CN203039370U - 矿热炉低压补偿用开关变压器控制电抗器式svc装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉一种矿热炉低压补偿用开关变压器控制电抗器式SVC装置，属于电力电子技术和无功补偿领域，三相电路形式相同，每相电路包括接入开关，隔离开关，电抗器，限流电抗器，补偿电容器组，尤其是还包括开关变压器、晶闸管。开关变压器付边绕组的两端之间接有两只正反并联的晶闸管，构成无功补偿调节电路；限流电抗器L1和补偿电容器组C1串联构成无功补偿主电路；电抗器L2和补偿电容器组C2串联构成无功补偿及三次谐波滤波电路；电抗器L3和补偿电容器组C3串联构成无功补偿及五次谐波滤波电路。用开关变压器控制电抗器的容量使之与固定电容补偿容量相互作用而得到最佳补偿量，可以随时保持最佳补偿。

Description

矿热炉低压补偿用开关变压器控制电抗器式SVC装置

技术领域

本发明涉及一种矿热炉低压补偿用开关变压器控制电抗器式SVC装置，属于电力电子技术及无功补偿领域，它能使矿热炉的无功补偿达到最佳状态，从而最大限度的节电增效。该电路免除了电容器频繁投切操作，使无功补偿装置更加实用可靠。 

背景技术

矿热炉是以电阻热和电弧热的形式将电能转变成热能，属于高耗能设备。低电压大电流且功率因数低（一般不超过0.85）的特征降低了变压器输送有功的能力，特别是矿热炉变压器的三相短网布置长度不等，更加重了三相功率不平衡、功率转移现象严重，恶化了矿热炉的运行状况。使劳动生产率较低、电能消耗较大，节电增产潜力很大。 

为提高功率因数和改善矿热炉的运行状况，进行无功补偿是一个重要的有效手段。我国过去多采用在高压端进行无功补偿的方法来解决。高压补偿仅仅是提高了高压侧的功率因数，低压系统的感抗所产生的无功功率依然在短网系统中流动，由于短网的强相（短网较短故感抗较小、所以损耗较小，输出较大故名强相）和弱相造成的三相不平衡依然存在，因此高压补偿不能解决提高低压端功率因数的作用，也不能增加变压器的出力，但可以避免罚款，仅仅是对供电线路有节电作用。 

后来，开始有单位采取低压端进行无功补偿的措施来解决以上的问题。针对炉变低压侧短网的无功消耗和不平衡性，兼顾有效提高功率因数而实施无功就地补偿技术改造，从理论上来讲是可行的。相对高压补偿而言，低压补偿的优势除提高功率因数外,主要体现在以下几个方面：   

1)、提高变压器、大电流线路利用率，增加冶炼有效输入功率。

针对电弧冶炼而言，无功的产生主要是由电弧电流引起的，将补偿点前移至短网，就地补偿短网的大量无功消耗，提高电源输入电压、提高变压器的出力、增加冶炼有效输入功率,实现增产降耗。 

2)、不平衡补偿，改善三相的强、弱相状况。 

由于三相短网布置和炉体、炉料等总是不平衡的，三相不同的电压降就导致了强、弱相现象的形成。采取单相并联的方式进行无功补偿，综合调节各相补偿容量，使三相电极的有效工作电压一致、提高炉心功率密度和坩锅均匀度，均衡三相吃料，改善三相的强、弱相状况，达到增产、降耗的目的。同时改善炉膛工作环境，延长炉子使用寿命。 

3)、减少高次谐波对整个供电设备的危害，减小变压器及短网附加损耗。 

4)、提高电能质量，改善系统电气参数，提高产品质量。 

但道路是不平坦的，由于传统的补偿投切技术采用交流接触器投切电容器，投切开关数量很多，由于电容器投切时有涌流和过电压产生，加之没有足够考虑到矿热炉低电压、大电流、高磁场及3、5次谐波严重超标的环境，并联低压补偿装置投运后常发生熔断器群爆、电容器爆炸等问题，因此寿命受到极大的影响。根据调查统计，目前已有的采用传统方式投切的低压补偿使用寿命很难超过一年，因此给企业带来很大的维护量，投资回收周期加长，由于后续维护费用高，综合效益不佳。 

有专家学者提出通过加装升压变压器，对二次冶炼电压升压至10～35KV后实施高压补偿，后因冶炼现场安装情况受限、占地面积大、造价高等原因而未见实施。 

后来人们又研制出电容投切专用接触器进行投切，电容器选用传统的低压电力电容器，投运后，增产降耗效果明显。投运一段时间后电容器、接触器、熔断器频繁损坏的缺陷仍然频频出现。时至今日，该设计结构仍然被诸多矿热炉低压补偿装置生产厂商沿用。 

