中壓串聯(lián)電容補償裝置和包含其的變壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明設(shè)計一種中壓串聯(lián)電容補償裝置及其包含它的變壓器。中壓串聯(lián)電容補償是在電爐變壓器三次側(cè)回路串入電容器組，其屬于一種縱向電容補償。該裝置包括主變調(diào)壓繞組、串變變壓器、雙向切換開關(guān)以及電容元件；所述串變變壓器的高壓繞組串聯(lián)在主變壓器的三次側(cè)回路中，串聯(lián)變壓器的低壓繞組串聯(lián)在主變壓器的二次繞組中；所述高壓繞組的一端與雙向切換開關(guān)的一端連接，所述高壓繞組的另一端與電容元件的一端相連接；所述電容元件的另一端連接在主變調(diào)壓繞組的滑動觸頭上；所述雙向切換開關(guān)的另一端包括兩個觸點，該兩個觸點分別設(shè)置在主變調(diào)壓繞組的正、負兩個固定端子上。
【專利說明】中壓串聯(lián)電容補償裝置和包含其的變壓器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電功率補償技術(shù)，更具體地，涉及一種縱向無功補償型式的中壓串聯(lián)電容補償裝置及其包含其的變壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國鐵合金及電石等企業(yè)正在向較大電爐方向轉(zhuǎn)型，大電爐的功率因數(shù)相對較低。由于電爐和短網(wǎng)的電抗、阻抗的影響，爐子的入爐電壓損失較大，所以都要采用各種無功補償方式加以補償。
[0003]橫向補償是一般普遍采用的方式，圖1是電容器組并聯(lián)在電爐變壓器高壓側(cè)的一種橫向電容補償方式。該補償方式只能提高功率因數(shù)，不能改變電爐的參數(shù)和特性。圖2是為補償電容器單獨設(shè)置補償繞組，這種補償是一種橫向補償，它們與高壓并聯(lián)補償不同的是補償后能減少一次側(cè)電流，但是也不能提高電爐熔池的有功功率。
[0004]為了使電容器在電爐停爐時不向電網(wǎng)饋入無功，補償電容必須隨電爐斷開。同時，為了避免過補、欠補，將會帶來嚴重的開關(guān)問題。
[0005]目前，現(xiàn)有技術(shù)也有采用縱向補償?shù)姆绞?，圖3是電容器接到連接低壓的升壓變壓器的高壓側(cè)的一種縱向補償。如圖3所示，這種補償容量是與負載電流相關(guān)聯(lián)，可以做到即時補償，補償了回路母線的電壓降，該方式能夠提高電爐熔池的有功功率。但是，對于連接補償電容的高壓繞組，為了使調(diào)整電爐變壓器輸出電壓電容兩端的電壓變化不大，就要使高壓繞組采用15級以上的有載調(diào)壓，從而增加了投資。
[0006]圖4是低壓直接補償方式，其技術(shù)方案類似于圖3，圖4的方案中采用了大量的低壓非標準電容器，使得投資大且電容的有效利用率極低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明設(shè)計了一種中壓串聯(lián)電容補償裝置及其包含它的變壓器。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種中壓串聯(lián)電容補償裝置，該裝置包括主變調(diào)壓繞組、串變變壓器、雙向切換開關(guān)以及電容元件；所述串變變壓器的高壓繞組串聯(lián)在主變壓器的三次側(cè)回路中，串聯(lián)變壓器的低壓繞組串聯(lián)在主變壓器的二次繞組中；所述串變變壓器的高壓繞組的一端與雙向切換開關(guān)的一端連接，所述串變變壓器的高壓繞組的另一端與電容元件的一端相連接；所述電容元件的另一端連接在主變調(diào)壓繞組的滑動觸頭上；所述雙向切換開關(guān)的另一端包括兩個觸點，該兩個觸點分別設(shè)置在主變調(diào)壓繞組的正、負兩個固定端子上。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種變壓器，該變壓器包括一次繞組和二次繞組，以及前述的中壓串聯(lián)電容補償裝置。
[0010]通過應(yīng)用本申請的補償裝置和變壓器，由于補償時的無功功率是與負載電流相關(guān)聯(lián)的，所以是即時動態(tài)自動無級補償。即，可以提高功率因數(shù)到0.92以上，大幅度提高電爐入爐電壓(30?60V)，增大電爐熔池有功功率。另外，這種補償方式具有電氣損耗小、運行穩(wěn)定可靠、免維護、投資低和綠色環(huán)保等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中橫向補償?shù)母邏翰⒙?lián)補償原理圖；
[0012]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中橫向補償?shù)臑檠a償電容器單獨設(shè)置補償繞組原理圖；
