[发明专利]一种带瞬变阻抗功能内置新型电抗器的整流和电炉变压器

说明书

技术领域

本发明是一种带瞬变阻抗功能内置电抗器的整流和电炉变压器。主要应用于交直流冶炼、电热设备、化工电解等系统。是一种具有独立调压绕组的变容量调压的变压器，具有在调压范围内所有调压档位的阻抗电压值发散性极小的特点，并在系统发生突发短路时具有瞬变阻抗功能，使交直流冶炼系统、整流系统具有功率因数高、节能（是系统节能、而非变压器节能）、提高冶炼工艺水平、降低无功补偿设备容量、降低直流电抗器容量、降低整流电路晶闸管过电流倍数的技术效果。特别是对化工电解和直流冶炼的节能效果极其显著。

背景技术

2014年2月发明人在国际上首次提出瞬变阻抗的概念，国内外一些科研生产单位相继提出了一些变阻抗方案，其中西安交大提出了一个电力变压器的瞬变阻抗方案，其电气原理类似于本专利的图9，但其技术方案是错误的。

西安交大的技术方案是高压电网发生短路后，断开一个特制的切换开关（说明这个开关完全可以切断短路电流，开断容量是够的），在电网和电力变压器中串联进限流电抗器，采用瞬变阻抗技术控制住短路电流（实质是让短路电流变小）后再断开断路器。

西安交大的技术方案问题在于系统发生短路后你的开关已经可以控制短路电流了，说明这个开关的开断容量足够了，直接用这个开关断开短路电流好了，为什么还要变阻抗。为什么要多余的费一番周折变阻抗后再断开断路器（开关）。其变阻抗的技术是没有作用的。

西安交大方案所要解决的技术问题是保证电网系统安全。

在电网系统中如开关开断容量够大，能断开短路电流是不需要变阻抗方案的，不够大才需要变阻抗方案。现阶段高压断路器和其他类型的开关最大开断电流是65KA，在高压电网系统中发生突发短路时断开断路器即可，如电网容量太大，断路器或开关开断容量不够时，再采用可用的变阻抗技术方案，例如发明人的瞬变阻抗串变调压变压器技术方案。

高压电网发生突发短路是无法自行恢复的，需要断电处理。但电炉冶炼系统不同，短路是炉料熔化坍塌造成的是可以短时间内自行恢复的。现在交直流冶炼系统、电解系统与电网系统相比容量较小，断路器的开断容量足够大。

本专利瞬变阻抗技术在电炉系统的技术方案是：在电炉系统短路时可以不用上升电极断开短路电流，首先断开切换开关，在系统中串联进限流电抗器，采用瞬变阻抗功能增大系统阻抗，则可以在短路时继续保持炉内电流在额定电流附近或在可接受的范围之内，即保持炉内温度，又避免重新拉弧给电网造成闪变现象而影响电网安全运行，待电炉内短路状态消失或稍提电极促使炉内短路状态消失（这一过程中电弧可以继续工作，不断电），再开通开关，把电抗器从系统中切除。

本专利瞬变阻抗技术在短路后无法自行恢复的电力系统中所要解决的技术问题（目的）是：通过变阻抗技术，减小无功补偿设备容量、节能等等。系统开关开断容量足够，已可以保证系统安全。

本专利瞬变阻抗在短路后可以自行恢复的电力系统，例如电炉系统所要解决的技术问题（目的）是：通过切换开关在系统中串联进限流电抗器，控制短路电流在一定的范围内，不要在系统中造成危害。另一个目的是减小系统阻抗，提高系统功率因数、降低无功补偿设备的容量等等。如突发短路被抑制了，系统阻抗必然可以降低。系统开关开断容量足够，已可以保证系统安全。

本专利与西交大方案有本质区别，一是技术效果两者不可同日而语，二应用领域不同，三是变阻抗的目的不同，四是变阻抗的技术方案不同，五是本专利的电抗器是一种各电抗器生产企业重未有过的新型限流电抗器，六是变压器的电气原理相似但本专利是一种新发明的新型整流和电炉变压器。

在大型交直流冶炼系统、电解系统的电炉和整流变压器具有以下工艺特点，第一二次电压低、电流大，第二是调压范围大，第三是变容量调压，第四是经常发生突发短路，第五是功率因数低。

变容量调压给变压器带来一个重要特点是就是变压器阻抗值与输出电压高低成反比，调压范围越大阻抗值发散性越大。就食盐电解而言，调压范围通常是55%—105%，输出电压105%Udn（Udn最大输出的额定电压，下同）时阻抗一般7%—8%，而55%Udn时为20%左右，相差3倍。对于铝电解通常是10%—105%，输出电压105%Udn时阻抗一般7%—8%，在10%Udn时阻抗电压百分数一般大于100%。电炉变压器和整流变压器结构相似，阻抗计算方法相同，当调压范围相同时，阻抗发散性相同。以上结论见于《特种变压器理论与设计》及相关科技文章、设计手册。