專利名稱：礦熱爐二次低壓補(bǔ)償裝置系統(tǒng)的角連接方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于冶金行業(yè)礦熱爐冶煉系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)備，特別適用 于礦熱爐二次j氐壓補(bǔ)償裝置的連接方法。
背景技術(shù)：
礦熱爐是冶金工業(yè)的重要熔煉設(shè)備，電能消耗非常大，在企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)成本
中最高可達(dá)70%。降低電爐的能耗，改善電爐的綜合能效對冶金企業(yè)有著極其重 要的意義。如圖1所示，礦熱爐冶煉的電氣系統(tǒng)主要由高壓供電網(wǎng)絡(luò)、變電礎(chǔ) 變壓器、電爐一次側(cè)供電網(wǎng)絡(luò)、大功率的電爐變壓器、低電壓大電流的短網(wǎng)系 統(tǒng)、水冷電纜、電極系統(tǒng)和爐膛等部分組成。電爐的冶煉電流含有快速、不規(guī) 則瞬時(shí)變化的無功功率和高次諧波，從而引起電壓閃變、電流沖激現(xiàn)象，引起 冶煉系統(tǒng)電壓、電流波形畸變，增加了線損和電爐設(shè)備的損耗，降低了電能質(zhì) 量其主要缺陷存在以下不足
a、 無功功率較大
由于供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器特別是大功率的電爐變壓器、低電壓大電流的短網(wǎng) 系統(tǒng)、水冷電纜、電極系統(tǒng)和爐膛等冶煉網(wǎng)絡(luò)元件的特征是感性負(fù)栽，感性負(fù) 載在建立磁場時(shí)需要磁化能量，因此消耗大量的無功功率，導(dǎo)致冶煉系統(tǒng)功率 因數(shù)低甚至冶煉系統(tǒng)從高壓電網(wǎng)交換的無功功率大于有功功率，當(dāng)無功功率較 大時(shí)可導(dǎo)致多方面的影響，加重輸電線路、變壓器和發(fā)電機(jī)的負(fù)荷，導(dǎo)致熱損 耗增加和電壓降落。
b、 電爐冶煉系統(tǒng)產(chǎn)生諧波、電壓閃變、電流沖激、涌流和瞬流電爐冶煉主要依靠電能加熱，需要短時(shí)沖擊功率，主要是無功功率，明弧 冶煉煉鋼電弧爐、埋弧冶煉的礦熱爐或直流冶煉都會產(chǎn)生頻繁的短路和斷路現(xiàn) 象從而出現(xiàn)閃變效應(yīng)和諧波，電壓閃變和諧波使電壓和電流發(fā)生畸變，導(dǎo)致電 氣設(shè)備故障，電網(wǎng)諧振，變壓器和輸電線路過負(fù)荷，互感器發(fā)生磁飽和，計(jì)量 出現(xiàn)錯(cuò)誤，電流周圍鐵-磁體發(fā)熱震動，變壓器升溫等等。同時(shí)由于電爐冶煉變
壓器二次繞組連接為A形，產(chǎn)生3次諧波，3次諧波電流形成一個(gè)獨(dú)立的零序電 流系統(tǒng)，不能抵消，流入系統(tǒng)后又返到諧波發(fā)生源，導(dǎo)致干擾和故障，引起火 災(zāi)。電爐冶煉所產(chǎn)生的極強(qiáng)高次諧波不僅影響電爐冶煉還會造成電網(wǎng)的嚴(yán)重污 染，以致使電網(wǎng)上其它設(shè)備特別是用電子元器件(包括計(jì)算機(jī))控制的設(shè)備(現(xiàn) 代絕大多數(shù)先進(jìn)設(shè)備都如此)不能正常工作。電弧放電是電爐系統(tǒng)中電壓、電 流沖激的一個(gè)主要來源。由電弧放電所產(chǎn)生的高頻電壓尖峰脈沖，會通過設(shè)備 線路擴(kuò)散、影響到整個(gè)電爐冶煉系統(tǒng)，產(chǎn)生浪涌、瞬流、電壓閃變和電流沖激。
