專利名稱：電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電弧爐無功補(bǔ)償濾波裝置，尤其涉及一種電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的快速的發(fā)展，工業(yè)的高速進(jìn)步，對鋼鐵的需求日劇增大。鋼鐵是國民經(jīng)濟(jì)的中流砥柱，是國家命脈，是國家生存和發(fā)展的物質(zhì)保障，是國家經(jīng)濟(jì)水平和綜合國力的重要標(biāo)志，致使國家在鋼鐵冶煉行業(yè)的投入日愈增多，但是，隨之影響制約其發(fā)展主要的因素是能耗問題。政府把“十二五期間單位⑶P綜合能耗比2010年降低16%”作為硬指標(biāo)，且鋼鐵工·業(yè)耗能量占我國總能耗的10%左右，所以鋼鐵是國家工業(yè)節(jié)能降耗的重點(diǎn)行業(yè)。在鋼鐵總成本中，能耗費(fèi)用占20%-35%，利用新技術(shù)降低其能耗，有利于我國鋼鐵行業(yè)在國際市場的
競爭力。電弧爐是生產(chǎn)鋼鐵的主要設(shè)備，也是耗能最大的設(shè)備，利用電極間電弧產(chǎn)生的高溫熔煉礦石和金屬的電爐。電弧爐由電弧爐特種變壓器、短網(wǎng)、電極、爐體組成，電弧煉鋼爐的爐體由爐蓋、爐門、出鋼槽和爐身組成，爐底和爐壁用堿性耐火材料或酸性耐火材料砌筑。電弧爐煉鋼是通過石墨電極向電弧煉鋼爐內(nèi)輸入電能，電弧煉鋼爐按每噸爐容量所配變壓器容量的多少分為普通功率電弧爐、高功率電弧爐和超高功率電弧爐。在冶煉過程中，電弧爐對整個(gè)供電系統(tǒng)會(huì)帶來很大的諧波，諧波在系統(tǒng)中會(huì)有很多危害1、容易引起系統(tǒng)諧振；2、污染電網(wǎng)電源；3、增加變壓器損耗，使變壓器溫升升高，可能導(dǎo)致變壓器損壞；4、損害電氣開關(guān)設(shè)備；5、影響其他用電設(shè)備的壽命。諧波的存在不利于清潔能源的發(fā)展，所以，諧波源處做諧波治理是必須的。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置，以對電弧爐用電系統(tǒng)中無功功率進(jìn)行補(bǔ)償及對諧波進(jìn)行治理，降低短網(wǎng)損耗和變壓器損耗。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是提供一種電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置，包括電參量采集單元、工控機(jī)、PLC控制單元和濾波補(bǔ)償回路，所述工控機(jī)分別連接所述電參量采集單元和PLC控制單元；所述濾波補(bǔ)償回路包括三條濾波補(bǔ)償支路，分別連接于電弧爐低壓側(cè)的三相上，每條濾波補(bǔ)償支路包括串聯(lián)連接的電容器和電抗器，且在濾波補(bǔ)償支路上還串聯(lián)接有接觸式開關(guān)及萬能斷路器，所述接觸式開關(guān)及萬能斷路器受控于所述PLC控制單元。其中，所述三條濾波補(bǔ)償支路分別為3次、4次、5次諧波濾波補(bǔ)償支路。其中，所述電容器由多個(gè)并聯(lián)連接的濾波電容構(gòu)成，且每個(gè)濾波電容均串聯(lián)接有一低壓熔斷器和一所述接觸式開關(guān)。其中，所述電抗器為空芯電抗器。[0011]其中，所述電參量采集單元主要由電能質(zhì)量監(jiān)測儀構(gòu)成，所述電能質(zhì)量監(jiān)測儀包括電連接的數(shù)字處理內(nèi)核、16位A/D轉(zhuǎn)換模塊和高精度電流電壓互感器，所述數(shù)字處理內(nèi)核由 DSP、FPGA、ARM 構(gòu)成。其中，所述工控機(jī)與所述電參量采集單元采用RS232通訊連接，工控機(jī)與所述PLC控制單元采用RS485通訊連接。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型的電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置設(shè)置于電弧爐低壓側(cè)，能治理電弧爐產(chǎn)生的諧波污染，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低短網(wǎng)損耗和變壓器損耗，間接的達(dá)到節(jié)能的效果，且有助于改善三相負(fù)荷平衡度，提高變壓器有功輸出能力，節(jié)約能源，延長設(shè)備使用壽命，使用電更加安全。
