专利名称：一种用于精炼炉的动态无功功率补偿装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于炼钢精炼炉高压母线的全自动控制的电网动态无功 补偿装置，属于电网动态无功补偿装置技术领域。
背景技术：
交流炼钢精炼炉是特殊性冲击性负载，电力负荷在精炼炉冶炼过程的熔化初期 (起弧、穿孔、塌料阶段)变化激烈，此时电网无功波动最大，功率因数很低，约为0.2左右， 负荷波动最大值为1. 5-3倍精炼炉变压器的额定容量(决定于系统和电炉相关参数)。快 速的无功波动，产生电压波动及闪变，另外精炼炉属于非线性负荷，在运行中将产生2-7次 谐波电流。由于精炼炉是不对称负荷，最严重状态为二相短路，一相开路，在此工况下，将产 生很大的负序电流，造成三相不平衡。目前的电网无功补偿装置主要适用于负荷变化相对较平稳，补偿精度不高的场 合，虽然电抗器实现了晶闸管的无触点投切，但是晶闸管的触发采用的是传统电磁触发方 式，它需要通过高压电缆将触发经能量通过高频脉冲变压器传递到阀体，这样控制系统容 易受到高压系统的干扰，而且电磁触发方式触发陡度较小，对串联应用的晶闸管阀的开通 一致性不好，易造成雪崩式击穿，存在较大安全隐患。关键部件脉冲变压器具有双向耦合 性，极易造成高压晶间管端干扰信号耦合到脉冲变压器一次端，造成整套晶间管阀组损坏。总结起来，传统的补偿装置存在1、补偿精度不高，谐波处理不好；2、低压控制系 统和阀组高压部分不能实现电气隔离，易受电磁干扰；3、晶闸管阀组冷却不好，晶闸管结温 控制能力差，易造成整串阀雪崩式击穿；4、自动控制水平低，系统响应时间慢，维护工作量 大，后期运行成本高。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够消除炼钢精炼炉冶炼过程中产 生的谐波、负序电流，达到抑制电压波动和闪变、补偿功率因数、改善电能质量的用于精炼 炉的动态无功功率补偿装置。解决上述技术问题的技术方案是—种用于精炼炉的动态无功功率补偿装置，它由TCR可调相控电抗器支路、FC滤 波支路以及上述两个支路的二次控制保护装置组成，TCR可调相控电抗器支路包括TCR相 控电抗器、TCR晶闸管阀组、晶闸管冷却装置；FC滤波支路包括固定电抗、电容器组成的FC 滤波补偿器；二次控制保护装置包括TCR调节控制器、TCR触发监控器、微机保护装置、变 送器；其改进之处是，TCR调节控制器与TCR触发监控器之间连接有晶闸管阀组光电触发 装置，晶闸管阀组光电触发装置触发信号的输入端与TCR调节控制器的输出端采用光纤连 接，晶闸管阀组光电触发装置与TCR触发监控器之间采用RS485接口连接。上述用于精炼炉的动态无功功率补偿装置，所述的晶闸管阀组光电触发装置由光 反射板和高电位板组成，光反射板的输入端与TCR调节控制器的触发逻辑板输出端连接，高电位板的输出端接TCR触发监控器的信号接口板接口，光反射板和高电位板之间有光纤 连接。本实用新型经过控制模型算法，得出晶闸管触发角α的输出电信号，经过电/光转换后变成光信号，通过光纤传送给现场光电接口电路，经过光/电转换后生成模拟量电 信号控制晶闸管阀组的导通，实现动态调节TCR支路无功电流的目的，解决了抗电磁干扰 问题，使得高低压系统隔离，特别是实现可靠的同步触发每一支晶闸管。
图1是本实用新型的电原理框图；图2是本实用新型的电路图；图3是晶闸管阀组光电触发装置的示意图。图中标记如下光反射板1、高电位板2、电信号Α、光信号B、光纤C、光信号D、电信 号E