通过多年市场推广，矿热炉低压补偿技术的优点已得到广泛认识，在全国已有近百台上得到应用，但运行稳定性一直是低压补偿技术的瓶颈之一，许多单位都在致力攻克这一难题。 

近些年，有人提出将大功率半导体器件引入低压补偿装置作为投切开关使用，实现无涌流投入和电流过零切除。但由于晶闸管存在以下缺陷：①自身压降损耗发热量大②抗过压和短路冲击能力低③在高磁场环境容易形成误导通，存在安全隐患④半导体投切件本身是谐波源。因此对于晶闸管的投切要求非常高，造价随之上升，加之可靠性低，很难实际应用。 

结合矿热炉电极电压经常变化的特点，有人提出将SVC（静止无功补偿技术）用于矿热炉低压补偿以达到最佳补偿，但是究竟釆用什么形式的SVC呢？ 

TCR（晶闸管控制电抗器）式SVC可以用于低压侧，但是因电压低则电流往往很大，常常会超过晶闸管的额定电流而需要并联，这又降低了装置的可靠性。

MCR（磁控电抗器）式SVC也可以用于低压侧，但是MCR自身发热量大和时间常数大（300ms）的缺点使其不适于矿热炉的工况。 

发明内容

针对矿热炉低压无功补偿效益大、难点多的情况，哈尔滨帕特尔科技股份有限公司提出利用自已首创的开关变压器技术来解决这一难题的技术方案：开关变压器控制电抗器式SVC用于矿热炉低压无功补偿。 

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。 

一种矿热炉低压补偿用开关变压器控制电抗器式SVC装置，其三相电路形式相同，各相电路包括接入开关K（该开关也可三相共用一个三相开关）、隔离开关K1、K2、K3、K4、开关变压器TK、晶闸管SCR、电抗器L、L2、 L3、限流电抗器L1、补偿电容器组C1、C2、C3；所述接入开关K的左端接低压补偿接入点；隔离开关K1的上端接接入开关K的右端、隔离开关K1的下端接开关变压器TK原边绕组的上端，开关变压器TK原边绕组的下端接电抗器L，开关变压器TK付边绕组的两端之间接有两只正反并联的晶闸管SCR，它们构成无功补偿调节电路；隔离开关K2的上端接接入开关K的右端、隔离开关K2的下端接限流电抗器L1和补偿电容器组C1，三者串联构成无功补偿主电路；隔离开关K3的上端接接入开关K的右端、隔离开关K3的下端接电抗器L2和补偿电容器组C2，三者串联构成无功补偿及三次谐波滤波电路；隔离开关K4的上端接接入开关K的右端、隔离开关K4的下端接电抗器L3和补偿电容器组C3，三者串联构成无功补偿及五次谐波滤波电路。 

所述开关变压器式矿热炉低压无功补偿装置的控制系统采用可编程序控制器PLC或工控计算机COM控制系统，与其构成闭环控制的功率因数检测元件、电压传感器PT和电流传感器CT按需要配置。 

电容器组C和晶闸管SCR的保护电路按常规设置。 

当电抗器L的容量较大时，可采取多副绕组开关变压器的方法来解决，还可采取开关变压器模块并用的方法来解决。 

正常工作时，控制系统根据检测的功率因数值通过开关变压器TK来调节电抗器L，使之达到理想的功率因数值。使用该装置可达到如下性能： 

1、PLC自动跟踪、自动控制的动态补偿，反应时间3～10ms。

2、运用单相分别补偿法，有效平衡三相功率。 

3、开关变压器控制电抗器对电抗器的调节作用与晶闸管控制电抗器（TCR）的调节作用完全相同，无功补偿调节过程中取消了电容器的投切操作，免除了涌流和过电压的危害；补偿过程中，无论是由于负荷变动还是由于部份电容器因保护退出运行所造成的不平衡均能得到调节而达到最佳补偿效果。 