圖I是本實(shí)用新型電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置中濾波補(bǔ)償回路的電路示意圖；圖3是本實(shí)用新型電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置的電路安裝示意圖。標(biāo)號說明10、工控機(jī)；20、電參量采集單元；30、PLC控制單元；40、濾波補(bǔ)償回路；41、3次諧波濾波補(bǔ)償支路；42、4次諧波濾波補(bǔ)償支路；43、5次諧波濾波補(bǔ)償支路。
具體實(shí)施方式
為詳細(xì)說明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖詳予說明。請參閱圖1，本實(shí)施方式的電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置包括電參量采集單元20、工控機(jī)10、PLC控制單元30 (PLC :可編程控制器)和濾波補(bǔ)償回路40，工控機(jī)10分別連接電參量采集單元20和PLC控制單元30。濾波補(bǔ)償回路40，在實(shí)際的電弧爐應(yīng)用中采用理論數(shù)據(jù)計(jì)算分析，并通過仿真軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)校核，得出每個(gè)回路的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體如圖2所示，濾波補(bǔ)償回路40包括3次諧波濾波補(bǔ)償支路41、4次諧波濾波補(bǔ)償支路42和5次諧波濾波補(bǔ)償支路43，該三條濾波補(bǔ)償支路分別連接于電弧爐低壓側(cè)的三相上進(jìn)行分相調(diào)節(jié)，此外濾波補(bǔ)償回路40中還連接有避雷器BL以應(yīng)對雷擊天氣及系統(tǒng)浪涌。各濾波補(bǔ)償支路采用單調(diào)諧LC濾波，均包括有串聯(lián)連接的電容器和電抗器LI、L2、L3，在優(yōu)選實(shí)施例中，電抗器L采用低壓空心電抗器，其具有良好的線性度、過載能力強(qiáng)，散熱好，防護(hù)等級高，抗干擾能力強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用中，單個(gè)電容的電容并不能滿足電弧爐的要求，電容器會(huì)由多個(gè)濾波電容并聯(lián)構(gòu)成，3次諧波濾波補(bǔ)償支路41中電容器由電容C11、C12、……、Cln并聯(lián)構(gòu)成，4次諧波濾波補(bǔ)償支路42中電容器由電容C21、C22、……、C2n并聯(lián)構(gòu)成，5次諧波濾波補(bǔ)償支路43中電容器
由電容C31、C32、......、C3n并聯(lián)構(gòu)成，各濾波補(bǔ)償支路中并聯(lián)的電容數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場測試情
況及電容的容量進(jìn)行選擇；各電容C均串聯(lián)接有低壓熔斷器FU和接觸式開關(guān)KM，圖2中所示，各支路中串聯(lián)相接的電容C、低壓熔斷器FU和接觸式開關(guān)KM具有相同的標(biāo)號，例如與電容Cll串聯(lián)地接有低壓熔斷器FUll和接觸式開關(guān)KM11。當(dāng)某個(gè)電容出現(xiàn)短路時(shí)，低壓熔斷器會(huì)快速熔斷，保護(hù)此小單元，并上報(bào)主控中心；接觸式開關(guān)KM受PLC控制單元控制，用于投切電容，即可調(diào)節(jié)每條濾波補(bǔ)償支路的電容量大小。各濾波補(bǔ)償支路上還分別串聯(lián)接有萬能斷路器QF1、QF2、QF3，該萬能斷路器QF受控于PLC控制單元，用于控制各濾波補(bǔ)償支路的投入切除，并起系統(tǒng)保護(hù)、隔離作用。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過熱、過流、短路時(shí)，萬能斷路器能及時(shí)自動(dòng)斷開，并保護(hù)、隔離此回路，以致及時(shí)保護(hù)此回路未損壞器件，且保障裝置其他部分安全運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)需要定期檢修時(shí)，只要控制萬能斷路器斷開，就可進(jìn)行帶電檢修，以保障裝置連續(xù)運(yùn)行。