CN201985531U - 一种大容量组合式开关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大容量组合式开关装置，该装置由电流可高达150～1200A的大容量晶闸管、大容量二极管和大容量接触器并联组成，其中大容量晶闸管与大容量二极管采用反并联的方式连接；该装置由开关控制器控制，开关控制器在电容器电压和电网电压相等时投入晶闸管和接触器；切除时先切除接触器，再切除晶闸管。本实用新型解决了无功综合治理装置投切时的涌流和过电压的问题及运行时的高损耗的问题，使用时操作方便、运行可靠。

Description

一种大容量组合式开关装置

技术领域

本实用新型涉及一种矿热炉谐波无功综合治理装置中的大容量组合式开关装置，是主要应用于矿热炉的谐波治理及无功补偿。

背景技术

现有技术中使用的开关，一般只用接触器或两个反并联的晶闸管等，例如在现有技术中(申请号：200710018168.5)，其原理框图如图1所示，仅仅使用接触器进行投切，这种控制方式落后。传统的接触器投切电容器，因合闸涌流大，操作过电压高，使接触器触头烧灼、电容器击穿导致损坏，使用寿命短，维护工作量大，安全系数低，一般一年左右补偿装置就会报废。如果仅用晶闸管投切电容器，则晶闸管发热损耗较大，影响整套设备的节能效果。尤其是在矿热炉补偿中电容电流高达上万安培，晶闸管发热极大，损耗严重。

矿热炉类似电阻炉，主要生产电石、黄磷、硅、锰铁、铬铁、钨铁合金等重要工业原料，其工作特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用自培电极，交流电流分别由三根电极导人炉内，电流经电极和电极间的炉料在电极下端产生电弧，在电弧的高温作用下加入炉料产生化学反应生成各种化合物如硅铁、电石、单晶硅等。电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料，因炉料的电阻而产生能量来熔炼金属，陆续加料，间歇式出铁渣，是一种连续作业的耗电量巨大的工业电炉。

根据矿热炉的结构特点以及工作特点，矿热炉的系统电抗的70％是由短网系统产生的，而短网是一个大电流工作的系统，最大电流可以达到上万安培，因此短网的性能决定了矿热炉的性能，正是由于这个原因，因此矿热炉的自然功率因数很难达到0.85以上，绝大多数的炉子的自然功率因数都在0.7～0.8之间，较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，消耗大量的无用功，不仅如此，某些矿热炉(如工业硅炉)工作时，由于电弧延时发弧，电弧电阻的非线性和电弧游动等因素，使得电弧电流变化很不规则。使得电炉电流不仅数值发生畸变和大幅脉动，而且还产生大量谐波，尤其以3、5、7次含量较大，如不对此加以限制和吸收，无论对冶炼设备还是补偿装置，都会产生不利的影响。电力部门还要对功率因数低的用户加收额外的电力罚款。因此提高短网的功率因数，治理谐波污染，降低电网损耗就成了降耗节能，提高冶炼效率的有效手段。

综上所述，现有技术的不足之处有如下几点：

(1)控制方式落后。传统的接触器投切电容器，因合闸涌流大，操作过电压高，使接触器触头烧灼、电容器击穿导致损坏，使用寿命短，维护工作量大，安全系数低，一般一年左右补偿装置就会报废。

(2)设计经验缺乏。以前由矿热炉不相关的企业或开关柜厂家生产，他们对补偿装置的特殊性认识不足，设备无配套串联电抗器，不能有效抑制谐波，况且保护不完善，导致设备损坏率太高。

(3)由于采取的接触器容量较小，电流一般低于150安培，而每台电容器容量在6～7KVA，组数高达200组，故障率很高。

发明内容

为了防止合闸过程中出现涌流较大、操作过电压过高而导致烧灼接触器触头、击穿电容器等问题，本实用新型提供一种大容量组合式开关设备，该设备由电流可高达150～1200A的大容量晶闸管、大容量二极管和大容量接触器并联组成，其中大容量晶闸管与大容量二极管采用反并联的方式连接；该设备由开关控制器控制，开关控制器在电容器电压和电网电压相等时投入晶闸管和接触器；切除时先切除接触器，再切除晶闸管。这使得此大容量组合式开关设备投切时解决了涌流和过电压的问题，运行时解决了高损耗的问题，使用时操作方便、运行可靠。

该大容量组合式开关装置与一个电容器串联组成一种补偿模块，可有以下几种连接方式：两个该补偿模块与一个电容器并联，其中任何一侧短接在一起，另一侧连入电网；或三个该补偿模块首尾连接；或在以环形式连接的三个电容器中的一个两端分别连接该大容量组合式开关装置。

该大容量组合式开关装置由开关控制器控制，开关控制器在电容器电压和电网电压相等时投入晶闸管和接触器；切除时先切除接触器，再切除晶闸管。

滤波器补偿装置、无功补偿装置和无功控制器(未在附图中示出)组成无功综合治理装置；其中，无功控制器采集高压侧电压、电流和低压侧电压以及各接触器的开关状态数据，根据采集的数据控制所有控制晶闸管和接触器的开关控制器，实现无功调节，该无功综合治理装置自带防尘装置，是一个全封闭结构的自动化系统，整机采用箱式安装。

其中，无功补偿装置采用先进先出循环方式补偿；滤波器补偿装置采用先进后出堆栈式补偿，其串联电抗率适合的电抗器，用于满足矿热炉感性最小无功需求量，抑制吸收矿热炉工作时产生的谐波电流。无功补偿装置和滤波器补偿装置并联安装在矿热炉短网侧，以使得无功电流直接经低压电容器或电弧形成的回路而不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路。

