新型短網側低壓動態無功補償裝置的製作方法

2023-05-23 08:50:16

專利名稱：新型短網側低壓動態無功補償裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及低壓無功補償領域，尤其是一種提高冶金行業供電系統功率因素的新型短網側低壓動態無功補償裝置。
背景技術：
冶金行業是指對金屬礦物的勘探、開採、精選、冶煉、以及軋製成材的行業，包括黑色冶金工業和有色冶金工業兩大類，是重要的原材料工業部門，為國民經濟各部門提供金屬材料，也是經濟發展的物質基礎。然而其電能消耗卻非常大，佔企業生產成本的70%左右，因此降低電能消耗、改善冶煉電爐的綜合效能對冶金企業至關重要。冶金行業供電系統主要由高壓供電網絡、電站變、爐變、短網系統組成，而短網系統為低壓大電流系統，其最大電流可達數十萬安培，不得不採用水冷裝置對供電系統進行強制冷卻，設備自然功率因數僅為O. 7-0. 8，低功率因數導致爐變效率低下、無功消耗過大、三相不平衡嚴重，進而導致冶 煉效率低壓、電費劇增、低效高耗。冶煉設備工作時供電系統有快速、瞬變的無功和聞次諧波，引起冶煉系統電壓、電流波形畸變，增加線損和爐變損耗，降低電能質量。電能質量問題主要有冶煉系統所需無功功率較大，供電系統產生諧波、電壓閃變、衝擊和湧流現象，低壓短網側三相空間結構不對稱導致三相不平衡、增加損耗，功率因數低、電壓跌落現象嚴重。現有的電爐二次補償裝置投切開關主要採用真空接觸器或複合開關，其具有投切湧流大、機械壽命短、抗粉塵能力差等缺點。在冶金行業中採用高壓側補償的方式易出現低壓側過補償、無功倒送等問題，不能及時的補償短網側的無功。
發明內容本實用新型解決了現有冶金行業的供電系統中設備自然功率因數較低導致爐變效率低下、無功消耗過大和三相不平衡比較嚴重的缺陷，提供一種新型短網側低壓動態無功補償裝置，提高設備自然功率因數，提高爐變效率，降低無功消耗，同時也使三相不平衡趨於穩定。本實用新型還解決了現有技術中引起冶煉系統電壓、電流波形畸變，增加線損和爐變損耗並降低電能質量的缺陷，提供一種新型短網側低壓動態無功補償裝置，防止冶煉系統電壓、電流波形畸變，降低線損和爐變損耗以提高電能質量。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種新型短網側低壓動態無功補償裝置，補償系統包括高壓供電網絡系統、與高壓供電網絡系統串聯的短網系統、與短網系統串聯的冶金設備，冶金設備並聯有低壓動態補償裝置，短網系統與冶金設備共同並聯有爐變系統，爐變系統的高壓側接高壓供電網絡系統。冶金設備與低壓動態補償裝置相串聯，大量無功電流直接經低壓電容器和冶金設備形成的迴路流過，不在經過短網系統、爐變系統及高壓供電網絡系統，在提高功率因數的同時，可提高爐變的有功輸出率，降低爐變、短網的無功消耗；功率因數提高就可以延長冶金設備的使用壽命，優化冶金設備供電質量，實現節能降耗、提高冶金設備可靠性的效益；低壓動態補償裝置能防止冶煉系統電壓、電流波形畸變，降低線損和爐變損耗以提高電能質量，實現對短網的快速、動態無功補償。作為優選，低壓動態補償裝置包括雙向晶閘管觸發裝置、與雙向晶閘管觸發裝置相串聯的熔斷器、與雙向晶閘管觸發裝置相串聯的冶金行業用低壓電容器，雙向晶閘管觸發裝置的控制接口與PLC控制器相連；雙向晶閘管觸發裝置與低壓電容器之間連接有箔繞方形乾式鐵芯電抗器。