電參量采集單元20主要由電能質(zhì)量監(jiān)測儀構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)頻率、電網(wǎng)2-50次諧波電壓和諧波電流、三相電壓不平衡度、電壓波動(dòng)與閃變、電壓偏差、電壓基波有效值和真有效值、電流基波有效值和真有效值、基波有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)等電參量，并且還能設(shè)定電能質(zhì)量限值，當(dāng)超過此限值，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出告警信號。電能質(zhì)量監(jiān)測儀包括電連接的數(shù)字處理內(nèi)核、16位A/D轉(zhuǎn)換模塊和高精度電流電壓互感器，所述數(shù)字
處理內(nèi)核由DSP、FPGA、ARM構(gòu)成，使得電參量采集單元具有采集速度快，數(shù)據(jù)處理精確，系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性高等特點(diǎn)。工控機(jī)10和電參量采集單元20之間采用RS232通訊連接方式，通過工控機(jī)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)、仿真、存貯、顯示等功能，工控機(jī)10與PLC控制單元30采用RS485通訊連接，控制萬能斷路器QF對濾波補(bǔ)償回路40投切、保護(hù)等指令，還可以外接打印機(jī)打印報(bào)表，中央控制系統(tǒng)功能全面、智能化程度高、安全性高，符合電弧爐功率負(fù)荷變化大的功能需求。參閱圖3，在實(shí)際使用中，35KV的高壓通過電弧爐專用變壓器T經(jīng)過降壓后提供給電弧爐的電極R (三個(gè)，圖中僅示意了一個(gè))，電極R之間電弧發(fā)熱而加熱熔煉礦石或金屬，在低壓側(cè)連接上述的濾波補(bǔ)償回路40，圖中所示對各濾波補(bǔ)償支路的電路進(jìn)行了簡化，以C1、C2、C3分別表示三條濾波補(bǔ)償支路在實(shí)際使用時(shí)的電容，接觸式開關(guān)KM1、KM2、KM3分別代表實(shí)際使用時(shí)的作用開關(guān)，可控制各濾波補(bǔ)償支路的投入切除。本實(shí)用新型根據(jù)對電弧爐電氣系統(tǒng)的分析及現(xiàn)實(shí)可操作性考慮，采用直接靠近電極R進(jìn)行就地?zé)o功功率補(bǔ)償及諧波治理，有利于降低短網(wǎng)損耗和變壓器損耗，間接的達(dá)到節(jié)能的效果，且有助于改善三相負(fù)荷平衡度，提高變壓器有功輸出能力。本實(shí)用新型電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置的效果在于I)提高功率因數(shù)用電系統(tǒng)中含有無功功率和有功率,用電系統(tǒng)中負(fù)載一般都是感性無功,本實(shí)用新型的濾波補(bǔ)償裝置提供容性無功，和感性無功形成平衡交換，使得用電設(shè)備產(chǎn)生的感性無功不返回到主回路上，即降低了感性無功電流；而感性無功電流和有功電流及總電流關(guān)系成平方根的關(guān)系，由于降低了感性無功電流，減小了電路中的總電流和無功功率，提高功率因數(shù)。假定濾波補(bǔ)償前功率因數(shù)為O. 7，濾波補(bǔ)償后功率因數(shù)為O. 95。且前提條件有功功率不變，電壓變化忽略不計(jì)。
/, COScp, 0.95 _ _
—=--=-&丨
八 COScp' 0.7[0030]L =-^- = 0.74x /,1_36‘其中Ip I2分別為加濾波補(bǔ)償前后的電流，COS約、分別為加濾波補(bǔ)償前