[0013]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中縱向補償?shù)碾娙萜鹘拥竭B接低壓的升壓變壓器的高壓側(cè)的原理圖；
[0014]圖4是現(xiàn)有技術(shù)中縱向補償?shù)牡蛪褐苯友a償原理圖；
[0015]圖5是根據(jù)本發(fā)明的縱向補償?shù)闹袎捍?lián)電容補償裝置的電路接線原理圖；
[0016]圖6是功率二角形向量圖；
[0017]圖7是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)壓繞組正接時各電壓向量圖；
[0018]圖8是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)壓繞組不接時各電壓向量圖；
[0019]圖9是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)壓繞組反接時各電壓向量圖。
[0020]如圖所示，為了能明確實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的結(jié)構(gòu)，在圖中標注了特定的結(jié)構(gòu)和器件，但這僅為示意需要，并非意圖將本發(fā)明限定在該特定結(jié)構(gòu)、器件和環(huán)境中，根據(jù)具體需要，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以將這些器件和環(huán)境進行調(diào)整或者修改，所進行的調(diào)整或者修改仍然包括在后附的權(quán)利要求的范圍中。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的一種中壓串聯(lián)電容補償裝置及其包含它的變壓器進行詳細描述。
[0022]同時，在這里做以說明的是，為了使實施例更加詳盡，下面的實施例為最佳、優(yōu)選實施例，對于一些公知技術(shù)本領(lǐng)域技術(shù)人員也可采用其他替代方式而進行實施；而且附圖部分僅是為了更具體的描述實施例，而并不旨在對本發(fā)明進行具體的限定。
[0023]本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細節(jié)，而對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。另外，為了避免對本發(fā)明的實質(zhì)造成不必要的混淆，并沒有詳細說明眾所周知的方法、過程、流程、元件和電路
坐寸ο
[0024]總的來說，中壓串聯(lián)電容補償是在電爐變壓器三次側(cè)回路串入電容器組，其屬于一種縱向電容補償。串聯(lián)電容補償有載調(diào)壓變壓器的結(jié)構(gòu)是帶串聯(lián)變壓器的單相或三相有載調(diào)壓變壓器。調(diào)壓級數(shù)可在13?35級。尤其適用于調(diào)壓范圍大的大型單相或三相變壓器。特別是對直降式變壓器更為有利，是較高的電源電壓，例如在66千伏或110千伏或220千伏直接降到調(diào)壓范圍較廣且電壓很低的電壓，例如數(shù)百伏甚至幾十伏，從而可省去中間過度的降壓變壓器。
[0025]在本發(fā)明的一個實施例中，圖5示出中壓串聯(lián)電容補償裝置的電路接線原理，如圖5所示，其是在主變壓器三次側(cè)回路串入電容元件，該中壓串聯(lián)電容補償屬于一種縱向電容補償。該中壓串聯(lián)電容補償裝置包括主變調(diào)壓繞組3 (三次繞組)、串變變壓器、雙向切換開關(guān)K以及電容元件，其中串變變壓器的高壓繞組4串聯(lián)在主變壓器的三次側(cè)回路中，串聯(lián)變壓器的低壓繞組5串聯(lián)在主變壓器的二次繞組中。
[0026]高壓繞組4的一端與雙向切換開關(guān)K的一端連接，高壓繞組4另一端與電容元件的一端B連接；電容元件的另一端A連接在主變調(diào)壓繞組3 (三次繞組)的滑動觸頭上，以用于電壓的調(diào)節(jié)。雙向切換開關(guān)K的另一端包括兩個觸點，該兩個觸點分別設(shè)置在主變調(diào)壓繞組3的正、負兩個固定端子上，以用于主變調(diào)壓繞組的正接和反接。
[0027]其中，在本實施例中，優(yōu)選地，在電容元件的兩端(A、B)并聯(lián)連接一個開關(guān)(未圖示)，在不需接入電容元件時，可以通過閉合該開關(guān)從而將電容元件短路，使電容元件的兩端直接形成通路。
[0028]同時，在這里需要說明的是，雖然圖中示出的電容元件僅包含一個電容器，然而其僅在于說明性的目的，而并非為了限制，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當理解，該電容元件可以采用任意多個并聯(lián)、串聯(lián)或其組合的電容器或電容性介質(zhì)單元。
