專利名稱：一種大容量組合式開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種礦熱爐諧波無功綜合治理裝置中的大容量組合式開關(guān)裝置， 是主要應(yīng)用于礦熱爐的諧波治理及無功補償。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中使用的開關(guān)，一般只用接觸器或兩個反并聯(lián)的晶閘管等，例如在現(xiàn)有技術(shù)中(申請?zhí)?00710018168.幻，其原理框圖如圖1所示，僅僅使用接觸器進行投切，這種控制方式落后。傳統(tǒng)的接觸器投切電容器，因合間涌流大，操作過電壓高，使接觸器觸頭燒灼、電容器擊穿導(dǎo)致?lián)p壞，使用壽命短，維護工作量大，安全系數(shù)低，一般一年左右補償裝置就會報廢。如果僅用晶閘管投切電容器，則晶閘管發(fā)熱損耗較大，影響整套設(shè)備的節(jié)能效果。尤其是在礦熱爐補償中電容電流高達上萬安培，晶閘管發(fā)熱極大，損耗嚴重。礦熱爐類似電阻爐，主要生產(chǎn)電石、黃磷、硅、錳鐵、鉻鐵、鎢鐵合金等重要工業(yè)原料，其工作特點是采用碳質(zhì)或鎂質(zhì)耐火材料作爐襯，使用自培電極，交流電流分別由三根電極導(dǎo)人爐內(nèi)，電流經(jīng)電極和電極間的爐料在電極下端產(chǎn)生電弧，在電弧的高溫作用下加入爐料產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成各種化合物如硅鐵、電石、單晶硅等。電極插入爐料進行埋弧操作， 利用電弧的能量及電流通過爐料，因爐料的電阻而產(chǎn)生能量來熔煉金屬，陸續(xù)加料，間歇式出鐵渣，是一種連續(xù)作業(yè)的耗電量巨大的工業(yè)電爐。根據(jù)礦熱爐的結(jié)構(gòu)特點以及工作特點，礦熱爐的系統(tǒng)電抗的70%是由短網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的，而短網(wǎng)是一個大電流工作的系統(tǒng)，最大電流可以達到上萬安培，因此短網(wǎng)的性能決定了礦熱爐的性能，正是由于這個原因，因此礦熱爐的自然功率因數(shù)很難達到0. 85以上，絕大多數(shù)的爐子的自然功率因數(shù)都在0. 7 0. 8之間，較低的功率因數(shù)不僅使變壓器的效率下降，消耗大量的無用功，不僅如此，某些礦熱爐(如工業(yè)硅爐)工作時，由于電弧延時發(fā)弧，電弧電阻的非線性和電弧游動等因素，使得電弧電流變化很不規(guī)則。使得電爐電流不僅數(shù)值發(fā)生畸變和大幅脈動，而且還產(chǎn)生大量諧波，尤其以3、5、7次含量較大，如不對此加以限制和吸收，無論對冶煉設(shè)備還是補償裝置，都會產(chǎn)生不利的影響。電力部門還要對功率因數(shù)低的用戶加收額外的電力罰款。因此提高短網(wǎng)的功率因數(shù)，治理諧波污染，降低電網(wǎng)損耗就成了降耗節(jié)能，提高冶煉效率的有效手段。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的不足之處有如下幾點(1)控制方式落后。傳統(tǒng)的接觸器投切電容器，因合閘涌流大，操作過電壓高，使接觸器觸頭燒灼、電容器擊穿導(dǎo)致?lián)p壞，使用壽命短，維護工作量大，安全系數(shù)低，一般一年左右補償裝置就會報廢。(2)設(shè)計經(jīng)驗缺乏。以前由礦熱爐不相關(guān)的企業(yè)或開關(guān)柜廠家生產(chǎn)，他們對補償裝置的特殊性認識不足，設(shè)備無配套串聯(lián)電抗器，不能有效抑制諧波，況且保護不完善，導(dǎo)致設(shè)備損壞率太高。(3)由于采取的接觸器容量較小，電流一般低于150安培，而每臺電容器容量在 6 7KVA，組數(shù)高達200組，故障率很高。發(fā)明內(nèi)容為了防止合閘過程中出現(xiàn)涌流較大、操作過電壓過高而導(dǎo)致燒灼接觸器觸頭、 擊穿電容器等問題，本實用新型提供一種大容量組合式開關(guān)設(shè)備，該設(shè)備由電流可高達 150 1200A的大容量晶間管、大容量二極管和大容量接觸器并聯(lián)組成，其中大容量晶閘管與大容量二極管采用反并聯(lián)的方式連接；該設(shè)備由開關(guān)控制器控制，開關(guān)控制器在電容器電壓和電網(wǎng)電壓相等時投入晶閘管和接觸器；切除時先切除接觸器，再切除晶閘管。這使得此大容量組合式開關(guān)設(shè)備投切時解決了涌流和過電壓的問題，運行時解決了高損耗的問題，使用時操作方便、運行可靠。該大容量組合式開關(guān)裝置與一個電容器串聯(lián)組成一種補償模塊，可有以下幾種連接方式兩個該補償模塊與一個電容器并聯(lián)，其中任何一側(cè)短接在一起，另一側(cè)連入電網(wǎng)； 或三個該補償模塊首尾連接；或在以環(huán)形式連接的三個電容器中的一個兩端分別連接該大