后功率因數(shù)。短網(wǎng)損耗Q短損=I2R短網(wǎng)變壓器損耗QCu+QFe,其中銅損Qai=I2R^ii, QFe為變壓器鐵損。注RS_為線路電阻，R$a為變壓器線圈電阻。由上可知電流下降至濾波補(bǔ)償前O. 74倍，線路損耗、變壓器銅損都下降至濾波補(bǔ)償前O. 55倍，以致系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能效果。(2)濾除諧波濾波補(bǔ)償回路中設(shè)置有三條濾波補(bǔ)償支路分別對短網(wǎng)低壓側(cè)的三相電路進(jìn)行濾波調(diào)節(jié)，濾波補(bǔ)償支路包含有LC濾波單元，本實(shí)施例中，三條濾波補(bǔ)償支路分別對3、4、5次諧波進(jìn)行濾波處理，消除相應(yīng)階數(shù)的諧波，減小諧波對系統(tǒng)的損害。此外，由于功率因數(shù)低不只是感性負(fù)載引起的，其諧波過大也會(huì)引起功率因數(shù)低下。所以濾除諧波還能改善系統(tǒng)的功率因數(shù)。綜合上文所述，本實(shí)用新型的電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置設(shè)置于電弧爐低壓偵牝能治理電弧爐產(chǎn)生的諧波污染，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，節(jié)約能源，延長設(shè)備使用壽命，使用電更加安全。·以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置，其特征在于，包括電參量采集單元、工控機(jī)、PLC控制單元和濾波補(bǔ)償回路，所述工控機(jī)分別連接所述電參量采集單元和PLC控制單元；所述濾波補(bǔ)償回路包括三條濾波補(bǔ)償支路，分別連接于電弧爐低壓側(cè)的三相上，每條濾波補(bǔ)償支路包括串聯(lián)連接的電容器和電抗器，且在濾波補(bǔ)償支路上還串聯(lián)接有接觸式開關(guān)及萬能斷路器，所述接觸式開關(guān)及萬能斷路器受控于所述PLC控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置，其特征在于所述三條濾波補(bǔ)償支路分別為3次、4次、5次諧波濾波補(bǔ)償支路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置，其特征在于所述電容器由多個(gè)并聯(lián)連接的濾波電容構(gòu)成，且每個(gè)濾波電容均串聯(lián)接有一低壓熔斷器和一所述接觸式開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置，其特征在于所述電抗器為空芯電抗器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置，其特征在于所述電參量采集單元主要由電能質(zhì)量監(jiān)測儀構(gòu)成，所述電能質(zhì)量監(jiān)測儀包括電連接的數(shù)字處理內(nèi)核、16位A/D轉(zhuǎn)換模塊和高精度電流電壓互感器，所述數(shù)字處理內(nèi)核由DSP、FPGA、ARM構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或5所述的電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置，其特征在于所述工控機(jī)與所述電參量采集單元采用RS232通訊連接，工控機(jī)與所述PLC控制單元采用RS485通訊連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種電弧爐低壓側(cè)無功補(bǔ)償濾波裝置，包括電參量采集單元、工控機(jī)、PLC控制單元和濾波補(bǔ)償回路，所述工控機(jī)分別連接所述電參量采集單元和PLC控制單元；所述濾波補(bǔ)償回路包括三條濾波補(bǔ)償支路，分別連接于電弧爐低壓側(cè)的三相上，每條濾波補(bǔ)償支路包括串聯(lián)連接的電容器和電抗器，且在濾波補(bǔ)償支路上還串聯(lián)接有接觸式開關(guān)及萬能斷路器，所述接觸式開關(guān)及萬能斷路器受控于所述PLC控制單元。本實(shí)用新型治理電弧爐產(chǎn)生的諧波污染，提高系統(tǒng)功率因數(shù)，節(jié)約能源，延長設(shè)備使用壽命，使用電更加安全。
文檔編號H02J3/18GK202696150SQ201220323738
公開日2013年1月23日 申請日期2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月5日
發(fā)明者張健夫, 朱杰夫 申請人:深圳市普順科技有限公司