专利名称：矿热炉低压无功补偿的专用装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于无功补偿的专用装置，具体涉及低压无功补偿的专用装置。
背景技术：
无功补偿把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，当容性 负荷释放能量时，感性负荷吸收能量；而感性负荷释放能量时，容性负荷却在吸收能量，能 量在两种负荷之间交换，这样感性负荷所需要的无功功率可从容性负荷输出的无功功率中 得到补偿，这就是无功功率补偿的基本原理。全国供用电规则规定，在电网高峰负荷时，用 户的功率因数应达到的标准高压用电的工业用户和高压用电装有带负荷调整电压装置的 电力用户，功率因数为0.9以上；其它100KVA及以上电力用户和大中型电力排灌站，功率因 数为0. 85以上；农业用电功率因数为0. 80以上，凡功率因数达不到上述规定的用户，供电 部门会在其用户使用电费的基础上按一定比例对其进行罚款(力率电费)，要提高企业的 用电功率因数，必须进行无功补偿，并做到随其负荷和电压的变动及时投入或切除，防止无 功电力倒送。无功功率采用就地平衡原则，电力容器作为补偿装置，具有安装方便、建设周 期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小(每kvar无功功率损耗为0.3 0.4%以下)等 优点，是当前国内外广泛采用的补偿方法。理想的电容器在电路中是不消耗电能的，它只是 从电源吸收电能转换成电场能，再把电场能转换成电能返还给电源，完成它与电源之间的 能量呼唤，因此电容上的功率也是无功功率，只是它的无功功率是由于电容上的电流Ic超 前电压90°引起的，和电感电流滞后引起的无功功率正好相反。在交流电路中，纯电阻电路 负载中的电流Ik与电压U同相位，纯电感负载中的电流L滞后电压90°，而纯电容的电流 Ic则超前于电压90°，可见，电容中的电流与电感中的电流相差180°能够互相抵消，电力 系统中的负载，大部分是感性的，因此总电流I将滞后于电压于一个角度Φ，如果将并联 电容器与负载并联，则电容器的电流Ie将抵消一部分电感电流，从而使电感电流Iu减小到 Im总电流从I1减少到12，功率因数将由COSCin提高到C0SC52，这就是并联补偿的原理。矿热炉主要指硅铁炉、黄磷炉、电石炉等主要以电阻方式加热的冶炼炉，是一种耗 电量巨大的工业电炉。根据矿热炉的结构特点及工作特点，矿热炉系统电抗的70%是由短 网系统产生的，而短网是一个大电流工作的系统，最大电流可以达到上万安培，因此短网的 性能决定了矿热炉的性能，正是由于这个原因，因此矿热炉的自然功率因数很难达到0. 85 以上，绝大多数炉子的自然功率因数都在0.7 0.8之间，同时由于电极的人工控制以及堆 料工艺，导致三相间的电力不平衡加大，最高不平衡度可以达到20%以上，从而导致冶炼效 率低下，电费增高，因此降低电网不平衡，提高短网的功率因数，就成了节约能耗，提高冶炼 效率的有效手段。为了解决矿热炉功率因数低下的问题，我国目前一般采用电容补偿的方 式来解决，通常是在高压端进行无功补偿，补偿装置有以下两种方式1、高压端电容补偿该装置接于炉变压器的高压端或高压母线侧，在补偿无功的 同时还具有滤除谐波的功能。2、短网补偿TSC型矿热炉低压无功自动补偿装置是应用于工矿企业的低压大容 量无触点动态无功补偿装置，有别于传统矿热炉高压补偿方式，其补偿点直接接入矿热电炉低压短网电极端，并根据实际工况动态无触点投入及切除补偿电容器组。上述补偿的方式还存在一定的缺陷节能效果一般、产量还存在提升的空间以及 所需要的维护工作量较大。