[发明专利]一种矿热炉静态与动态相结合的无功补偿系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿热炉无功补偿系统，尤其是涉及基于PLC控制器的一种矿热炉静态与动态相结合的无功补偿系统及方法。

背景技术

矿热炉是一种典型的高耗能设备，在矿热炉的电气系统中，冶炼变压器和短网都是感性负载，其在运行中需要消耗大量的无功功率，导致功率因数普遍偏低。另外，矿热炉在生产过程中，负荷变化比较频繁，导致功率因数、有功功率等各种电气参数的变化也比较频繁，再加之每相的短网长度不等，导致三相无功功率本身不平衡。

传统的冶金矿热炉无功补偿系统主要由真空接触器、熔断器、自愈式电容器等元器件组成，低压补偿为三相共补的固定补偿方式，这种传统的无功补偿系统虽然能对矿热炉的电气系统进行无功补偿，但是，无功补偿量不能随着负荷的变化而变化，在装置投切时由于三相无功同时补偿，造成强相过补、弱相欠补，从而导致投切过程冲击大、对电容器损伤大、开关触点易烧毁、噪声大、投切延时过程较长、反应迟钝、保护功能较单一等问题，特别是功率因数等电气参数不能有效控制在工艺参数要求的范围内。因此，传统的无功补偿系统由于三相无功补偿不平衡，造成了三相电极电压不平衡和三相功率因数不平衡，不能完全满足生产过程中负荷变化对工艺参数的有效控制，直接导致矿热炉的效率低、电能消耗大，而且其对矿热炉的电气系统的稳定性无保证，也会导致供电质量恶化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种矿热炉静态与动态相结合的无功补偿系统及方法，避免强相过补或者弱相欠补，以达到平衡功率因数和提高有功负荷利用率的目的。

本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种矿热炉静态与动态相结合的无功补偿系统，包括PLC处理器、高压电流互感器、高压电压互感器、变压器、功率因数变送器、电流变送器、电压变送器以及有功功率变送器和补偿支路，所述补偿支路包括静态补偿支路和动态补偿支路，每一个补偿支路均由可控硅投切开关与补偿电容器串联；所述的高压电流互感器、高压电压互感器分别与变压器输入端的高压进线电连接，其输出电流、电压信号均输出到PLC处理器；所述变压器的输出端通过短网分别与功率因数变送器、电流变送器、电压变送器、有功功率变送器的输入端以及矿热炉的电极电连接；所述的功率因数变送器、电流变送器、电压变送器、有功功率变送器的输出端分别与PLC处理器的输入端口电连接，所述PLC处理器的输出端口与可控硅投切开关的输入端电连接，且可控硅投切开关的反馈信号均输出到PLC处理器。

优选地，所述的动态补偿支路包括两个，且每一个补偿支路均由可控硅投切开关与补偿电容器串联组成。

优选地，所述的补偿支路还包括第一电抗器，所述的第一电抗器串联在所在补偿支路中的补偿电容器与可控硅投切开关之间。

优选地，所述无功补偿系统还包括HMI设备，且所述的PLC处理器通过以太网与HMI设备电连接。

优选地，所述的可控硅投切开关由一个熔断器与自愈电容器、第二电抗器以及晶闸管和另一个熔断器依次串联连接，其中的两个熔断器分别与补偿短网的两极电连接。

上述的一种矿热炉静态与动态相结合的无功补偿系统的补偿方法，其中，所述的静态补偿支路主要以预先设定的静态目标功率因数值为投入量，在投入补偿支路时，首先投入静态补偿支路作为基本补偿，当PLC处理器判定静态补偿支路投入完毕后，PLC处理器根据监测到的补偿短网的三相实时功率因数值，并以所预先设定的功率因数上限值和功率因数下限值为判据来控制动态补偿支路的投入与切断。

进一步地，所述的静态目标功率因数值设定的允许范围是正负10％。

进一步地，所述的PLC处理器将实时检测到的功率因数值与预先设定的静态目标功率因数值进行比较，当检测到的当前静态功率因数值超出了预先设定的静态目标功率因数值的10％时，PLC处理器控制可控硅投切开关以退出部分动态补偿支路；当检测到的当前静态功率因数值小于预先设定的静态目标功率因数值的-10％时，PLC处理器控制可控硅投切开关以投入部分动态补偿支路。

进一步地，所述的矿热炉在生产过程中，每投入一路动态补偿时，系统的功率因数发生变化，当PLC处理器判定当前功率因数值大于预先设定的功率因数上限值时，PLC处理器控制可控硅投切开关分闸，补偿支路即退出补偿系统；当PLC处理器判定当前功率因数值小于预先设定的功率因数下限值时，PLC处理器控制可控硅投切开关合闸，补偿支路即投入补偿系统。