具体实施方式
图中显示，本实用新型装置的TCR相控电抗器支路由断路器Q4、隔离开关QF7、接 地刀闸QF8、氧化锌避雷器BL4、固定电抗器L4、L5和光电触发阀组Gl组成，测量和保护用 的CT互感器7ΤΑ、8ΤΑ、9ΤΑ、10ΤΑ也接在该支路中。TCR回路接成三角形电路，每一边均由反 并联晶间管阀组Gl与相等电抗值的二个电抗器L4、L5组成一个交流电压控制器，其特点在 于通过控制晶闸管的触发角α的大小，可使三个交流控制器的电流从零调节到额定值，即 改变了 TCR回路消耗的感性无功功率QraTCR自动跟踪负载(电弧炉)的无功功率Qrai冲击 变化自动调节Qra，发出与冲击负荷相关的TCR晶闸管的触发脉冲。通过TCR回路的感性无 功功率的跟随作用，使电网提供的无功功率趋于零或一定值，即Σ Q = Qice+Qfc+Qlod 0 (或 一定值)。图中显示，FC支路以3次滤波支路为例，它由断路器Q1、隔离开关QF1、接地刀闸 QF2、氧化锌避雷器BLl、固定的电容器组Cl、电感器Ll组成；互感器1TA、2TA、1LTA也接入 该主电路支路用于测量和保护用。FC支路主要起到兼顾滤波及提供容性无功功率Qrc的作 用。TCR支路和FC支路通过各自的高压断路器和高压补偿母线连接。图中显示，二次控制保护回路由TCR支路控制保护系统、FC支路保护系统组成。 TCR支路控制保护系统由“TCR支路保护装置”采集开关量性质的断路器Q4、隔离开关QF7、 接地刀闸QF8位置信号以及模拟量性质的高压母线PT、CT互感器7TA、8TA、9TA、10TA等测 量保护信号。FC支路保护系统由“滤波支路保护装置”采集开关量性质的断路器Q1、Q2、Q3， 隔离开关QF1、QF3、QF5，接地刀闸QF2、QF4、QF6位置信号以及模拟量性质的3、4、5次滤波 支路CT互感器1TA、2TA、3TA、4TA、5TA、6TA、1LTA、2LTA、3LTA等测量保护信号。上述支路保 护装置把采集到的各支路电流、零序电压等保护信号按各种保护算法实现各种过流、不平 衡电压(零序电压)、不平衡电流(零序电流)等保护功能，当出现故障保护时，微机保护装 置首先输出信号向出现故障支路断路器发送分闸指令，然后通过RS485总线向工作站输送 显示保护、报警信息。其中微机保护装置选用AREVA公司的MICOM P127。[0018]TCR相控电抗器调节涉及到晶闸管阀组的触发导通，其控制保护部件更加复杂，主 要基于TCR监控装置和TCR调节控制器来实现，它们先由监控变送器和调节变送器传送CT 互感器采集的系统母线电压、负载电流变化以及各支路的电流模拟量信号，再计算出有功、 无功、功率因数等实时关键数据，经过控制模型算法，得出晶闸管触发角α的输出电信号， 经过电/光转换后变成光信号，通过光纤传送给现场光电接口电路，经过光/电转换后生成 模拟量电信号控制晶闸管阀组的导通，实现动态调节TCR支路无功电流的目的。其优点在 于解决了抗电磁干扰问题，使得高低压系统隔离，特别是实现可靠的同步触发每一支晶闸 管。其原因为阀组晶闸管都是串联工作，如果触发脉冲不同步会损坏阀单元。在图3中，光 电触发将控制电信号Α，通过光反射板1转换成光信号B，利用光纤C作为传输介质将光信 号传送到高电位板2，高电位板2接受光信号D并转换成电信号E (完成了电-光-电的转 换)，解码后实现晶闸管同步触发并检查其导通状态，反馈到控制系统中。