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(shí)用新型涉及一種礦熱爐諧波無(wú)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(wú)功補(bǔ)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(gè)反并聯(lián)的晶閘管等，例如在現(xiàn)有技術(shù)中(申請(qǐng)?zhí)?00710018168.幻，其原理框圖如圖1所示，僅僅使用接觸器進(jìn)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(hù)工作量大，安全系數(shù)低，一般一年左右補(bǔ)償裝置就會(huì)報(bào)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(bǔ)償中電容電流高達(dá)上萬(wàn)安培，晶閘管發(fā)熱極大，損耗嚴(yán)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(diǎn)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(jìn)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(lái)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(diǎn)以及工作特點(diǎn)，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(gè)大電流工作的系統(tǒng)，最大電流可以達(dá)到上萬(wàn)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(gè)原因，因此礦熱爐的自然功率因數(shù)很難達(dá)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(wú)用功，不僅如此，某些礦熱爐(如工業(yè)硅爐)工作時(shí)，由于電弧延時(shí)發(fā)弧，電弧電阻的非線性和電弧游動(dòng)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(dòng)，而且還產(chǎn)生大量諧波，尤其以3、5、7次含量較大，如不對(duì)此加以限制和吸收，無(wú)論對(duì)冶煉設(shè)備還是補(bǔ)償裝置，都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。電力部門還要對(duì)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(diǎn)(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(hù)工作量大，安全系數(shù)低，一般一年左右補(bǔ)償裝置就會(huì)報(bào)廢。(2)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)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(duì)補(bǔ)償裝置的特殊性認(rèn)識(shí)不足，設(shè)備無(wú)配套串聯(lián)電抗器，不能有效抑制諧波，況且保護(hù)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(tái)電容器容量在 6 7KVA，組數(shù)高達(dá)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(shí)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(dá) 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(shí)投入晶閘管和接觸器；切除時(shí)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(shí)解決了涌流和過電壓的問題，運(yùn)行時(shí)解決了高損耗的問題，使用時(shí)操作方便、運(yùn)行可靠。該大容量組合式開關(guān)裝置與一個(gè)電容器串聯(lián)組成一種補(bǔ)償模塊，可有以下幾種連接方式兩個(gè)該補(bǔ)償模塊與一個(gè)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(gè)該補(bǔ)償模塊首尾連接；或在以環(huán)形式連接的三個(gè)電容器中的一個(gè)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(shí)投入晶閘管和接觸器；切除時(shí)先切除接觸器，再切除晶閘管。濾波器補(bǔ)償裝置、無(wú)功補(bǔ)償裝置和無(wú)功控制器(未在附圖中示出)組成無(wú)功綜合治理裝置；其中，無(wú)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(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)，該無(wú)功綜合治理裝置自帶防塵裝置，是一個(gè)全封閉結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化系統(tǒng)，整機(jī)采用箱式安裝。其中，無(wú)功補(bǔ)償裝置采用先進(jìn)先出循環(huán)方式補(bǔ)償；濾波器補(bǔ)償裝置采用先進(jìn)后出堆棧式補(bǔ)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(wú)功需求量，抑制吸收礦熱爐工作時(shí)產(chǎn)生的諧波電流。無(wú)功補(bǔ)償裝置和濾波器補(bǔ)償裝置并聯(lián)安裝在礦熱爐短網(wǎng)側(cè)，以使得無(wú)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(bǔ)償點(diǎn)前的短網(wǎng)、變壓器及供電網(wǎng)路。本實(shí)用新型根據(jù)礦熱爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及工作特點(diǎn)，解決了礦熱爐工作時(shí)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(shí)負(fù)載會(huì)從系統(tǒng)吸收大量無(wú)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(duì)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(yán)重過熱；流入電容器的諧波電流會(huì)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(fèi)增高。

圖1、現(xiàn)有礦熱爐的諧波抑制裝置原理圖圖2、本實(shí)用新型礦熱爐諧波無(wú)功綜合治理裝置原理圖圖3、補(bǔ)償模塊原理圖圖4、補(bǔ)償模塊連接方式1圖5、補(bǔ)償模塊連接方式2圖6、補(bǔ)償模塊連接方式具體實(shí)施方式
