(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 206775139 U(45)授权公告日 2017.12.19
(21)申请号 201720483564.4(22)申请日 2017.05.03
(73)专利权人 中冶华天南京工程技术有限公司
地址 014010 内蒙古自治区包头市昆区钢
铁大街45号(72)发明人 张卫
(74)专利代理机构 北京市浩天知识产权代理事
务所(普通合伙) 11276
代理人 刘云贵 金卫文(51)Int.Cl.
H02J 3/18(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图1页
(54)实用新型名称
无功补偿装置和矿热炉(57)摘要
本实用新型属于矿热炉冶炼技术领域，公开了一种无功补偿装置和矿热炉。该无功补偿装置包括：变压器和无功补偿模组，变压器的一次侧线圈与外部供电电源相连，变压器的二次侧线圈与外部电气设备相连，变压器的第三线圈与外部电气设备和所述无功补偿模组同时相连。其中，无功补偿模组包括并联在一起的静止无功发生器和电容补偿组件。本实用新型的无功补偿装置能够使电气设备实时高功率因数且稳定地运行，同时也直接或间接地提高了变压器和电容补偿组件的使用寿命，有效地避免了事故的发生。
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权 利 要 求 书
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1.一种无功补偿装置，其特征在于，包括：变压器和无功补偿模组，所述变压器的一次侧线圈与外部供电电源相连，所述变压器的二次侧线圈与外部电气设备相连，所述变压器的第三线圈与所述外部电气设备和所述无功补偿模组同时相连，其中，所述无功补偿模组包括并联在一起的静止无功发生器和电容补偿组件。
2.根据权利要求1所述的无功补偿装置，其特征在于，所述电容补偿组件供给外部电气设备的无功补偿容量为所述外部电气设备所需最大无功补偿容量的三分之二，所述静止无功发生器供给外部电气设备的无功补偿容量为所述外部电气设备所需最大无功补偿容量的三分之一。
3.根据权利要求2所述的无功补偿装置，其特征在于，所述电容补偿组件包括并联在一起的多个电容补偿电容器。
4.根据权利要求3所述的无功补偿装置，其特征在于，各所述电容补偿电容器供给所述外部电气设备的无功补偿容量相等。
5.根据权利要求4所述的无功补偿装置，其特征在于，所述电容补偿电容器的个数为2个。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的无功补偿装置，其特征在于，所述无功补偿装置还包括设置在连接所述变压器的第三线圈与所述电气设备的线路上的功率因数检测装置，其中，所述功率因数检测装置与所述静止无功发生器相连。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的无功补偿装置，其特征在于，所述无功补偿模组与所述变压器的第三线圈之间连接有开关柜，所述静止无功发生器和所述电容补偿组件并联在所述开关柜内。
8.一种矿热炉，其特征在于，包括与所述矿热炉相连的根据权利要求1-7中任一项所述的无功补偿装置，其中，所述变压器的一次侧线圈与外部供电电源相连，所述变压器的第三线圈和二次侧线圈分别对应连接矿热炉的正、负电极。
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说 明 书无功补偿装置和矿热炉
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技术领域
[0001]本实用新型属于矿热炉冶炼技术领域，具体涉及一种无功补偿装置和应用其的矿热炉。
背景技术
[0002]随着矿热炉冶炼技术的不断提高，矿热炉越来越大型化。矿热炉作为一种埋弧电炉，其自身的变压器、短网、电极、炉料等构成大电流电路，由于系统回路存在电感，因此生产过程中会产生大量的无功功率，这就导致大型化矿热炉的自然功率因数(通常在0.65～0.75之间)较低，因此致使在低功率因数状态下运行的变压器输出电压降低，变压器效率下降，有功功率下降，输电线路损耗增加，从而影响了矿热炉的生产。因此，为了提高矿热炉的生产效率，需要相应地提高矿热炉的功率因数。[0003]在本领域中，为了提高矿热炉的功率因数，通常采取无功补偿措施。具体地，现有的无功补偿措施通常是在矿热炉变压器第三线圈(中压侧)并联2至3套电容补偿装置(TBB)，操作人员根据矿热炉生产过程中功率因数的高低手动或自动投切电容补偿装置(TBB)，从而满足电力系统功率因数的要求。