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供了一种节能效果更好、产量更高且维护 工作量小的低压无功补偿的专用装置为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下的技术方案一种低压无功补偿的专用装置，包括晶闸管阀、电容器、控制器、空气开关及串联 电抗器，其特征在于所述空气开关与晶闸管阀、串联电抗器以及电容器依次串联组成串 联支路，所述串联电抗器与电容器在串联支路中的位置可以互换，三组串联支路与矿热炉 并联接在变压器的三相低压端，所述串联支路里的晶间管阀与控制器的一端电连接，所述 控制器的另一端与变压器的高压端电连接，变压器高压端的电流电压信号被控制器采集， 再由控制器对晶闸管阀进行控制。所述晶闸管阀由两个晶闸管反并联构成。所述晶闸管采用德国的IXYS元件。所述控制器采用32位ARM微处理器芯片。所述电容器选用金属全膜介质的滤波电容器。所述串联电抗器为干式铁芯滤波电抗器。所述空气开关选用塑壳式空气开关。采用上述结构，由于低压侧在短网的末端补偿，同时提高了高压侧补偿的功率因 数，而且补偿了变压器至电极之间的短网无功损耗，提高了变压器有功功率的输出，达到了 增产节能的效果。串联支路共设有三组，则三相电流电压平衡度均勻，动态补偿采用三相采 样，对三相非对称分相补偿，使三相达到同样的功率因数，特别对三相变压器，因三相短网 长短不同，三相电极上电压、电流不平衡，引起电气中性点与炉体中性点偏离，采用低压分 相非对称补偿后减少三相短网，电压电流不平衡度，使电气中性点与炉体中心点一致，提高 冶炼效率，减少电能消耗，增加产量。低压动态补偿投切，速度灵敏，跟踪负荷的变化达到最 佳效果，低压补偿采用晶闸管投切，响应最快时间可达20ms，低压补偿采用控制器，功能齐 全操作方便，采用固定补偿与三相分相自动补偿相结合，可提高变压器的输出功率20%左 右，减少短网的损耗，一般能提高产量10%以上且达到节电2 3%的效果。
图1是本实用新型的工作原理图；图2是本实用新型的串联支路工作原理图。
具体实施方式
参见图1、图2，一种低压无功补偿的专用装置，包括晶闸管阀1、电容器2、控制器 3、空气开关5及串联电抗器6，空气开关5与晶闸管阀1、串联电抗器6以及电容器2依次 串联组成串联支路，串联电抗器6与电容器2在串联支路中的位置可以互换，本实施例中串联电抗器6为干式铁芯滤波电抗器，空气开关5选用塑壳式空气开关，三组串联支路与矿 热炉7并联接在变压器4的三相低压端，三组串联支路里的晶闸管阀1各自与一个控制器 3的一端电连接，控制器3的另一端与变压器4的三相高压端电连接，变压器4高压端的电 流电压信号被控制器3采集，再由控制器3对晶闸管阀1进行控制，则三相电流电压平衡度 均勻，动态补偿采用三相采样，对三相非对称分相补偿，使三相达到同样的功率因数，特别 对三相变压器，因三相短网长短不同，三相电极上电压、电流不平衡，引起电气中性点与炉 体中性点偏离。采用低压分相非对称补偿后减少三相短网，电压电流不平衡度，使电气中性 点与炉体中心点一致，提高冶炼效率，减少电能消耗，增加产量。采用低压侧在短网的末端 补偿，同时提高了高压侧补偿的功率因数，而且补偿了变压器至电极之间的短网无功损耗， 提高了变压器有功功率的输出，达到了增产节能的效果。晶闸管阀1由两个晶闸管8反并 联构成，晶闸管8采用德国的IXYS元件。低压动态补偿投切，速度灵敏，跟踪负荷的变化达 到最佳效果，低压补偿采用晶闸管8投切，响应最快时间可达20ms，铁合金一般设定2 4S 完全满足矿热炉投料，出炉等负荷的变化，可达到预先设定的设定的功率因数指标0. 95以 上。