[0029]在本實施例中的這種補償是通過主變壓器三次繞組來實現(xiàn)的，電容兩端的電壓Uc的變化正比于三次電流Ic，三次電流Ic正比于二次負載電流12。也就是說電容兩端的電壓Uc變化正比于二次負載電流12。即補償容量Pc正比于二次負載電流變化12。因而它是適時動態(tài)自動無級補償。
[0030]主變調(diào)壓繞組3的電壓U3是串聯(lián)變壓器高壓繞組4兩端的電壓Us’與電容元件兩端的電壓Uc的向量和，在設(shè)計時必須考慮補償電容電壓Uc的影響。串聯(lián)變壓器低壓繞組5兩端的電壓正比于串聯(lián)變壓器高壓繞組4兩端的電壓，也就使得二次輸出電壓U2’增加。大幅度提高變壓器二次輸出電壓，減少回路母線電壓波動，增大電爐熔池有功功率。在額定狀態(tài)下電爐熔池有功功率，電爐變壓器一次繞組攝入的視在功率降低。
[0031]根據(jù)這個原理，中壓串聯(lián)電容補償電爐變壓器的容量可以根據(jù)實際情況適當減小，一般可減小15~20%。這種裝置完全可以補償電爐感抗、變壓器阻抗及短網(wǎng)損耗帶來的電壓降，在額定電流不變的情況下，電爐的有功功率達到額定。變壓器的視在功率較低，而因而這種串聯(lián)電容補償裝置的運行經(jīng)濟效果非常好，可有效的提高爐子的產(chǎn)量。
[0032]在主變調(diào)壓繞組3與串變高壓繞組4回路串入補償電容元件后(電容器組)，加在電容器兩端的電壓Uc與隨負載電流I2成正比的調(diào)壓回路電流Ic成正比變化。串變高壓電壓Us’是調(diào)壓繞組電壓U3與補償電容電壓Uc的向量和(如圖7 — 9)。而變壓器二次輸出電壓U2，等于主變二次電壓U2與串變二次電壓Us，相疊加(圖7 — 9)。因而在設(shè)計分析計算時必須考慮補償電容兩端電壓Uc的影響。
[0033]1.補償容量的確定
[0034]補償前后的功率三角形見圖6，應(yīng)符合下式關(guān)系:
[0035]S2=P2+Q2
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種中壓串聯(lián)電容補償裝置，該裝置包括主變調(diào)壓繞組、串變變壓器、雙向切換開關(guān)以及電容元件，其特征在于: 所述串變變壓器的高壓繞組串聯(lián)在主變壓器的三次側(cè)回路中，串聯(lián)變壓器的低壓繞組串聯(lián)在主變壓器的二次繞組中；所述串變變壓器的高壓繞組的一端與雙向切換開關(guān)的一端連接，所述串變變壓器的高壓繞組的另一端與電容元件的一端相連接；所述電容元件的另一端連接在主變調(diào)壓繞組的滑動觸頭上；所述雙向切換開關(guān)的另一端包括兩個觸點，該兩個觸點分別設(shè)置在主變調(diào)壓繞組的正、負兩個固定端子上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中壓串聯(lián)電容補償裝置，其特征在于，在所述中壓串聯(lián)電容補償裝置的電容元件的兩端并聯(lián)連接第一開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中壓串聯(lián)電容補償裝置，其特征在于，該電容元件為多個并聯(lián)、串聯(lián)或其組合的電容器或電容性介質(zhì)單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中壓串聯(lián)電容補償裝置，其特征在于，該電容元件為單個電容器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中壓串聯(lián)電容補償裝置，其特征在于，主變調(diào)壓繞組正接時，串聯(lián)補償投入后二次輸出提高電壓U2if、串變高壓電壓Us’及變壓器二次輸出電壓U2，的關(guān)系為:
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中壓串聯(lián)電容補償裝置，其特征在于，主變調(diào)壓繞組不接時，串聯(lián)補償投入后二次輸出提高電壓U2if、串變高壓電壓Us’及變壓器二次輸出電壓U2，的關(guān)系為:
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的中壓串聯(lián)電容補償裝置，其特征在于，主變調(diào)壓繞組反接時，串聯(lián)補償投入后二次輸出提高電壓U2if與串變高壓電壓Us’及變壓器二次輸出電壓U/的關(guān)系為:
8.一種變壓器，該變壓器包括一次繞組和二次繞組，其特征在于:該變壓器還包括根據(jù)權(quán)利要求1-7的其中 一個所述的中壓串聯(lián)電容補償裝置。
【文檔編號】H02J3/18GK103812119SQ201210438799
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月6日
【發(fā)明者】賈潔非, 岳承武 申請人:中鋼集團吉林機電設(shè)備有限公司