中压串联电容补偿装置和包含其的变压器的制造方法
【专利摘要】本发明设计一种中压串联电容补偿装置及其包含它的变压器。中压串联电容补偿是在电炉变压器三次侧回路串入电容器组，其属于一种纵向电容补偿。该装置包括主变调压绕组、串变变压器、双向切换开关以及电容元件；所述串变变压器的高压绕组串联在主变压器的三次侧回路中，串联变压器的低压绕组串联在主变压器的二次绕组中；所述高压绕组的一端与双向切换开关的一端连接，所述高压绕组的另一端与电容元件的一端相连接；所述电容元件的另一端连接在主变调压绕组的滑动触头上；所述双向切换开关的另一端包括两个触点，该两个触点分别设置在主变调压绕组的正、负两个固定端子上。
【专利说明】中压串联电容补偿装置和包含其的变压器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电功率补偿技术，更具体地，涉及一种纵向无功补偿型式的中压串联电容补偿装置及其包含其的变压器。
【背景技术】
[0002]目前，我国铁合金及电石等企业正在向较大电炉方向转型，大电炉的功率因数相对较低。由于电炉和短网的电抗、阻抗的影响，炉子的入炉电压损失较大，所以都要采用各种无功补偿方式加以补偿。
[0003]横向补偿是一般普遍采用的方式，图1是电容器组并联在电炉变压器高压侧的一种横向电容补偿方式。该补偿方式只能提高功率因数，不能改变电炉的参数和特性。图2是为补偿电容器单独设置补偿绕组，这种补偿是一种横向补偿，它们与高压并联补偿不同的是补偿后能减少一次侧电流，但是也不能提高电炉熔池的有功功率。
[0004]为了使电容器在电炉停炉时不向电网馈入无功，补偿电容必须随电炉断开。同时，为了避免过补、欠补，将会带来严重的开关问题。
[0005]目前，现有技术也有采用纵向补偿的方式，图3是电容器接到连接低压的升压变压器的高压侧的一种纵向补偿。如图3所示，这种补偿容量是与负载电流相关联，可以做到即时补偿，补偿了回路母线的电压降，该方式能够提高电炉熔池的有功功率。但是，对于连接补偿电容的高压绕组，为了使调整电炉变压器输出电压电容两端的电压变化不大，就要使高压绕组采用15级以上的有载调压，从而增加了投资。
[0006]图4是低压直接补偿方式，其技术方案类似于图3，图4的方案中采用了大量的低压非标准电容器，使得投资大且电容的有效利用率极低。
【发明内容】
[0007]为克服现有技术的上述缺陷，本发明设计了一种中压串联电容补偿装置及其包含它的变压器。
[0008]根据本发明的一个方面，提出了一种中压串联电容补偿装置，该装置包括主变调压绕组、串变变压器、双向切换开关以及电容元件；所述串变变压器的高压绕组串联在主变压器的三次侧回路中，串联变压器的低压绕组串联在主变压器的二次绕组中；所述串变变压器的高压绕组的一端与双向切换开关的一端连接，所述串变变压器的高压绕组的另一端与电容元件的一端相连接；所述电容元件的另一端连接在主变调压绕组的滑动触头上；所述双向切换开关的另一端包括两个触点，该两个触点分别设置在主变调压绕组的正、负两个固定端子上。
[0009]根据本发明的另一方面，提出了一种变压器，该变压器包括一次绕组和二次绕组，以及前述的中压串联电容补偿装置。
[0010]通过应用本申请的补偿装置和变压器，由于补偿时的无功功率是与负载电流相关联的，所以是即时动态自动无级补偿。即，可以提高功率因数到0.92以上，大幅度提高电炉入炉电压(30?60V)，增大电炉熔池有功功率。另外，这种补偿方式具有电气损耗小、运行稳定可靠、免维护、投资低和绿色环保等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是现有技术中横向补偿的高压并联补偿原理图；
[0012]图2是现有技术中横向补偿的为补偿电容器单独设置补偿绕组原理图；
[0013]图3是现有技术中纵向补偿的电容器接到连接低压的升压变压器的高压侧的原理图；
[0014]图4是现有技术中纵向补偿的低压直接补偿原理图；
[0015]图5是根据本发明的纵向补偿的中压串联电容补偿装置的电路接线原理图；
[0016]图6是功率二角形向量图；
[0017]图7是根据本发明的调压绕组正接时各电压向量图；
[0018]图8是根据本发明的调压绕组不接时各电压向量图；
[0019]图9是根据本发明的调压绕组反接时各电压向量图。
[0020]如图所示，为了能明确实现本发明的实施例的结构，在图中标注了特定的结构和器件，但这仅为示意需要，并非意图将本发明限定在该特定结构、器件和环境中，根据具体需要，本领域的普通技术人员可以将这些器件和环境进行调整或者修改，所进行的调整或者修改仍然包括在后附的权利要求的范围中。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种中压串联电容补偿装置及其包含它的变压器进行详细描述。
[0022]同时，在这里做以说明的是，为了使实施例更加详尽，下面的实施例为最佳、优选实施例，对于一些公知技术本领域技术人员也可采用其他替代方式而进行实施；而且附图部分仅是为了更具体的描述实施例，而并不旨在对本发明进行具体的限定。
[0023]本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。另外，为了避免对本发明的实质造成不必要的混淆，并没有详细说明众所周知的方法、过程、流程、元件和电路