補償方式分為共補和分補，雙向晶閘管觸發裝置具有電壓上升率高和觸發功率大的特點，解決了採用帶有雙向警察管的隔離型光耦作為門極驅動器件時由於電壓臨界上升參數過低而產生的上電誤導通現象；PLC控制器可以根據短網側補償容量大小，任意擴展控制補償裝置的路數，數百路採用一套PLC控制器。作為優選，雙向晶閘管觸發裝置採用基於IGBT的過零晶閘管觸發裝置，IGBT器件帶有齊納二極體保護；低壓電容器為星形連接。雙向晶閘管觸發裝置基於IGBT，其抗衝擊能力大為提高，比較適用於冶金行業補償裝置；齊納二極體保護，耐壓為1200-1600V，電流達8A，且IGBT的電壓臨界上升率達5000V/US。·作為優選，箔繞方形乾式鐵心電抗器包括方形的鐵心、鐵心兩端的鐵軛及纏繞在鐵心外的線圈。方形結構，製作方便，同時降低了損耗和產品成本，電抗器串聯後，可降低系統無功及電壓衝擊對低壓電容器的影響，同時濾除系統中的部分諧波，提高設備的使用壽命O作為優選，線圈為三層鋁箔疊繞而成，鋁箔的層與層之間粘合有絕緣預浸布，線圈的內表面和外表面均有絕緣預浸布包裹。線圈為鋁箔，多層鋁箔疊繞，並在層間設置絕緣預浸布，減小層間渦流損耗，降低發熱量；鋁箔整體由絕緣預浸布包裹，鋁箔線圈疊繞牢固，提高電抗器整體的機械強度；鋁箔作為線圈繞制簡單，而且可以保證線圈表面平整。作為優選，絕緣預浸布的厚度為O. I-ο. 25_，絕緣預浸布由基材及在基材外表浸潰並烘焙的環氧樹脂組成，所述的基材由聚脂薄膜和聚脂纖維交織而成。基材為絕緣材料，環氧樹脂為絕緣材料，絕緣預浸布經過規定溫度預烘後自身會產生粘性，與鋁箔粘帖牢固。作為優選，鋁箔層間的絕緣預浸布及線圈內、外表面的絕緣預浸布均伸出到纏繞的鋁箔的上端外。絕緣預浸布的端部伸出可以防止線圈端部短路現象的發生。作為優選，線圈的下端具有引出排，引出排採用鋁排，鋁箔與鋁排之間採用氬弧焊焊接固定；下端的引出排沿著線圈的內部從線圈的下端延伸到上端，伸出到線圈上端的屬於下端的引出排的連接部位與屬於上端的引出排的連接部位相對線圈的中線線對稱。引出排採用鋁排，與線圈的材質性能相同，損耗小，確保良好的導電性；鋁箔與鋁排之間用氬弧焊可以得到較好的焊接效果，焊接牢固，焊渣少，平整度也較高。作為優選，鐵心採用同一尺寸的矽鋼片層疊而成，矽鋼片為方形結構。方形結構是鐵心的寬度方向尺寸減小，縮小鐵心的體積，矽鋼片使用一個規格，製作簡單；矽鋼片層疊形成多段結構，使得電感三相平衡度好，鐵心不易磁飽和。作為優選，低壓電容器使用耐120°C以上的高溫膜、低場強設計，單臺電容器設有中間抽頭。可滿足不同分組不同補償容量的需求，同時保證了抵押電容器在冶金行業複雜供電系統中的圓形可靠性；解決了常用的低壓自愈式電容器抗諧波及湧流能力差、抗粉塵及高溫能力差的特點，保證了短網側無功補償裝置的運行可靠性。本實用新型的有益效果是冶金設備與低壓動態補償裝置相串聯，大量無功電流直接經低壓電容器和冶金設備形成的迴路流過，不在經過短網系統、爐變系統及高壓供電網絡系統，在提高功率因數的同時，可提高爐變的有功輸出率，降低爐變、短網的無功消耗。