容量組合式開關(guān)裝置。該大容量組合式開關(guān)裝置由開關(guān)控制器控制，開關(guān)控制器在電容器電壓和電網(wǎng)電壓相等時投入晶閘管和接觸器；切除時先切除接觸器，再切除晶閘管。濾波器補償裝置、無功補償裝置和無功控制器(未在附圖中示出)組成無功綜合治理裝置；其中，無功控制器采集高壓側(cè)電壓、電流和低壓側(cè)電壓以及各接觸器的開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)控制所有控制晶閘管和接觸器的開關(guān)控制器，實現(xiàn)無功調(diào)節(jié)，該無功綜合治理裝置自帶防塵裝置，是一個全封閉結(jié)構(gòu)的自動化系統(tǒng)，整機采用箱式安裝。其中，無功補償裝置采用先進先出循環(huán)方式補償；濾波器補償裝置采用先進后出堆棧式補償，其串聯(lián)電抗率適合的電抗器，用于滿足礦熱爐感性最小無功需求量，抑制吸收礦熱爐工作時產(chǎn)生的諧波電流。無功補償裝置和濾波器補償裝置并聯(lián)安裝在礦熱爐短網(wǎng)側(cè)，以使得無功電流直接經(jīng)低壓電容器或電弧形成的回路而不再經(jīng)過補償點前的短網(wǎng)、變壓器及供電網(wǎng)路。本實用新型根據(jù)礦熱爐的結(jié)構(gòu)特點以及工作特點，解決了礦熱爐工作時功率因數(shù)低及諧波電流大引起的問題，這些問題包括1、低功率因數(shù)時負載會從系統(tǒng)吸收大量無功功率，大大增加了系統(tǒng)的線損和變壓器的損耗；功率因素過低，電力部門還要對其加收額外的電力罰款；2、諧波電流不但引起變壓器繞組附加損耗，也引起外殼、外層硅鋼片和某些緊固件發(fā)熱，并且有可能引起局部的嚴重過熱；流入電容器的諧波電流會加速電容器介質(zhì)老化，縮短使用壽命，導(dǎo)致冶煉效率的低下，電費增高。

圖1、現(xiàn)有礦熱爐的諧波抑制裝置原理圖圖2、本實用新型礦熱爐諧波無功綜合治理裝置原理圖圖3、補償模塊原理圖圖4、補償模塊連接方式1圖5、補償模塊連接方式2圖6、補償模塊連接方式具體實施方式
礦熱爐諧波無功綜合冶理裝置采用630安培大容量組合式開關(guān)，二極管起到給電容器充電的目的，為下一步的投切創(chuàng)造條件；開關(guān)控制器在電容器電壓和電網(wǎng)電壓相等時投入晶閘管和接觸器，此時dv/dt = 0，電流處于過零點I = 0，投入時晶閘管與接觸器同時投入，利用接觸器投入慢，晶閘管投入快的特點，實現(xiàn)晶閘管先于接觸器20ms 40ms投入， 接觸器隨后投入，此時不切除晶閘管，這樣電流就不流經(jīng)晶閘管，而只流經(jīng)接觸器，能有效減少晶閘管的損耗，同時還解決了投入瞬間的暫態(tài)沖擊，合閘涌流等問題；切除時先切除接觸器，再切除晶閘管，這樣可有效防止切除時過電壓問題。這套大容量組合式開關(guān)有效地解決了投入時的涌流及過電問題，防止了接觸器觸頭的燒灼和電容器損壞問題，實現(xiàn)了器件的高可靠運行及低損耗運行的目的。這套大容量的組合式開關(guān)可連續(xù)頻繁投切電容器組而不影響開關(guān)和電容器的壽命。如圖2所示，礦熱爐諧波無功綜合治理裝置主要由濾波器補償裝置(1)和無功補償裝置( 兩部分組成。根據(jù)系統(tǒng)無功變化，濾波器補償裝置采用“先進后出”堆棧式補償，無功補償裝置采用“先進先出”循環(huán)式補償。兩部分并聯(lián)安裝在礦熱爐短網(wǎng)側(cè)，大量的無功電流將直接經(jīng)低壓電容器和電弧形成的回路流過，而不再經(jīng)過補償點前的短網(wǎng)、變壓器及供電網(wǎng)路，在提高功率因數(shù)的同時，可以進行諧波治理，提高變壓器的有功輸出率，降低變壓器、短網(wǎng)的無功消耗，提高了變壓器的有功出力。變壓器向爐膛輸入的功率將會增大，同時在恰當(dāng)?shù)难a償方式下可改善因三相短網(wǎng)布置造成的三相不平衡狀況，從而使電爐的功率中心，熱力中心和爐膛中心重合，電爐坩堝擴大，熱量分布合理，從而改善反應(yīng)條件，提高產(chǎn)量、質(zhì)量，降低單位電耗、原料消耗。