控制器3其结构主要包括电源电路、显示电路、按键电路、专用电量测量芯片、采 样电路以及CPU，具体控制器3的CPU采用32位ARM微处理器芯片、多任务操作系统内核， 由电源电路向各个其他电路供电，电量测量芯片与采样电路及CPU相接，采样电路用于采 集变压器高压端的电流电压信号，并将信号转换传送给电量测量芯片，电量测量芯片将采 样电路送来的信号进行处理，与CPU进行通讯完成信号的双向传输，CPU监控工作状态，将 电量测量芯片送来的信号进行分析、逻辑判断、计算，以控制装置的工作状态。控制器功能 齐全操作方便，有自动报警装置，有过电压、过电流、超谐波等各项保护功能，确保产品所有 操作使用监控都能在控制室内操作，设备操作方便，安全可靠。电容器2选用金属全膜介质的滤波电容器。使用在矿热炉7的低压补偿，考虑电 流大，环境温度高，要求抗少量的谐波产生的过电流、过电压因素，所以产品采用的是抗高 温膜，设计场强降低40%同时浸渍采用进口的植物油。比电力电容器国标使用标准要求最 高温度不超过+45°C。使得装置能在+50°C长期运行。国标要求标准在标称使用电压1.1 倍，标称电流1. 3短期使用，本电容器能在标称电压1. 2倍，电流1. 3倍长期使用，使电容器 2在成套产品中起到可靠使用的有力保障。矿热炉三种无功补偿方案比较表
权利要求1.一种矿热炉低压无功补偿的专用装置，包括晶闸管阀(1)、电容器O)、控制器(3)、 空气开关(5)及串联电抗器(6)，其特征在于所述空气开关(5)与晶闸管阀(1)、串联电抗 器(6)以及电容器(2)依次串联组成串联支路，所述串联电抗器(6)与电容器(2)在串联 支路中的位置可以互换，三组串联支路与矿热炉(7)并联接在变压器(4)的三相低压端，所 述串联支路里的晶闸管阀(1)与控制器(3)的一端电连接，所述控制器(3)的另一端与变 压器的高压端电连接，变压器高压端的电流电压信号被控制器C3)采集，再由控制器(3)对 晶闸管阀(1)进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种矿热炉低压无功补偿的专用装置，其特征在于所述晶 闸管阀(1)由两个晶闸管(8)反并联构成。
3.根据权利要求2所述的一种矿热炉低压无功补偿的专用装置，其特征在于所述晶 闸管⑶采用德国的IXYS元件。
4.根据权利要求1或2所述的一种矿热炉低压无功补偿的专用装置，其特征在于所 述控制器(3)采用32位ARM微处理器芯片。
5.根据权利要求1或2所述的一种矿热炉低压无功补偿的专用装置，其特征在于所 述电容器( 选用金属全膜介质的滤波电容器，所述串联电抗器(6)为干式铁芯滤波电抗器。
6.根据权利要求1或2所述的一种矿热炉低压无功补偿的专用装置，其特征在于所 述空气开关(5)选用塑壳式空气开关。
专利摘要本实用新型涉及一种矿热炉低压无功补偿的专用装置，包括晶闸管阀、电容器、控制器、空气开关及串联电抗器，所述空气开关与晶闸管阀、串联电抗器以及电容器依次串联组成串联支路，所述串联电抗器与电容器在串联支路中的位置可以互换，三组串联支路与矿热炉并联接在变压器的三相低压端，所述串联支路里的晶闸管阀与控制器的一端电连接，所述控制器的另一端与变压器的高压端电连接，变压器高压端的电流电压信号被控制器采集，再由控制器对晶闸管阀进行控制。采用上述结构，由于低压侧在短网的末端补偿，同时提高了高压侧补偿的功率因数，而且补偿了变压器至电极之间的短网无功损耗，提高了变压器有功功率的输出，达到了增产节能的效果。
文档编号H02J3/18GK201898337SQ20102050746
公开日2011年7月13日 申请日期2010年8月24日 优先权日2010年8月24日
发明者李飞龙, 杜小毛, 童淮安 申请人:国网南自控股(杭州)有限公司