[發(fā)明專利]電弧爐無功波動抑制裝置

在審

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• 申請日: 2014-02-11
• 公開（公告）號: CN103840472A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設計）人: 張潔;鄭常桂;尤海榕;杜新華;王偉明;謝德華;李昊;周筠
• 申請（專利權）人: 中冶南方工程技術有限公司
• 主分類號: H02J3/18
• 分類號: H02J3/18;H02J3/01
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張瑾

技術領域

本發(fā)明涉及一種電弧爐無功波動抑制裝置。

背景技術

電弧爐在冶煉過程中無功功率波動劇烈，特別是在起弧、穿孔、塌料等階段，常常交替出現三相電極開路和短路狀態(tài)，這時無功功率波動有時會達到電弧爐變壓器容量的兩倍。隨著近年來鋼鐵企業(yè)規(guī)模不斷擴大，電弧爐電容量越來越大，隨之帶來的無功波動問題已嚴重影響到電網的電能質量和其它用電設備的安全運行。

為了降低電弧爐無功波動引起的電壓波動和閃變，目前通常在爐變供電母線上裝設動態(tài)無功補償裝置，用來實時補償電弧爐所需的無功，無功補償裝置主要有如下兩種：

（1）TCR型動態(tài)無功補償裝置（SVC）。該裝置由固定補償的電容器組和由晶閘管控制的電抗器組成，通過控制晶閘管的導通角來控制電抗器電流，從而達到調節(jié)輸出無功的目的。由于晶閘管開斷時間和檢測控制時間的限值，裝置響應時間在20ms以上，對電弧爐引起的電壓波動和閃變的改善率很低。

（2）無功發(fā)生器（SVG）。該裝置是將電壓型逆變器經串聯(lián)電抗與系統(tǒng)相連，逆變橋由全控型半導體器件IGBT組成。通過調節(jié)IGBT器件的開關，可以控制逆變器交流側輸出電壓的幅值和相位，從而快速發(fā)出大小相等、相位相反的無功。裝置響應時間為5～10ms，對電弧爐引起的電壓波動和閃變的抑制效果較好，但由于電弧爐變壓器通常由35kV系統(tǒng)供電，且容量很大，制作高電壓大容量的SVG需要多個半導體器件進行串并聯(lián)，運行可靠性低且造價昂貴。

因此，我們迫切需要一種對電弧爐引起的電壓波動和閃變的抑制效果好、運行可靠性高、成本低廉的電弧爐無功波動抑制裝置。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種響應迅速、結構簡單、成本低、運行可靠性高的電弧爐無功波動抑制裝置。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種電弧爐無功波動抑制裝置，它包括第一鐵芯和第二鐵芯，第一鐵芯上纏繞第一交流工作繞組和第一直流繞組，第二鐵芯上纏繞第二交流工作繞組和第二直流繞組；第一交流工作繞組和第二交流工作繞組串聯(lián)后串接入電弧爐供電回路中，第一直流繞組和第二直流繞組串聯(lián)后串接直流電源。

更進一步的方案是，所述的第一交流工作繞組和第二交流工作繞組具有相同的匝數，且第一交流工作繞組的同名端與第二交流工作繞組的同名端相接。

更進一步的方案是，第一直流繞組和第二直流繞組具有相同的匝數，且第一直流繞組的異名端與第二直流繞組的同名端相接。

更進一步的方案是，第一交流工作繞組的異名端與電弧爐供電開關連接，第二交流工作繞組的異名端與電弧爐變壓器連接。

更進一步的方案是，所述的直流電源包括整流變壓器和整流橋，整流變壓器一次側接電弧爐供電開關，整流變壓器二次側輸出的交流電流經過整流橋將交流電流整流成直流電流；整流變壓器二次側與整流橋、第一直流繞組和第二直流繞組構成直流回路。

更進一步的方案是，所述的2個鐵芯均為口字型結構，且截面相同。

本發(fā)明中，第一交流工作繞組和第二交流工作繞組串聯(lián)后，串接在電弧爐供電回路中，流過交流負載電流。第一直流繞組和第二直流繞組串聯(lián)后，與直流電源串接，流過直流電流。

第一鐵芯和第二鐵芯受到交直流同時激磁，直流繞組始終產生較強的直流磁場，該磁場能使鐵芯達到深度飽和狀態(tài)。當電弧爐運行在額定狀態(tài)下時，交流工作繞組流過電弧爐額定電流，這時交流工作繞組產生的磁場不足以使鐵芯退出飽和，因此此時第一交流工作繞組和第二交流工作繞組的電抗值非常小，不會影響電弧爐的正常運行。

在起弧、穿孔、塌料等階段，當電弧爐電極發(fā)生短路時，交流工作繞組流過的電流顯著增大，此時交流工作繞組產生足夠大的磁通，當該磁通方向與直流繞組產生的磁通方向相反時，會抵消直流磁通，使鐵芯退出飽和狀態(tài)。由于第一鐵芯上的第一交流工作繞組和第一直流繞組的同名端不在同側，而第二鐵芯上的第二交流工作繞組和第二直流繞組的同名端在同側，因此在一個交流周期內，隨著交流電流方向的變化，第一鐵芯和第二鐵芯會相繼出現非飽和狀態(tài)，相當于在交流回路中串入大的電抗，使交流負載電流受到限制。

本發(fā)明利用磁飽和原理，由交流工作繞組電流的變化自動控制鐵芯的飽和度，從而改變兩個交流工作繞組電抗的大小，等效于在電弧爐正常工作時，在回路中串入小電抗，而在電弧爐發(fā)生電極短路無功功率劇烈增大時，在回路中串入大電抗來抑制無功波動。