c、 三相功率不平衡附加損耗
由于電爐冶煉變壓器二次低壓側(cè)的三相短網(wǎng)空間物理結(jié)構(gòu)不對稱導(dǎo)致三相 不平衡，增加了三相功率不平衡附加損耗并產(chǎn)生零序電流。
d、 冶煉電壓跌落
電爐冶煉時(shí)，經(jīng)常處于起弧、斷弧狀態(tài)，此時(shí)功率因數(shù)很低，而電流非常 大，因而造成電能的極大損耗，同時(shí)還對電網(wǎng)有極大的沖擊，會引起電網(wǎng)電壓 急劇下降，產(chǎn)品質(zhì)量下降，設(shè)備功率不穩(wěn)，無功功率增加，線路保護(hù)誤動作燒 損設(shè)備。
圖2所示，由爐膛內(nèi)的電弧產(chǎn)生的無功功率、諧波、電壓閃變、電流沖激、 浪涌、瞬流和三相功率不平衡附加損耗等廣義無功已經(jīng)流經(jīng)了低電壓大電流的 電極系統(tǒng)、水冷電纜、短網(wǎng)、電爐變壓器，已經(jīng)使路徑上的這些元件發(fā)熱升溫， 產(chǎn)生了巨大消耗。短網(wǎng)產(chǎn)生的廣義無功又流經(jīng)了電爐變壓器，產(chǎn)生了消耗。變
5壓器一次和二次繞組產(chǎn)生的無功又流經(jīng)了高壓側(cè)，產(chǎn)生了消耗。
圖3所示為電爐冶煉系統(tǒng)高壓補(bǔ)償?shù)某绷鞣植记€圖，可以明顯看到，以 高壓無功補(bǔ)償為基礎(chǔ)的電爐電能質(zhì)量優(yōu)化，只能減小電爐變壓器低壓側(cè)和高壓 側(cè)的合計(jì)無功功率在流經(jīng)高壓側(cè)時(shí)的損耗，而高壓側(cè)是小電流的系統(tǒng)，損耗較 小，節(jié)約的能耗比較有限，這也是以高壓無功補(bǔ)償為基礎(chǔ)的電爐電能質(zhì)量優(yōu)化 不能提高能效、降低消耗的根本原因。
以上是使冶煉系統(tǒng)電能質(zhì)量低下的最集中最典型的形式，其中危害最大、 使電耗增加最為嚴(yán)重的便是電壓閃變、電流沖激、瞬流和浪涌。沖激現(xiàn)象造成 了用電系統(tǒng)的用電效率嚴(yán)重下降，感性負(fù)載的電流損失增加，變壓器的繞組溫
度升高。測試表明， 一個(gè)800Hz的振蕩型沖激會使鐵芯材料的能耗由0. 04W/1B 增加到3W/1B,能耗增加的幅度為67%。由于浪涌與沖激電流的沖擊，導(dǎo)致變壓 器的溫度升高，電爐變壓器溫度每增加1度，大約增加4%的能耗。而對于用電 爐冶煉系統(tǒng)而言，由于沖激電流長期的沖擊，導(dǎo)致接觸部件形成氧化層，增加 了接觸電阻，而每增加l歐姆接觸電阻，將導(dǎo)致電能的效率損失13°/。。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)筒單，使用方便，路徑簡短，實(shí)現(xiàn)就 地補(bǔ)償，有效改善三相功率不平衡的礦熱爐二次低壓補(bǔ)償裝置系統(tǒng)的電連接方 法。
實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的的技術(shù)方案是這樣解決的電爐冶煉的電氣系統(tǒng)包括依次順 序由高壓供電網(wǎng)絡(luò)、變電站變壓器、電爐一次側(cè)供電網(wǎng)絡(luò)、電爐變壓器、電爐 二次側(cè)的短網(wǎng)、水冷電纜、電極和爐膛連接組成，還包括電爐二次側(cè)的短網(wǎng)的 兩端并聯(lián)連接補(bǔ)償電容。
連接方法按下述步驟進(jìn)行
