[实用新型]矿热炉低压补偿用开关变压器控制电抗器式SVC装置

说明书

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