然而，尽管现有的无功补偿措施在应用过程中较为经济，但由于电容补偿装置(TBB)中不存在动态调节手段，因此很难满足矿热炉在不同生产工况下的功率因数变化的要求，尤其当变压器负载较轻时，容易发生过补偿现象而引起母线电压升高，而当母线电压升高大于系统电压(Us)的二十分之一时，必须切除电容补偿装置(TBB)，经常性地投切电容补偿装置(TBB)一方面很容易使其自身发生损坏，另一方面在投切过程中产生的过电压也容易损坏变压器，导致事故的发生。[0004]此外，由于矿热炉生产时负荷波动较大且经常产生无功冲击，因此会引起一定的电压波动，同时还会产生主要以二、三次谐波为主的高次谐波。该电压波动及高次谐波均会对电网造成污染，致使电气设备的使用寿命大大缩短。而现有的无功补偿措施也无法消除电压波动及高次谐波对电网的污染，无法满足电网电能质量的要求。[0005]针对上述现有技术的不足之处，本领域的技术人员迫切希望寻求一种能够有效提高矿热炉的功率因数的无功补偿装置，从而提高矿热炉的能量利用率和生产效率。实用新型内容
[0006]为弥补现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种能够有效提高矿热炉的功率因数的无功补偿装置，从而提高矿热炉的能量利用率和生产效率。[0007]根据本实用新型的第一方面，提出了一种无功补偿装置，包括：变压器和无功补偿模组，所述变压器的一次侧线圈与外部供电电源相连，所述变压器的二次侧线圈与外部电气设备相连，所述变压器的第三线圈与所述外部电气设备和所述无功补偿模组同时相连。其中，所述无功补偿模组包括并联在一起的静止无功发生器和电容补偿组件。[0008]进一步地，所述电容补偿组件供给外部电气设备的无功补偿容量为所述外部电气设备所需最大无功补偿容量的三分之二，所述静止无功发生器供给外部电气设备的无功补
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偿容量为所述外部电气设备所需最大无功补偿容量的三分之一。[0009]进一步地，所述电容补偿组件包括并联在一起的多个电容补偿电容器。[0010]进一步地，各所述电容补偿电容器供给所述外部电气设备的无功补偿容量相等。[0011]进一步地，所述电容补偿电容器的个数为2个。[0012]进一步地，所述无功补偿装置还包括设置在连接所述变压器的第三线圈与所述电气设备的线路上的功率因数检测装置，其中，所述功率因数检测装置与所述静止无功发生器相连。
[0013]进一步地，所述无功补偿模组与所述变压器的第三线圈之间连接有开关柜，所述静止无功发生器和所述电容补偿组件并联在所述开关柜上。[0014]根据本实用新型的第二方面，提出了一种矿热炉，包括与所述矿热炉相连的上述无功补偿装置。其中，所述变压器的一次侧线圈与外部供电电源相连，所述变压器的第三线圈和二次侧线圈分别对应连接矿热炉的正、负电极。
[0015]本实用新型的无功补偿装置通过设置静止无功发生器，一方面，该静止无功发生器可快速跟踪外部电气设备(例如矿热炉)无功功率的变化，通过检测导电通路中所需的无功快速地发出大小相等、相位相反的无功，实现了无功的就地平衡，从而保持了电气设备实时高功率因数且稳定地运行。另一方面，静止无功发生器的设置可避免电容补偿组件的频繁投切，这就有效地提高了电容补偿组件的使用寿命，同时也有效地防止了电容补偿组件在投切过程中产生的过电压对坏变压器造成的损坏，从而避免了事故的发生。另外，由于静止无功发生器本身还兼具滤除系统内十三次以下谐波和治理电压波动的功能，因此该静止无功发生器还可有效满足电网电能质量的要求，提高了电气设备的实用寿命。此外，本实用新型的无功补偿装置在现有的无功补偿装置的基础上连接静止无功发生器即可完成制作，而无需对现有的无功补偿装置的结构进行大范围改进，因此其制作成本低廉，有助于无功补偿装置的生产和应用。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0017]图1显示了根据本实用新型的无功补偿装置的结构示意图，其中示出了矿热炉。具体实施方式
[0018]下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
[0019]图1显示了根据本实用新型的无功补偿装置100的结构示意图。如图1所示，该无功补偿装置100包括：变压器1和无功补偿模组2，变压器1的一次侧线圈11与外部供电电源相连，所述变压器1的二次侧线圈12与外部电气设备相连，变压器1的第三线圈13与外部电气设备和无功补偿模组2同时相连。其中，所述无功补偿模组2包括并联在一起的静止无功发
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生器22和电容补偿组件21。
