[发明专利]冶金矿热炉的无功补偿结构

说明书

技术领域

本发明涉及无功补偿结构，具体的讲是冶金矿热炉的无功补偿结构。

背景技术

无功补偿是在电力系统中起提高电网的功率因数的作用，降低用电设备及输送线路的损耗，提高供电效率，改善供电环境。无功补偿装置在电力供电系统中处在一个不可缺少的非常重要的位置。合理的选择补偿装置，可以做到最大限度的减少网络的损耗，使电网质量提高。反之，如选择或使用不当，可能造成供电系统，电压波动，谐波增大等诸多因素。

在电力生产中，冶金矿热炉是一种高载能设备，也是谐波源设备，主要由开关供电设备、控制设备、电炉变压器、水冷铜管(水冷电缆)、电极、炉体等部分构成。随着工业的发展，目前大多数冶金电炉的容量都在33MVA以上。

短网是指电炉变压器二次端子到电极的电路元件的通称。冶金矿热炉的短网由导电母线和电极组成，导电母线用铜质材料制成。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。根据冶金矿热炉的特点，系统电抗的70％是由短网产生的，因此短网的性能决定了矿热炉的性能。正是由于这个原因，因此冶金矿热炉的自然功率因数很难达到相关标准指定的0.9以上，绝大多数冶金矿热炉的自然功率因数都在0.7～0.8之间。自身无功功率需求量较大，从节能降耗和企业自身经济效益角度出发，需要在供电系统中加装大量的电容补偿装置。

现有补偿方法大都在冶金矿热炉的高压侧加装电容器，以满足冶金炉无功功率补偿的需要。该技术较为成熟。但是在冶金矿热炉高压侧进行补偿时，由于补偿装置安装位置的原因，只能对安装点以前的供电设备减少无功需求，降低电流，因此只能解决供电线路的耗损问题，而冶金炉变压器及短网等耗能的关键节点的电流没有降低。由于无功耗能＝3I².R，故在电流值及短网电阻值一定的情况下，系统总耗能没有降低。在对短网的无功补偿中，因大容量冶金矿热炉的补偿需求量大，短网运行的电压低(一般在120V～180V之间)，因此所需的低压电容只数多，在炉体周围所占面积大，而目前大多数冶金矿热炉因受场地的限制，没有足够的空间安装补偿短网无功的电容，因此不能满足补偿需求。

发明内容

本发明提供了一种冶金矿热炉的无功补偿结构，能够能降低冶金矿热炉的能耗，使冶金矿热炉的自然功率因数在0.9以上，提高产品产量，并且运行稳定。

本发明的冶金矿热炉的无功补偿结构，包括与输入电流连接的电炉变压器，电炉变压器的下游经过短网连接电炉体，在电炉变压器的中压侧与主线路并联中压补偿单元，在短网的前端并联低压补偿单元。中压补偿解决了部分高压线路及电炉变压器的功率损耗，低压补偿解决了电炉变压器至电极间的短网损耗。通过在电炉变压器的中压侧并联一定数量的无功容量作为固定补偿，再在短网前端并联低压补偿容量，提高短网电压，凑而提高了炉变的有功功率的输出。中压和低压的补偿功率均由PLC控制系统根据功率因数、流压比、谐波电流等进行计算，使系统的自然功率因数达到0.9以上。为了确保不会过补，在PLC的计算中要通过支路分组电容的容量判定所需投运的支路数进行补偿计算。通过这种方式，降低了用电设备的负载电流，减小了用电设备的无功电量，提高了系统的自然功率因数，从而降低了生产能耗，提高了产品产量，达到了节能降耗的目的。

一种优选的方案为，所述的中压补偿单元包括滤波电抗器和电容器串联的谐振电路，低压补偿单元同样包括滤波电抗器和电容器串联的谐振电路。谐振会将原谐波电流值放大，造成对电力系统的污染及损坏电力设备，因此需要谐振电路滤掉谐波。电抗器和电容器串联是常见的一种谐振电路结构，这种结构的谐振电路通过调节电抗或电容器的电容参数，使在产生谐波时感抗值等于容抗值(X_L＝X_C)，则谐振电路的阻抗就等于0，也就是对该次谐波为短路，由此滤掉该次谐波，使其不会流入到主线路中。由中压补偿单元和低压补偿单元共同组合滤波补偿，能够确保冶金矿热炉长期稳定的运行，达到更好的补偿效果。

一种具体的方案为，中压补偿单元中的谐振电路的滤波电抗器的耐压值为10KV，电容器中的电容的耐压值为10KV。

通过本发明的冶金矿热炉的无功补偿结构，能够能降低冶金矿热炉的能耗，达到节能降耗的目的，同时还能够使冶金矿热炉的自然功率因数在0.9以上，提高产品产量，并且运行稳定。

以下结合由附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。