礦熱爐諧波無(wú)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(shí)投入晶閘管和接觸器，此時(shí)dv/dt = 0，電流處于過零點(diǎn)I = 0，投入時(shí)晶閘管與接觸器同時(shí)投入，利用接觸器投入慢，晶閘管投入快的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)晶閘管先于接觸器20ms 40ms投入， 接觸器隨后投入，此時(shí)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(shí)還解決了投入瞬間的暫態(tài)沖擊，合閘涌流等問題；切除時(shí)先切除接觸器，再切除晶閘管，這樣可有效防止切除時(shí)過電壓?jiǎn)栴}。這套大容量組合式開關(guān)有效地解決了投入時(shí)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(shí)現(xiàn)了器件的高可靠運(yùn)行及低損耗運(yùn)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(wú)功綜合治理裝置主要由濾波器補(bǔ)償裝置(1)和無(wú)功補(bǔ)償裝置( 兩部分組成。根據(jù)系統(tǒng)無(wú)功變化，濾波器補(bǔ)償裝置采用“先進(jìn)后出”堆棧式補(bǔ)償，無(wú)功補(bǔ)償裝置采用“先進(jìn)先出”循環(huán)式補(bǔ)償。兩部分并聯(lián)安裝在礦熱爐短網(wǎng)側(cè)，大量的無(wú)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(bǔ)償點(diǎn)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(shí)，可以進(jìn)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(wú)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(huì)增大，同時(shí)在恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)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(kuò)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(bǔ)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(shí)產(chǎn)生的諧波電流，提高短網(wǎng)側(cè)的電能質(zhì)量；無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)短網(wǎng)實(shí)施快速動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，使礦熱爐始終工作在最位運(yùn)行狀態(tài)。無(wú)功補(bǔ)償裝置、濾波器補(bǔ)償裝置和無(wú)功控制器(未在附圖中示出)組成無(wú)功綜合治理裝置；其中，無(wú)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(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)，該無(wú)功綜合治理裝置自帶防塵裝置，是一個(gè)全封閉結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化系統(tǒng)，整機(jī)采用箱式安裝。以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)方員來(lái)說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)該視為本實(shí)用新型的保護(hù)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(shí)投入晶閘管和接觸器切除時(shí)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(gè)該大容量組合式開關(guān)設(shè)備與一個(gè)電容器串聯(lián)組成一種補(bǔ)償模塊，該補(bǔ)償模塊有以下幾種連接方式兩個(gè)該補(bǔ)償模塊與一個(gè)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(gè)該補(bǔ)償模塊首尾連接；或在以環(huán)形式連接的三個(gè)電容器中的一個(gè)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(wú)功補(bǔ)償裝置和濾波器補(bǔ)償裝置中， 其中，無(wú)功補(bǔ)償裝置采用先進(jìn)先出循環(huán)式投切補(bǔ)償； 濾波器補(bǔ)償裝置采用先進(jìn)后出堆棧式投切補(bǔ)償。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，無(wú)功補(bǔ)償裝置和濾波器補(bǔ)償裝置并聯(lián)安裝在礦熱爐短網(wǎng)側(cè)，以使得無(wú)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(bǔ)償點(diǎn)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(bǔ)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(wú)功需求量，抑制吸收礦熱爐工作時(shí)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(wú)功補(bǔ)償裝置、濾波器補(bǔ)償裝置和無(wú)功控制器組成無(wú)功綜合治理裝置； 其中，無(wú)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(shí)現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)；該無(wú)功綜合治理裝置自帶防塵裝置，是一個(gè)全封閉結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化系統(tǒng)，整機(jī)采用箱式安裝。
專利摘要本實(shí)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(dá)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(shí)投入晶閘管和接觸器；切除時(shí)先切除接觸器，再切除晶閘管。本實(shí)用新型解決了無(wú)功綜合治理裝置投切時(shí)的涌流和過電壓的問題及運(yùn)行時(shí)的高損耗的問題，使用時(shí)操作方便、運(yùn)行可靠。
文檔編號(hào)H02J3/01GK201985531SQ201120027568
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京思能達(dá)節(jié)能電氣股份有限公司