圖I是本實用新型一種系統阻抗結構示意圖；圖2是本實用新型一種低壓動態無功補償裝置系統圖；圖3是本實用新型一種線圈結構示意圖；圖4是本實用新型圖3所示線圈的俯視圖；圖5是本實用新型一種線圈局部放大圖； 圖6是本實用新型一種鋁箔與鋁排連接示意圖；圖中1、高壓供電網絡系統阻抗，2、爐變系統阻抗，3、短網系統阻抗，4、低壓動態補償裝置阻抗，5、冶金設備阻抗，6、PLC控制器，7、雙向晶閘管觸發裝置，8、箔繞方形乾式鐵心電抗器，9、低壓電容器，10、絕緣預浸布，11、鋁箔，12、進線排，13、出線排，14、鐵心。
具體實施方式
下面通過具體實施例，並結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。實施例一種新型短網側低壓動態無功補償裝置，包括高壓供電網絡系統、與高壓供電網絡系統串聯的短網系統、與短網系統串聯的冶金設備，冶金設備並聯有低壓動態補償裝置，短網系統與冶金設備共同並聯有爐變系統，爐變系統的高壓側接高壓供電網絡系統。系統內部的阻抗(參見附圖I)包括高壓供電網絡系統阻抗1，短網系統阻抗3，爐變系統阻抗2，低壓動態補償裝置阻抗4，冶金設備阻抗5。110KV的高壓電網直接接入爐變系統的高壓一次側，爐變系統的低壓側通過短網系統連接於冶金設備上，低壓動態補償裝置連接與爐變系統二次低壓側，也即短網系統側。低壓動態補償裝置(參見附圖2)包括雙向晶閘管觸發裝置7、與雙向晶閘管觸發裝置相串聯的熔斷器、與雙向晶閘管觸發裝置相串聯的冶金行業用低壓電容器9，雙向晶閘管觸發裝置的控制接口與PLC控制器6相連；雙向晶閘管觸發裝置與低壓電容器之間連接有箔繞方形乾式鐵芯電抗器8。雙向晶閘管觸發裝置採用基於IGBT的過零晶閘管觸發裝置，IGBT器件帶有齊納二極體保護。雙向晶閘管觸發裝置包括雙向可控矽和繼電器(參見附圖2)，雙向可控矽的第一電極與繼電器的一端相連，雙向可控矽的第二電極與繼電器的另一端相連。雙向晶閘管觸發裝置的控制接口與PLC控制器相連，PLC控制器具有12個控制輸出口，一個PLC控制器連接12個雙向晶閘管觸發裝置。每一雙向晶閘管觸發裝置具有三個雙向可控矽和三個繼電器，每一雙向晶閘管觸發裝置通過三個熔斷器連接三相電源。雙向晶閘管觸發裝置的第二級連接有低壓電容器。三個雙向可控矽的第二電極分別與三個繼電器的另一端和三個電容器的一端相連，三個電容器的另一端都與中性線相連，三個電容器組成星形連接。補償裝置的主排採用水冷母排，單相分組補償採用矩形銅排與水冷母排相連接。箔繞方形乾式鐵心電抗器包括鐵心14、鐵心兩端的鐵軛及纏繞在鐵心外的線圈。鐵心採用同一尺寸的矽鋼片層疊而成，矽鋼片為方形結構，鐵心為方形結構。鐵心外部纏繞有三層鋁箔11 (參見附圖3附圖4)，鋁箔與鋁箔之間粘有絕緣預浸布10，最裡層的鋁箔的內表面和最外層的鋁箔的外表面均粘有絕緣預浸布10，絕緣預浸布的上端伸出到鋁箔的上端面5_ (參見附圖5)。鋁箔的下端通過氬弧焊焊接固定有引出排，引出排採用鋁排(參見附圖6)，引出排從線圈內部穿到線圈上端為進線排12，引出排從線圈外部穿到線圈上端為出線排13，進線排的連接端與出線排的連接端相對線圈的中線線對稱。絕緣預浸布的厚度為O. 2mm，絕緣預浸布由基材及在基材外表浸潰並烘焙的環氧樹脂組成，所述的基材由聚脂薄膜和聚脂纖維交織而成。低壓動態補償裝置具有一個補償裝置櫃，補償裝置櫃的櫃體採用 敷鋁鋅板結構，櫃體的前後均設置有散熱孔，櫃體的上部和底部均設置有軸流風機，櫃體下部還設置有通風道。以上所述的實施例只是本實用新型的一種較佳方案，並非對本實用新型作任何形式上的限制，在不超出權利要求所記載的技術方案的前提下還有其它的變體及改型。