a、 110kv高壓電網(wǎng)直接接入電爐變壓器的高壓一次側(cè)；b、 電爐變壓器的低壓二次側(cè)主回路a通過電爐短網(wǎng)連接于電極I上；
c、 電爐變壓器的低壓二次側(cè)主回路b通過電爐短網(wǎng)連接于電極II上；
d、 電爐變壓器的低壓二次側(cè)主回路c通過電爐短網(wǎng)連接于電極I上；
e、 電爐變壓器的低壓二次側(cè)二次繞組末端x通過電爐短網(wǎng)連接于電極II上；
f、 電爐變壓器的低壓二次側(cè)二次繞組末端y通過電爐短網(wǎng)連接于電極ffl上；
g、 電爐變壓器的低壓二次側(cè)二次繞組末端z通過電爐短網(wǎng)連接于電極III上；
h、 電極置于爐膛內(nèi)；
i、 二次出線低壓補(bǔ)償包括補(bǔ)償電容串聯(lián)連接，其串聯(lián)之節(jié)點(diǎn)引出線接入低 壓二次側(cè)主回路b上；同時(shí)，補(bǔ)償電容的兩端分別并聯(lián)于補(bǔ)償電容的一端；其 補(bǔ)償電容的另一端并聯(lián)接入低壓二次側(cè)二次繞組末端z上；補(bǔ)償電容的另一端 并聯(lián)接入低壓二次側(cè)主回路a上；
j、短網(wǎng)低壓補(bǔ)償包括補(bǔ)償電容的一端接入低壓二次側(cè)主回路c上，另一端 接入低壓二次繞組末端z上；補(bǔ)償電容的一端接入低壓二次側(cè)主回路b上，另 一端接入低壓二次繞組末端y上;補(bǔ)償電容的一端接入低壓二次側(cè)主回路a上， 另 一端接入^yi二次繞組末端x上。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下四大特點(diǎn)
1. 將補(bǔ)償容量加在第一節(jié)點(diǎn)上，由爐膛內(nèi)的電弧產(chǎn)生的廣義無功流經(jīng) 了低電壓大電流的電極、水冷軟電纜后到短網(wǎng)與連接在第一節(jié)點(diǎn)上的電容器交 換無功，電弧產(chǎn)生的無功不再流經(jīng)短網(wǎng)、電爐變壓器和一次側(cè)，路徑簡短，降 低了損耗，實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償。
2. 由于無功不再流經(jīng)短網(wǎng)，同時(shí)三相線路均可單相分級補(bǔ)償容量，改善三 相功率的不平衡狀況，及時(shí)、迅速、自動地補(bǔ)償投切電容，既改善了爐體供電 的功率狀況，又收到明顯的抑制電壓閃變，消除1-50次諧波和浪涌電流效果。
3. 本發(fā)明所采用的核心元器件"二次低壓補(bǔ)償專用自愈式低電壓并聯(lián)電容器"是針對電爐冶煉系統(tǒng)無功潮流分布的特點(diǎn)，自主開發(fā)研制的。使用在電爐 低壓補(bǔ)償裝置中，大大減'少了并聯(lián)電容器的損壞率，有效提高了該裝置的運(yùn)行 可靠性。
4.第二節(jié)點(diǎn)的低壓補(bǔ)償裝置，作用于以上功能相同，但它主要是補(bǔ)償由于 短網(wǎng)自身產(chǎn)生的無功損耗，更加有效的改善三相功率的不平衡狀況。
具有三大優(yōu)點(diǎn)
1、 提高冶金變壓器、二次側(cè)低壓大電流線路的利用率，增加冶煉有效輸入 功率；
2、 三相線路均可單相分級可控補(bǔ)償功率容量，快速改善三相功率的不平衡 狀況；
3、 降低高次諧波值，減少變壓器及電網(wǎng)的附加損耗，有效提高功率因數(shù)。 廣泛用于金屬冶煉、非金加工等行業(yè)，具有很好的社會及經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)礦熱爐冶煉系統(tǒng)電氣連接圖； 圖2為圖1的電爐冶煉系統(tǒng)潮流分布曲線圖； 圖3為圖1的電爐高壓補(bǔ)償?shù)某绷鞣植记€圖； 圖4為本發(fā)明電爐低壓補(bǔ)償冶煉系統(tǒng)電氣連接圖； 圖5為圖4的礦熱爐二次低壓無功補(bǔ)償電氣連接示意圖； 圖6為圖4的電爐低壓補(bǔ)償?shù)某绷鞣植记€圖。
