波滤波补偿支路。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1，本实施方式的电弧炉低压侧无功补偿滤波装置包括电参量采集单元20、工控机10、PLC控制单元30（PLC：可编程控制器）和滤波补偿回路40，工控机10分别连接电参量采集单元20和PLC控制单元30。

滤波补偿回路40，在实际的电弧炉应用中采用理论数据计算分析，并通过仿真软件进行数据校核，得出每个回路的具体参数进行设计。具体如图2所示，滤波补偿回路40包括3次谐波滤波补偿支路41、4次谐波滤波补偿支路42和5次谐波滤波补偿支路43，该三条滤波补偿支路分别连接于电弧炉低压侧的三相上进行分相调节，此外滤波补偿回路40中还连接有避雷器BL以应对雷击天气及系统浪涌。各滤波补偿支路采用单调谐LC滤波，均包括有串联连接的电容器和电抗器L1、L2、L3，在优选实施例中，电抗器L采用低压空心电抗器，其具有良好的线性度、过载能力强，散热好，防护等级高，抗干扰能力强。在实际应用中，单个电容的电容并不能满足电弧炉的要求，电容器会由多个滤波电容并联构成，3次谐波滤波补偿支路41中电容器由电容C11、C12、……、C1n并联构成，4次谐波滤波补偿支路42中电容器由电容C21、C22、……、C2n并联构成，5次谐波滤波补偿支路43中电容器由电容C31、C32、……、C3n并联构成，各滤波补偿支路中并联的电容数量根据现场测试情况及电容的容量进行选择；各电容C均串联接有低压熔断器FU和接触式开关KM，图2中所示，各支路中串联相接的电容C、低压熔断器FU和接触式开关KM具有相同的标号，例如与电容C11串联地接有低压熔断器FU11和接触式开关KM11。当某个电容出现短路时，低压熔断器会快速熔断，保护此小单元，并上报主控中心；接触式开关KM受PLC控制单元控制，用于投切电容，即可调节每条滤波补偿支路的电容量大小。各滤波补偿支路上还分别串联接有万能断路器QF1、QF2、QF3，该万能断路器QF受控于PLC控制单元，用于控制各滤波补偿支路的投入切除，并起系统保护、隔离作用。当系统出现过热、过流、短路时，万能断路器能及时自动断开，并保护、隔离此回路，以致及时保护此回路未损坏器件，且保障装置其他部分安全运行。当系统需要定期检修时，只要控制万能断路器断开，就可进行带电检修，以保障装置连续运行。

电参量采集单元20主要由电能质量监测仪构成，可实现监测系统频率、电网2-50次谐波电压和谐波电流、三相电压不平衡度、电压波动与闪变、电压偏差、电压基波有效值和真有效值、电流基波有效值和真有效值、基波有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等电参量，并且还能设定电能质量限值，当超过此限值，系统自动发出告警信号。电能质量监测仪包括电连接的数字处理内核、16位A/D转换模块和高精度电流电压互感器，所述数字处理内核由DSP、FPGA、ARM构成，使得电参量采集单元具有采集速度快，数据处理精确，系统稳定性、可靠性高等特点。

工控机10和电参量采集单元20之间采用RS232通讯连接方式，通过工控机组态软件实现数据分析、统计、仿真、存贮、显示等功能，工控机10与PLC控制单元30采用RS485通讯连接，控制万能断路器QF对滤波补偿回路40投切、保护等指令，还可以外接打印机打印报表，中央控制系统功能全面、智能化程度高、安全性高，符合电弧炉功率负荷变化大的功能需求。

参阅图3，在实际使用中，35KV的高压通过电弧炉专用变压器T经过降压后提供给电弧炉的电极R（三个，图中仅示意了一个），电极R之间电弧发热而加热熔炼矿石或金属，在低压侧连接上述的滤波补偿回路40，图中所示对各滤波补偿支路的电路进行了简化，以C1、C2、C3分别表示三条滤波补偿支路在实际使用时的电容，接触式开关KM1、KM2、KM3分别代表实际使用时的作用开关，可控制各滤波补偿支路的投入切除。本实用新型根据对电弧炉电气系统的分析及现实可操作性考虑，采用直接靠近电极R进行就地无功功率补偿及谐波治理，有利于降低短网损耗和变压器损耗，间接的达到节能的效果，且有助于改善三相负荷平衡度，提高变压器有功输出能力。