權利要求1.ー種新型短網側低壓動態無功補償裝置，其特徵在於補償裝置包括高壓供電網絡系統、與高壓供電網絡系統串聯的短網系統、與短網系統串聯的冶金設備，冶金設備並聯有低壓動態補償裝置，短網系統與冶金設備共同並聯有爐變系統，爐變系統的高壓側接高壓供電網絡系統。
2.根據權利要求I所述的新型短網側低壓動態無功補償裝置，其特徵在於低壓動態補償裝置包括雙向晶閘管觸發裝置、與雙向晶閘管觸發裝置相串聯的熔斷器、與雙向晶閘管觸發裝置相串聯的冶金行業用低壓電容器，雙向晶閘管觸發裝置的控制接ロ與PLC控制器相連；雙向晶閘管觸發裝置與低壓電容器之間連接有箔繞方形乾式鐵芯電抗器。
3.根據權利要求2所述的新型短網側低壓動態無功補償裝置，其特徵在於雙向晶閘管觸發裝置採用基於IGBT的過零晶閘管觸發裝置，IGBT器件帶有齊納ニ極管保護；低壓電容器為星形連接。
4.根據權利要求2或3所述的新型短網側低壓動態無功補償裝置，其特徵在於箔繞方形乾式鉄心電抗器包括方形的鉄心、鐵心兩端的鐵軛及纏繞在鉄心外的線圈。
5.根據權利要求4所述的新型短網側低壓動態無功補償裝置，其特徵在於線圈為三層鋁箔疊繞而成，鋁箔的層與層之間粘合有絕緣預浸布，線圈的內表面和外表面均有絕緣預浸布包裹。
6.根據權利要求5所述的新型短網側低壓動態無功補償裝置，其特徵在於絕緣預浸布的厚度為O. 1-0. 25_，絕緣預浸布由基材及在基材外表浸潰並烘焙的環氧樹脂組成，所述的基材由聚脂薄膜和聚脂纖維交織而成。
7.根據權利要求5所述的新型短網側低壓動態無功補償裝置，其特徵在於鋁箔層間的絕緣預浸布及線圈內、外表面的絕緣預浸布均伸出到纏繞的鋁箔的上端外。
8.根據權利要求4所述的新型短網側低壓動態無功補償裝置，其特徵在於線圈的下端具有引出排，引出排採用鋁排，鋁箔與鋁排之間採用氬弧焊焊接固定；下端的引出排沿著線圈的內部從線圈的下端延伸到上端，伸出到線圈上端的屬於下端的引出排的連接部位與屬於上端的引出排的連接部位相對線圈的中線線對稱。
9.根據權利要求4所述的新型短網側低壓動態無功補償裝置，其特徵在於鐵心採用同一尺寸的娃鋼片層疊而成，娃鋼片為方形結構。
10.根據權利要求2或3所述的新型短網側低壓動態無功補償裝置，其特徵在於低壓電容器使用耐120°C以上的高溫膜、低場強設計，單臺電容器設有中間抽頭。
專利摘要本實用新型涉及一種新型短網側低壓動態無功補償裝置。解決了現有冶金行業的供電系統中設備自然功率因數較低導致爐變效率低下、無功消耗過大和三相不平衡比較嚴重的缺陷，包括高壓供電網絡系統、與高壓供電網絡系統串聯的短網系統、與短網系統串聯的冶金設備，冶金設備並聯有低壓動態補償裝置，短網系統與冶金設備共同並聯有爐變系統，爐變系統的高壓側接高壓供電網絡系統。冶金設備與低壓動態補償裝置相串聯，大量無功電流直接經低壓電容器和冶金設備形成的迴路流過，不在經過短網系統、爐變系統及高壓供電網絡系統，在提高功率因數的同時，可提高爐變的有功輸出率，降低爐變、短網的無功消耗。
文檔編號H02J3/26GK202616783SQ20122008996
公開日2012年12月19日 申請日期2012年3月12日 優先權日2012年3月12日
發明者孫新年, 楊聖利, 喻德來 申請人:杭州銀湖電氣設備有限公司