具體實(shí)施例方式
圖4 ~圖6為本發(fā)明礦熱爐二次低壓無功補(bǔ)償電氣連接實(shí)施例 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一 步說明
參照圖4所示，電爐冶煉的電氣系統(tǒng)依次順序由高壓供電網(wǎng)絡(luò)l、變電站變 壓器2、電爐一次側(cè)供電網(wǎng)絡(luò)3、電爐變壓器4、電爐二次側(cè)的短網(wǎng)5、水冷電纜6、電極7和爐膛8連接組成，還包括電爐二次側(cè)的短網(wǎng)5的兩端并聯(lián)連接補(bǔ) 償電容9、 10。
圖5所示，按下述步驟進(jìn)行
a、 110kv高壓電網(wǎng)1直4妄4妄入電爐變壓器4的高壓一次側(cè)；
b、 電爐變壓器4的低壓二次側(cè)主回路a通過電爐短網(wǎng)5連接于電極7- I上；
c、 電爐變壓器4的低壓二次側(cè)主回路b通過電爐短網(wǎng)5連接于電極7- II上；
d、 電爐變壓器4的低壓二次側(cè)主回路c通過電爐短網(wǎng)5連接于電極7- I上；
e、 電爐變壓器4的低壓二次側(cè)二次繞組末端x通過電爐短網(wǎng)5連接于電極 7-II上；
f、 電爐變壓器4的低壓二次側(cè)二次繞組末端y通過電爐短網(wǎng)5連接于電極 7-III上；
g、 電爐變壓器4的低壓二次側(cè)二次繞組末端z通過電爐短網(wǎng)5連接于電極 7-III上；
h、 電極7置于爐膛8內(nèi)；
i、 二次出線低壓補(bǔ)償包括補(bǔ)償電容10-1、 10-3串聯(lián)連接，其串聯(lián)之節(jié)點(diǎn) 引出線接入低壓二次側(cè)主回路b上；同時(shí)，補(bǔ)償電容10-2的兩端分別并Jf關(guān)于補(bǔ) 償電容10-1、 10-3的一端；其補(bǔ)償電容10-1的另一端并聯(lián)接入低壓二次側(cè)二 次繞組末端z上；補(bǔ)償電容10-3的另 一端并聯(lián)接入低壓二次側(cè)主回路a上；
j、短網(wǎng)低壓補(bǔ)償包括補(bǔ)償電容9-1的一端接入低壓二次側(cè)主回路c上，另 一端接入低壓二次繞組末端z上；補(bǔ)償電容9-2的一端接入低壓二次側(cè)主回路b 上，另一端接入低壓二次繞組末端y上；補(bǔ)償電容9-3的一端接入低壓二次側(cè) 主回路a上，另 一端接入低壓二次繞組末端x上。
圖6為圖4的電爐低壓補(bǔ)償?shù)某绷鞣植记€圖?？梢悦黠@看到，以低壓無 功補(bǔ)償為基礎(chǔ)的電爐電能質(zhì)量優(yōu)化，能減小電爐變壓器低壓側(cè)無功在流經(jīng)低壓 側(cè)的損耗，而低壓側(cè)是大電流的系統(tǒng)，損耗較大，節(jié)約的能耗比較顯著，同時(shí)流經(jīng)高壓側(cè)的無功總量明顯減小， 一次側(cè)計(jì)量點(diǎn)上無功功率的幅值也大幅度減 小，也降低了高壓側(cè)的消耗，這也是以低壓無功補(bǔ)償為基礎(chǔ)的電爐電能質(zhì)量優(yōu) 化能提高能效、降低消耗的根本原因。
權(quán)利要求