濾波器補償裝置串聯(lián)電抗率適合的電抗器，抑制吸收礦熱爐工作時產(chǎn)生的諧波電流，提高短網(wǎng)側(cè)的電能質(zhì)量；無功補償裝置對短網(wǎng)實施快速動態(tài)無功補償，使礦熱爐始終工作在最位運行狀態(tài)。無功補償裝置、濾波器補償裝置和無功控制器(未在附圖中示出)組成無功綜合治理裝置；其中，無功控制器采集高壓側(cè)電壓、電流和低壓側(cè)電壓以及各接觸器的開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)控制所有控制晶閘管和接觸器的開關(guān)控制器，實現(xiàn)無功調(diào)節(jié)，該無功綜合治理裝置自帶防塵裝置，是一個全封閉結(jié)構(gòu)的自動化系統(tǒng)，整機采用箱式安裝。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)方員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)該視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種大容量組合式開關(guān)裝置，其特征在于，該裝置由大容量晶間管、大容量接觸器、大容量二極管并聯(lián)組成，其中大容量晶間管與大容量二極管采用反并聯(lián)的方式連接；該裝置由開關(guān)控制器控制，開關(guān)控制器在電容器電壓和電網(wǎng)電壓相等時投入晶閘管和接觸器切除時先切除接觸器，再切除晶閘管。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，將一個該大容量組合式開關(guān)設(shè)備與一個電容器串聯(lián)組成一種補償模塊，該補償模塊有以下幾種連接方式兩個該補償模塊與一個電容器并聯(lián)，其中任何一側(cè)短接在一起，另一側(cè)連入電網(wǎng)；或三個該補償模塊首尾連接；或在以環(huán)形式連接的三個電容器中的一個兩端分別連接該大容量組合式開關(guān)裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于， 該裝置安裝到無功補償裝置和濾波器補償裝置中， 其中，無功補償裝置采用先進先出循環(huán)式投切補償； 濾波器補償裝置采用先進后出堆棧式投切補償。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，無功補償裝置和濾波器補償裝置并聯(lián)安裝在礦熱爐短網(wǎng)側(cè)，以使得無功電流直接流經(jīng)低壓電容器和電弧形成的回路，而不再經(jīng)過補償點前的變壓器及供電網(wǎng)路。
5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，濾波器補償裝置串聯(lián)電抗率適合的電抗器，用于滿足礦熱爐感性最小無功需求量，抑制吸收礦熱爐工作時產(chǎn)生的諧波電流。
6.如權(quán)利要求1、2、4、5任一所述的裝置，其特征在于，無功補償裝置、濾波器補償裝置和無功控制器組成無功綜合治理裝置； 其中，無功控制器采集高壓側(cè)電壓、電流和低壓側(cè)電壓以及各接觸器的開關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)采集的數(shù)據(jù)控制所有控制晶閘管和接觸器的開關(guān)控制器，實現(xiàn)無功調(diào)節(jié)；該無功綜合治理裝置自帶防塵裝置，是一個全封閉結(jié)構(gòu)的自動化系統(tǒng)，整機采用箱式安裝。
專利摘要本實用新型公開了一種大容量組合式開關(guān)裝置，該裝置由電流可高達150～1200A的大容量晶閘管、大容量二極管和大容量接觸器并聯(lián)組成，其中大容量晶閘管與大容量二極管采用反并聯(lián)的方式連接；該裝置由開關(guān)控制器控制，開關(guān)控制器在電容器電壓和電網(wǎng)電壓相等時投入晶閘管和接觸器；切除時先切除接觸器，再切除晶閘管。本實用新型解決了無功綜合治理裝置投切時的涌流和過電壓的問題及運行時的高損耗的問題，使用時操作方便、運行可靠。
文檔編號H02J3/01GK201985531SQ201120027568
公開日2011年9月21日 申請日期2011年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月23日
發(fā)明者鄭元彬 申請人:北京思能達節(jié)能電氣股份有限公司