本实用新型电弧炉低压侧无功补偿滤波装置的效果在于：

1）提高功率因数

用电系统中含有无功功率和有功率，用电系统中负载一般都是感性无功，本实用新型的滤波补偿装置提供容性无功，和感性无功形成平衡交换，使得用电设备产生的感性无功不返回到主回路上，即降低了感性无功电流；而感性无功电流和有功电流及总电流关系成平方根的关系，由于降低了感性无功电流，减小了电路中的总电流和无功功率，提高功率因数。

假定滤波补偿前功率因数为0.7，滤波补偿后功率因数为0.95。且前提条件：有功功率不变，电压变化忽略不计。

I_{2} = \frac{I_{1}}{1.36} = 0.74 \times I_{1}

其中：I₁、I₂分别为加滤波补偿前后的电流，

分别为加滤波补偿前后功率因数。

短网损耗：Q_短损＝I²R_短网

变压器损耗：Q_变损＝Q_Cu+Q_Fe,其中铜损Q_Cu=I²R_变线，Q_Fe为变压器铁损。

注：R_短网为线路电阻，R_变线为变压器线圈电阻。

由上可知电流下降至滤波补偿前0.74倍，线路损耗、变压器铜损都下降至滤波补偿前0.55倍，以致系统达到节能效果。

（2）滤除谐波

滤波补偿回路中设置有三条滤波补偿支路分别对短网低压侧的三相电路进行滤波调节，滤波补偿支路包含有LC滤波单元，本实施例中，三条滤波补偿支路分别对3、4、5次谐波进行滤波处理，消除相应阶数的谐波，减小谐波对系统的损害。

此外，由于功率因数低不只是感性负载引起的，其谐波过大也会引起功率因数低下。所以滤除谐波还能改善系统的功率因数。

综合上文所述，本实用新型的电弧炉低压侧无功补偿滤波装置设置于电弧炉低压侧，能治理电弧炉产生的谐波污染，提高系统功率因数，节约能源，延长设备使用寿命，使用电更加安全。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种电弧炉低压侧无功补偿滤波装置，其特征在于，包括电参量采集单元、工控机、PLC控制单元和滤波补偿回路，所述工控机分别连接所述电参量采集单元和PLC控制单元；所述滤波补偿回路包括三条滤波补偿支路，分别连接于电弧炉低压侧的三相上，每条滤波补偿支路包括串联连接的电容器和电抗器，且在滤波补偿支路上还串联接有接触式开关及万能断路器，所述接触式开关及万能断路器受控于所述PLC控制单元。

2.根据权利要求1所述的电弧炉低压侧无功补偿滤波装置，其特征在于：所述三条滤波补偿支路分别为3次、4次、5次谐波滤波补偿支路。

3.根据权利要求1所述的电弧炉低压侧无功补偿滤波装置，其特征在于：所述电容器由多个并联连接的滤波电容构成，且每个滤波电容均串联接有一低压熔断器和一所述接触式开关。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电弧炉低压侧无功补偿滤波装置，其特征在于：所述电抗器为空芯电抗器。

5.根据权利要求1所述的电弧炉低压侧无功补偿滤波装置，其特征在于：所述电参量采集单元主要由电能质量监测仪构成，所述电能质量监测仪包括电连接的数字处理内核、16位A/D转换模块和高精度电流电压互感器，所述数字处理内核由DSP、FPGA、ARM构成。

6.根据权利要求1或5所述的电弧炉低压侧无功补偿滤波装置，其特征在于：所述工控机与所述电参量采集单元采用RS232通讯连接，工控机与所述PLC控制单元采用RS485通讯连接。