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[0024]总的来说，中压串联电容补偿是在电炉变压器三次侧回路串入电容器组，其属于一种纵向电容补偿。串联电容补偿有载调压变压器的结构是带串联变压器的单相或三相有载调压变压器。调压级数可在13?35级。尤其适用于调压范围大的大型单相或三相变压器。特别是对直降式变压器更为有利，是较高的电源电压，例如在66千伏或110千伏或220千伏直接降到调压范围较广且电压很低的电压，例如数百伏甚至几十伏，从而可省去中间过度的降压变压器。
[0025]在本发明的一个实施例中，图5示出中压串联电容补偿装置的电路接线原理，如图5所示，其是在主变压器三次侧回路串入电容元件，该中压串联电容补偿属于一种纵向电容补偿。该中压串联电容补偿装置包括主变调压绕组3 (三次绕组)、串变变压器、双向切换开关K以及电容元件，其中串变变压器的高压绕组4串联在主变压器的三次侧回路中，串联变压器的低压绕组5串联在主变压器的二次绕组中。
[0026]高压绕组4的一端与双向切换开关K的一端连接，高压绕组4另一端与电容元件的一端B连接；电容元件的另一端A连接在主变调压绕组3 (三次绕组)的滑动触头上，以用于电压的调节。双向切换开关K的另一端包括两个触点，该两个触点分别设置在主变调压绕组3的正、负两个固定端子上，以用于主变调压绕组的正接和反接。
[0027]其中，在本实施例中，优选地，在电容元件的两端(A、B)并联连接一个开关(未图示)，在不需接入电容元件时，可以通过闭合该开关从而将电容元件短路，使电容元件的两端直接形成通路。
[0028]同时，在这里需要说明的是，虽然图中示出的电容元件仅包含一个电容器，然而其仅在于说明性的目的，而并非为了限制，对于本领域技术人员应当理解，该电容元件可以采用任意多个并联、串联或其组合的电容器或电容性介质单元。
[0029]在本实施例中的这种补偿是通过主变压器三次绕组来实现的，电容两端的电压Uc的变化正比于三次电流Ic，三次电流Ic正比于二次负载电流12。也就是说电容两端的电压Uc变化正比于二次负载电流12。即补偿容量Pc正比于二次负载电流变化12。因而它是适时动态自动无级补偿。
[0030]主变调压绕组3的电压U3是串联变压器高压绕组4两端的电压Us’与电容元件两端的电压Uc的向量和，在设计时必须考虑补偿电容电压Uc的影响。串联变压器低压绕组5两端的电压正比于串联变压器高压绕组4两端的电压，也就使得二次输出电压U2’增加。大幅度提高变压器二次输出电压，减少回路母线电压波动，增大电炉熔池有功功率。在额定状态下电炉熔池有功功率，电炉变压器一次绕组摄入的视在功率降低。
[0031]根据这个原理，中压串联电容补偿电炉变压器的容量可以根据实际情况适当减小，一般可减小15~20%。这种装置完全可以补偿电炉感抗、变压器阻抗及短网损耗带来的电压降，在额定电流不变的情况下，电炉的有功功率达到额定。变压器的视在功率较低，而因而这种串联电容补偿装置的运行经济效果非常好，可有效的提高炉子的产量。
[0032]在主变调压绕组3与串变高压绕组4回路串入补偿电容元件后(电容器组)，加在电容器两端的电压Uc与随负载电流I2成正比的调压回路电流Ic成正比变化。串变高压电压Us’是调压绕组电压U3与补偿电容电压Uc的向量和(如图7 — 9)。而变压器二次输出电压U2，等于主变二次电压U2与串变二次电压Us，相叠加(图7 — 9)。因而在设计分析计算时必须考虑补偿电容两端电压Uc的影响。
[0033]1.补偿容量的确定
[0034]补偿前后的功率三角形见图6，应符合下式关系:
[0035]S2=P2+Q2
[0036]
【权利要求】
1.一种中压串联电容补偿装置，该装置包括主变调压绕组、串变变压器、双向切换开关以及电容元件，其特征在于: 所述串变变压器的高压绕组串联在主变压器的三次侧回路中，串联变压器的低压绕组串联在主变压器的二次绕组中；所述串变变压器的高压绕组的一端与双向切换开关的一端连接，所述串变变压器的高压绕组的另一端与电容元件的一端相连接；所述电容元件的另一端连接在主变调压绕组的滑动触头上；所述双向切换开关的另一端包括两个触点，该两个触点分别设置在主变调压绕组的正、负两个固定端子上。
2.根据权利要求1所述的中压串联电容补偿装置，其特征在于，在所述中压串联电容补偿装置的电容元件的两端并联连接第一开关。
3.根据权利要求1或2所述的中压串联电容补偿装置，其特征在于，该电容元件为多个并联、串联或其组合的电容器或电容性介质单元。
4.根据权利要求1或2所述的中压串联电容补偿装置，其特征在于，该电容元件为单个电容器。
5.根据权利要求1或2所述的中压串联电容补偿装置，其特征在于，主变调压绕组正接时，串联补偿投入后二次输出提高电压U2if、串变高压电压Us’及变压器二次输出电压U2，的关系为:
6.根据权利要求1或2所述的中压串联电容补偿装置，其特征在于，主变调压绕组不接时，串联补偿投入后二次输出提高电压U2if、串变高压电压Us’及变压器二次输出电压U2，的关系为:
7.根据权利要求1或2所述的中压串联电容补偿装置，其特征在于，主变调压绕组反接时，串联补偿投入后二次输出提高电压U2if与串变高压电压Us’及变压器二次输出电压U/的关系为:
8.一种变压器，该变压器包括一次绕组和二次绕组，其特征在于:该变压器还包括根据权利要求1-7的其中 一个所述的中压串联电容补偿装置。
【文档编号】H02J3/18GK103812119SQ201210438799
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年11月6日 优先权日:2012年11月6日
【发明者】贾洁非, 岳承武 申请人:中钢集团吉林机电设备有限公司