[0020]本实用新型的无功补偿装置在使用时，首先将变压器1的一次侧线圈11与外部供电电源(图中未示出)相连，然后将变压器1的二次侧线圈12与外部电气设备相连，该外部电气设备例如可以是矿热炉200、锅炉等耗电量大的电气设备，最后将变压器1的第三线圈13与外部电气设备和无功补偿模组2同时相连，这样，外部供电点源提供的电流可在由变压器1的一次侧线圈11、第三线圈13、无功补偿模组2、二次侧线圈12和外部电气设备形成的导电通路中流动。本实用新型中的无功补偿模组2包括并联在一起的静止无功发生器22和电容补偿组件21。该静止无功发生器22可快速跟踪矿热炉无功功率的变化，通过检测导电通路中所需的无功快速地发出大小相等、相位相反的无功，实现无功的就地平衡，从而保持矿热炉实时高功率因数稳定运行。同时，由于静止无功发生器22本身还兼具滤除系统内13次以下谐波和治理电压波动的功能，因此该静止无功发生器22还可有效满足电网电能质量的要求，提高了电气设备的实用寿命。此外，本实用新型的无功补偿装置100在现有的无功补偿装置的基础上连接静止无功发生器22即可完成制作，而无需对现有的无功补偿装置的结构进行大范围改进，因此其制作成本低廉，有助于无功补偿装置100的生产和应用。[0021]具体地，当无功补偿装置100处于空载运行模式时，运行电压UI等于无功补偿装置电压Us，电流IL为零，此时静止无功发生器22不吸收或发送无功；当无功补偿装置处于容性运行模式时，运行电压UI大于无功补偿装置电压Us，电流IL为超前的电流，此时静止无功发生器22发出无功，该电流的幅值可以通过调节运行电压UI来连续控制，从而连续调节静止无功发生器22发出的无功；当无功补偿装置处于感性运行模式时，运行电压UI小于无功补偿装置电压Us，电流IL为滞后的电流，此时静止无功发生器22吸收无功，该电流的幅值可以通过调节运行电压UI来连续控制，从而连续调节静止无功发生器22吸收的无功。[0022]在一个优选地实施方式中，考虑到无功补偿装置100的可靠运行兼顾经济性，可设置电容补偿组件21供给外部电气设备的无功补偿容量为外部电气设备所需最大无功补偿容量的三分之二，静止无功发生器22供给外部电气设备的无功补偿容量为外部电气设备所需最大无功补偿容量的三分之一。[0023]也就是说，静止无功发生器22最大可发出34％的无功功率，也可最大吸收34％的无功功率，因此静止无功发生器22实际能够提供±34％的最大无功补偿容量，且动态连续可调。而电容补偿组件21实际能够提供66％的最大无功补偿容量，即，无功补偿装置100的动态无功补偿容量的调节范围为32％～100％的最大无功补偿容量。由于当母线电压升高超过0.05Us时，需要切除电容补偿组件21，而当本实用新型的无功补偿装置100的动态无功补偿容量处于32％的最大无功补偿容量时，本实用新型母线电压升高的电压U仅约为0.013Us，该电压U的值远小于0.05Us，因此无需切除电容补偿组件21，这就有效地避免了对电容补偿组件21的频繁切除，从而提高了电容补偿组件21的使用寿命，同时有效地防止了电容补偿组件21在投切过程中产生的过电压对坏变压器1的损坏，从而避免了事故的发生。[0024]在一个优选地实施方式中，电容补偿组件21包括并联在一起的多个电容补偿电容器211。优选地，各电容补偿电容器211供给外部电气设备的无功补偿容量相等，即可选择相同型号的电容补偿电容器211。当然，不同型号的电容补偿电容器211的选择也是可以的，只要满足上述电容补偿组件21的无功补偿容量即可。进一步优选地，电容补偿电容器的个数为2个。
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根据本实用新型，如图1所示，无功补偿装置100还包括设置在连接变压器1的第三
线圈13与电气设备的线路上的功率因数检测装置3。其中，功率因数检测装置3与静止无功发生器22相连。通过该设置，功率因数检测装置3用来检测电气设备中无功的大小，并将其反馈给静止无功发生器22，静止无功发生器22的控制器可根据具体的无功的大小来具体发出或吸收相应地无功。[0026]另外，如图1所示，无功补偿模组2与变压器1的第三线圈13之间连接有开关柜4，静止无功发生器22和电容补偿组件21并联在开关柜4内。通过开关柜4可在需要的情况下统一控制静止无功发生器22和电容补偿组件21的开启或关闭。[0027]此外，本实用新型还提出了一种矿热炉，结合图1所示，矿热炉200包括与矿热炉200相连的上述无功补偿装置100。其中，变压器1的一次侧线圈11与外部供电电源相连，变压器1的第三线圈13和二次侧线圈12分别对应连接矿热炉200的正、负电极201。[0028]由于本实用新型的无功补偿装置100能够实时高功率因数稳定运行，同时还有效地消除了高次谐波和电压波动，因此极大地提高了矿热炉200的能量利用率和生产效率，有效地节约了生产成本。
[0029]最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。
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