1、一種礦熱爐二次低壓補(bǔ)償裝置系統(tǒng)的角連接方法，電爐冶煉的電氣系統(tǒng)包括依次順序由高壓供電網(wǎng)絡(luò)(1)、變電站變壓器(2)、電爐一次側(cè)供電網(wǎng)絡(luò)(3)、電爐變壓器(4)、電爐二次側(cè)的短網(wǎng)(5)、水冷電纜(6)、電極(7)和爐膛(8)連接組成，其特征在于電爐二次側(cè)的短網(wǎng)(5)的兩端并聯(lián)連接補(bǔ)償電容(9、10)，其二次低壓補(bǔ)償按下述步驟進(jìn)行a、110kv高壓電網(wǎng)(1)直接接入電爐變壓器(4)的高壓一次側(cè)；b、電爐變壓器(4)的低壓二次側(cè)主回路a通過電爐短網(wǎng)(5)連接于電極(7-I)上；c、電爐變壓器(4)的低壓二次側(cè)主回路b通過電爐短網(wǎng)(5)連接于電極(7-II)上；d、電爐變壓器(4)的低壓二次側(cè)主回路c通過電爐短網(wǎng)(5)連接于電極(7-I)上；e、電爐變壓器(4)的低壓二次側(cè)二次繞組末端(x)通過電爐短網(wǎng)(5)連接于電極(7-II)上；f、電爐變壓器(4)的低壓二次側(cè)二次繞組末端(y)通過電爐短網(wǎng)(5)連接于電極(7-III)上；g、電爐變壓器(4)的低壓二次側(cè)二次繞組末端(z)通過電爐短網(wǎng)(5)連接于電極(7-III)上；h、電極(7)置于爐膛(8)內(nèi)；i、二次出線低壓補(bǔ)償包括補(bǔ)償電容(10-1、10-3)串聯(lián)連接，其串聯(lián)之節(jié)點(diǎn)引出線接入低壓二次側(cè)主回路(b)上；同時(shí)，補(bǔ)償電容(10-2)的兩端分別并聯(lián)于補(bǔ)償電容(10-1、10-3)的一端；其補(bǔ)償電容(10-1)的另一端并聯(lián)接入低壓二次側(cè)二次繞組末端(z)上；補(bǔ)償電容(10-3)的另一端并聯(lián)接入低壓二次側(cè)主回路(a)上；j、短網(wǎng)低壓補(bǔ)償包括補(bǔ)償電容(9-1)的一端接入低壓二次側(cè)主回路(c)上，另一端接入低壓二次繞組末端(z)上；補(bǔ)償電容(9-2)的一端接入低壓二次側(cè)主回路(b)上，另一端接入低壓二次繞組末端(y)上；補(bǔ)償電容(9-3)的一端接入低壓二次側(cè)主回路(a)上，另一端接入低壓二次繞組末端(x)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及礦熱爐二次低壓補(bǔ)償裝置系統(tǒng)的角連接方法。礦熱爐是冶金工業(yè)的重要熔煉設(shè)備，電能消耗非常大，現(xiàn)有的礦熱爐冶煉的電氣系統(tǒng)主要由高壓供電網(wǎng)絡(luò)、變電站變壓器、電爐一次側(cè)供電網(wǎng)絡(luò)、大功率的電爐變壓器、低電壓大電流的短網(wǎng)系統(tǒng)、水冷電纜、電極系統(tǒng)和爐膛等部分組成，其電爐的冶煉電流引起電壓閃變、電流沖激現(xiàn)象，引起冶煉系統(tǒng)電壓、電流波形畸變，增加了線損和電爐設(shè)備的損耗，降低了電能質(zhì)量。本發(fā)明還包括電爐二次側(cè)的短網(wǎng)的兩端并聯(lián)連接補(bǔ)償電容。將補(bǔ)償容量加在節(jié)點(diǎn)上，電容器交換無功，電弧產(chǎn)生的無功不再流經(jīng)短網(wǎng)、電爐變壓器和一次側(cè)，路徑簡短，降低了損耗，實(shí)現(xiàn)就地補(bǔ)償。因而可有效提高該裝置的運(yùn)行可靠性。
文檔編號H05B7/144GK101472358SQ20071030651
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者白玉龍 申請人:西安瑞馳電力設(shè)備有限公司