4、开关变压器及保护电路的正确设计可以免除晶闸管的串并联连接，免除了晶闸管串联均压和并联均流的不可靠性，确保了晶闸管的稳定运行。 

5、据报导采用传统的低压补偿方法可降低电耗3﹪～5﹪，增产5﹪～15﹪。该装置因能使电石炉始终处于最佳补偿状态，故增产降耗效果会高于此。 

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。 

图1是开关变压器式矿热炉低压无功补偿装置主电路图。 

图2是采用了由二台二绕组开关变压器模块并用、工控计算机COM控制系统构成的开关变压器式矿热炉低压无功补偿装置。 

具体实施方式

开关变压器式矿热炉低压无功补偿装置的单相电路形式如图1所示：包括接入开关K、隔离开关K1、K2、K3、K4、开关变压器TK、晶闸管SCR、电抗器L、L2、 L3、限流电抗器L1、补偿电容器组C1、C2、C3；所述接入开关K的左端接低压补偿接入点；隔离开关K1的上端接接入开关K的右端、隔离开关K1的下端接开关变压器TK原边绕组的上端、开关变压器TK原边绕组的下端接电抗器L，开关变压器TK付边绕组的两端之间接有两只正反并联的晶闸管SCR，它们构成无功补偿调节电路；隔离开关K2的上端接接入开关K的右端、隔离开关K2的下端接限流电抗器L1和补偿电容器组C1，三者串联构成无功补偿主电路；隔离开关K3的上端接接入开关K的右端、隔离开关K3的下端接电抗器L2和补偿电容器组C2，三者串联构成无功补偿及三次谐波滤波电路；隔离开关K4的上端接接入开关K的右端、隔离开关K4的下端接电抗器L3和补偿电容器组C3，三者串联构成无功补偿及五次谐波滤波电路。 

所述开关变压器式矿热炉低压无功补偿装置的控制系统采用可编程序控制器PLC控制系统，与其构成闭环控制的功率因数检测元件、电压传感器PT和电流传感器CT按需要配置。 

电容器组C和晶闸管SCR的保护电路按常规设置。 

该无功补偿装置的投入与切除由接入开关K来执行：当需要投入时，首先合上隔离开关K1、K2、K3、K4，使晶闸管SCR处于关断状态，然后再闭合接入开关K；当需要切除时，先使晶闸管SCR处于全导通状态（开关变压器TK使电抗器L全部接入），然后再断开接入开关K、撤去晶闸管SCR的触发信号、待各电容电压表指示为零时再打开隔离开关K1、K2、K3、K4。 

正常运行时，隔离开关K1、K2、K3、K4均处于闭合状态，可编程序控制器PLC根据功率因数检测元件、电压传感器PT和电流传感器CT的检测数据计算出所需要的触发电压值（对应所需要的电感量）给触发板，使开关变压器TK控制电抗器L为一个需要的值，以达到最佳的补偿效果。 

图2的控制原理与上述相同。 

这里控制装置采用工控计算机COM控制系统，电力电子器件采用全控器件IGCT。因线路传输容量较大，故采取多副绕组开关变压器的方法和开关变压器模块并用的方法来解决。 

上述描述的只是该发明的几种具体实施方式，各种举例说明不对发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后对前述的具体实施方式所做的修改或变形，都不背离发明的实质和范围。 

Claims (2)

1.一种矿热炉低压补偿用开关变压器控制电抗器式SVC装置，其各相电路形式相同，每相电路包括接入开关K、隔离开关K2、K3、K4、电抗器L2、 L3、限流电抗器L1、补偿电容器组C1、C2、C3，其特征在于，还包括开关变压器TK、晶闸管SCR、隔离开关K1、电抗器L；所述接入开关K的左端接低压补偿接入点；隔离开关K1的上端接接入开关K的右端、隔离开关K1的下端接开关变压器TK原边绕组的上端，开关变压器TK原边绕组的下端接电抗器L，开关变压器TK付边绕组的两端之间接有两只正反并联的晶闸管SCR，它们构成无功补偿调节电路；隔离开关K2的上端接接入开关K的右端、隔离开关K2的下端接限流电抗器L1和补偿电容器组C1，三者串联构成无功补偿主电路；隔离开关K3的上端接接入开关K的右端、隔离开关K3的下端接电抗器L2和补偿电容器组C2，三者串联构成无功补偿及三次谐波滤波电路；隔离开关K4的上端接接入开关K的右端、隔离开关K4的下端接电抗器L3和补偿电容器组C3，三者串联构成无功补偿及五次谐波滤波电路。

2.根据权利要求1所述的矿热炉低压补偿用开关变压器控制电抗器式SVC装置，其特征在于，其控制系统采用可编程序控制器PLC或工控计算机COM控制系统，功率因数检测元件、电压传感器PT1、PT2和电流传感器CT与其构成闭环控制系统。

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