本实用新型根据矿热炉的结构特点以及工作特点，解决了矿热炉工作时功率因数低及谐波电流大引起的问题，这些问题包括：1、低功率因数时负载会从系统吸收大量无功功率，大大增加了系统的线损和变压器的损耗；功率因素过低，电力部门还要对其加收额外的电力罚款；2、谐波电流不但引起变压器绕组附加损耗，也引起外壳、外层硅钢片和某些紧固件发热，并且有可能引起局部的严重过热；流入电容器的谐波电流会加速电容器介质老化，缩短使用寿命，导致冶炼效率的低下，电费增高。

附图说明

图1、现有矿热炉的谐波抑制装置原理图

图2、本实用新型矿热炉谐波无功综合治理装置原理图

图3、补偿模块原理图

图4、补偿模块连接方式1

图5、补偿模块连接方式2

图6、补偿模块连接方式3

具体实施方式

矿热炉谐波无功综合冶理装置采用630安培大容量组合式开关，二极管起到给电容器充电的目的，为下一步的投切创造条件；开关控制器在电容器电压和电网电压相等时投入晶闸管和接触器，此时dv/dt＝0，电流处于过零点I＝0，投入时晶闸管与接触器同时投入，利用接触器投入慢，晶闸管投入快的特点，实现晶闸管先于接触器20ms～40ms投入，接触器随后投入，此时不切除晶闸管，这样电流就不流经晶闸管，而只流经接触器，能有效减少晶闸管的损耗，同时还解决了投入瞬间的暂态冲击，合闸涌流等问题；切除时先切除接触器，再切除晶闸管，这样可有效防止切除时过电压问题。这套大容量组合式开关有效地解决了投入时的涌流及过电问题，防止了接触器触头的烧灼和电容器损坏问题，实现了器件的高可靠运行及低损耗运行的目的。这套大容量的组合式开关可连续频繁投切电容器组而不影响开关和电容器的寿命。

如图2所示，矿热炉谐波无功综合治理装置主要由滤波器补偿装置(1)和无功补偿装置(2)两部分组成。

根据系统无功变化，滤波器补偿装置采用“先进后出”堆栈式补偿，无功补偿装置采用“先进先出”循环式补偿。两部分并联安装在矿热炉短网侧，大量的无功电流将直接经低压电容器和电弧形成的回路流过，而不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路，在提高功率因数的同时，可以进行谐波治理，提高变压器的有功输出率，降低变压器、短网的无功消耗，提高了变压器的有功出力。

变压器向炉膛输入的功率将会增大，同时在恰当的补偿方式下可改善因三相短网布置造成的三相不平衡状况，从而使电炉的功率中心，热力中心和炉膛中心重合，电炉坩埚扩大，热量分布合理，从而改善反应条件，提高产量、质量，降低单位电耗、原料消耗。

滤波器补偿装置串联电抗率适合的电抗器，抑制吸收矿热炉工作时产生的谐波电流，提高短网侧的电能质量；无功补偿装置对短网实施快速动态无功补偿，使矿热炉始终工作在最位运行状态。

无功补偿装置、滤波器补偿装置和无功控制器(未在附图中示出)组成无功综合治理装置；其中，无功控制器采集高压侧电压、电流和低压侧电压以及各接触器的开关状态数据，根据采集的数据控制所有控制晶闸管和接触器的开关控制器，实现无功调节，该无功综合治理装置自带防尘装置，是一个全封闭结构的自动化系统，整机采用箱式安装。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术方员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种大容量组合式开关装置，其特征在于，

该装置由大容量晶闸管、大容量接触器、大容量二极管并联组成，其中大容量晶闸管与大容量二极管采用反并联的方式连接；

该装置由开关控制器控制，开关控制器在电容器电压和电网电压相等时投入晶闸管和接触器：切除时先切除接触器，再切除晶闸管。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，将一个该大容量组合式开关设备与一个电容器串联组成一种补偿模块，该补偿模块有以下几种连接方式：

两个该补偿模块与一个电容器并联，其中任何一侧短接在一起，另一侧连入电网；或

三个该补偿模块首尾连接；或

在以环形式连接的三个电容器中的一个两端分别连接该大容量组合式开关装置。

3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，

该装置安装到无功补偿装置和滤波器补偿装置中，

其中，

无功补偿装置采用先进先出循环式投切补偿；

滤波器补偿装置采用先进后出堆栈式投切补偿。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，

无功补偿装置和滤波器补偿装置并联安装在矿热炉短网侧，以使得无功电流直接流经低压电容器和电弧形成的回路，而不再经过补偿点前的变压器及供电网路。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，

滤波器补偿装置串联电抗率适合的电抗器，用于满足矿热炉感性最小无功需求量，抑制吸收矿热炉工作时产生的谐波电流。

6.如权利要求1、2、4、5任一所述的装置，其特征在于，

无功补偿装置、滤波器补偿装置和无功控制器组成无功综合治理装置；

其中，

无功控制器采集高压侧电压、电流和低压侧电压以及各接触器的开关状态数据，根据采集的数据控制所有控制晶闸管和接触器的开关控制器，实现无功调节；

该无功综合治理装置自带防尘装置，是一个全封闭结构的自动化系统，整机采用箱式安装。 

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