光反射板的输入 端与TCR调节控制器的触发逻辑板TLT-I输出端连接，高电位板的输出端接TCR触发监控 器的信号接口板TRS-I接口，光反射板和高电位板之间有光纤连接，晶闸管阀组光电触发 装置与TCR触发监控器之间的通讯采用RS485接口连接。在本实用新型的一个实施例中， 光反射板1为0PR-1型光反射板，高电位板2为SVC-TE-107型高电位板。 TCR监控装置、TCR调节控制器和工作站之间是通过CAN总线来实现通讯的，彼此 之间通过CAN总线交换数据。工作站配有显示器、键盘等必要设施，提供RS485、RS232、CAN 等通讯接口，便于和控制系统交换数据。实现了整个系统电压、电流瞬时值、有效值、无功功 率、功率因数、谐波曲线等数据的实时、连续状态监控，及时报警信号显示、历史记录查询等 功能，真正实现现了全自动控制。在本实用新型中，TCR调节控制器和触发监控器对晶闸管阀组的触发采用技术先 进的光电触发方式，信号传输采用光缆，它使得阀组上的高压部分与控制系统的低压部分 有效的实现了电位隔离。由于调节器的动态响应速度快，响应时间为10毫秒，即实现了无功功率的实时动 态补偿。特别对于三相交流电弧炉负载，可使其产生的电压闪变被抑制到最小，因为它具有 三相分相调节功能，可使三相交流电弧炉的不平衡负荷得以平衡，从而使电网的负序分量 被抑制到最小。三次及其整数倍的谐波是零序电流性质，只在TCR三角形回路内流动并不流到电 源母线，可见α角设计的越小，三次谐波电流就越小，使TCR回路的损耗最小。
权利要求一种用于精炼炉的动态无功功率补偿装置，它由TCR可调相控电抗器支路、FC滤波支路以及上述两个支路的二次控制保护装置组成，TCR可调相控电抗器支路包括TCR相控电抗器、TCR晶闸管阀组、晶闸管冷却装置；FC滤波支路包括固定电抗、电容器组成的FC滤波补偿器；二次控制保护装置包括TCR调节控制器、TCR触发监控器、微机保护装置、变送器；其特征在于TCR调节控制器与TCR触发监控器之间连接有晶闸管阀组光电触发装置，晶闸管阀组光电触发装置的触发信号输入端与TCR调节控制器的输出端采用光纤连接，晶闸管阀组光电触发装置与TCR触发监控器通过RS485接口连接。
2.根据权利要求1所述的用于精炼炉的动态无功功率补偿装置，其特征在于所述的 晶闸管阀组光电触发装置由光反射板[1]和高电位板[2]组成，光反射板[1]的输入端与 TCR调节控制器的触发逻辑板输出端连接，高电位板[2]的输出端接TCR触发监控器的信 号接口板接口，光反射板[1]和高电位板[2]之间有光纤连接，晶闸管阀组光电触发装置与 TCR触发监控器之间采用RS485接口连接。
专利摘要一种用于精炼炉的动态无功功率补偿装置，属于电网动态无功补偿装置技术领域，用于达到抑制电压波动和闪变、补偿功率因数、改善电能质量的作用，其技术方案是它由TCR可调相控电抗器支路、FC滤波支路、二次控制保护装置组成，其改进之处是，TCR调节控制器与TCR触发监控器之间连接有晶闸管阀组光电触发装置，晶闸管阀组光电触发装置触发信号的输入端与TCR调节控制器的输出端采用光纤连接，晶闸管阀组光电触发装置与TCR触发监控器通过RS485接口连接。本实用新型经过光/电转换后生成模拟量电信号控制晶闸管阀组的导通，实现动态调节TCR支路无功电流的目的，解决了抗电磁干扰、隔离高低压系统、可靠同步触发晶闸管的问题。
文档编号H02J3/18GK201601495SQ20092025483
公开日2010年10月6日 申请日期2009年12月4日 优先权日2009年12月4日
发明者卢崇波, 彭兆丰, 李付俊, 王宏 申请人:邯钢集团邯宝钢铁有限公司;河北钢铁集团有限公司