带并联电容补偿的电炉变压器设计

带并联电容补偿的电炉变压器 带并联电容补偿的电炉变压器设计 张懋鲁 (长春三鼎变压器有限公司，吉林长春, ,,,,,) 摘要:介绍了并联电容补偿的工作原理、应用及带并联电容补偿的电炉变压器设计要点。 关键词:电炉变压器;电容补偿;设计,前言 由于炉子电阻随容量的增加而减少。电抗值却有所增大。所以当电炉容量越大，功率因数越低时，将造成供电能力降低、网络电力损耗增加、线路电压降加大，这些表现在埋弧炉中尤为突出。因此，国家经委批准的《全国供电规则》里规定:“用户应在提高 (,)接线图 (,)电流相量图自然力率的基础上，设计和装置无功功率补偿设备， 图, 并联电容补偿的接线图与电流相量图并做到随其负载和电压变动及时投入或切除，防止无功功率倒送”。一般规定工业炉用户汲取网络功率 ,，,,(,,,,,,,,,,,)，,,,, (,)时的;,,中应在,(,,,,(,,之间。 式中乒一炉子的有功功率，,, 本文中所述的电容补偿属于传统静止无功补 ，、，,——加电容前、后的电路总电流，,偿，虽然它与动态静止无功功率补偿装置(如,,,、 ,，、妒广加电容前、后的电压与电流间相位,,,等)相比有很多缺点，但它具有成本低、调节效 差果较好的优点，所以埋弧炉仍在应用。有关带电容补 当并联电容器没有投入时，,,支路的电流相量偿的电炉变压器设计方面的论文既鲜见、又局限。本 ,矗为: ,,，,,,,兽,一妒,，, ,,文中笔者阐述了带并联电容补偿的电炉变压器设 (,) ，,，,,计，其中遗漏、谬误之处望同仁斧正。 阻抗为:,并联电容补偿的工作原理 ,,汴,，,,,，，纠,,丽，, (,) 图,,表示的炉子负载是由电阻尺和电感,组 阻抗角为:成的串联电路，由开关,控制对尺,串联负载进行无 ,,,,,,,,譬 (,)功功率补偿电路的投切。图,,是以电源电压,为 当并联电容器投入时，,不变，电容器支路的参考相量所画出的电流相量图，从图,中可看出，当 电流相量,,;为:电感性负载并联了电容器后，电流对电压滞后的相角由,。减少到妒,，电流由，减少到，?，则: 皓导,,,。，, (,) ,,，,,,,,,,,,,,,,，, (,) 所需电容器的无功功率为: 容抗,;,—?一专，,;与,间的相位差为 ,?, ?, ？,,,,;,,,,,,,广,，?,,,,, ,,,,,。 由于电容器不能改变炉子的参数和特性，所以 这时，电路总电流由，变为,?，按正弦量的相量加电容前后的炉子有功功率不变，即: 法去计算，得: ,,,,,;,,妒,,,,,;,,,,, (,) 将式(,)代入式(,)后，整理得: ，?,，,,，，,,等厶一,,，,,:,,,,,,,,一 厶,, ?,,? 的介入，炉变一、二次的视在功率减少，功率因数提 等;,印州罴一等,,酬, 高，这将大大减少电力损耗。如要想充分利用炉变容 ,，,,?，, (,) 量，使炉变二次绕组提供预期功率因数的额定功率， ,?与,间相位差为: 由于炉子固有阻抗的限制，必须要同时增加炉变二 铲纽,。,等 (,) 次电压和补偿电容容量，这将大大增加电极电流、炉 子的熔池功率和劳动生产率。由于低压并补的炉变 其实利用式(,)计算，?更简便，但没有相位关 一、二次视在功率相等，所以炉变运行时监测任一侧系，即: ，?,，盟 ;,,„,, (,,) 电流均可。 ,应用实例,补偿方案 某一座,电极埋弧炉，由一台,, ,,,,,,三相 图,为各种并联电容补偿方案。 炉变供电，,,,,,,,，魄,,,,,，短路阻抗为,,。绕 组联结组标号为,,,。 如 埋弧炉每相负载参数:,,,,(,,,,,，,,,,(,,,,。 求把炉子;,,中提高到,(,,时高压补、中压补、 低压 补的电容补偿计算及补偿前后炉变主要数据的 变化。 ,匿子 ,(, 单设补偿绕组方案(见图,,) 炉变电流为: ，,,丝盟盟竺:,,,(,, ,, ,,,, , ，,庐雩:,,,(,, , , :,(, ，补: , 厶:,,蔓鲤兰～堡:,,,,,, ,,,、,, 枷掣: :厂,—” , 楚 , ,, ,,,, ,一 叫 炉子 炉子阻抗为: 、,, (;)低压侧并联补偿变压器 ,,,,(,,,,,,,(,,,,。,,,(,,,,,。,,,,(,,。(,,) 图,并联电容补偿方案 补偿前炉子功率因数为: 图,,为单独设置补偿绕组的方案，它可用于炉 ;,,(,,,。,,争),,(,,变的任何调压方式中;图,,为间接调的主变三次基 炉子有功功率为:本绕组端子间并接电容器的方案。电容器既不能改 ,,,,,, ,,,,?,,(,,,,弗,,, ,,,,,(,,,变炉子的参数和特性，也不影响炉子作业，补偿后不 ,, ,,,,,能提高熔池功率，但能减少一次侧的电流和视在功 炉子无功功率为:率。炉变运行时应严格监测二次电流或新计算的一 ,庐,,,, ,,,,”，,,(,,,,,,,,, ,,,,,,,次电流，, ,值，否则炉变二次绕组将过热。 电容器无功功率为: 在图,;中，电容器通过升压变压器接到炉子的 ,;,,, ,,,〔,,,(;,,一,(,,),,,,(;,,,?,(,,),,电路中，升压变压器的一次绕组与炉子的短网相并 , ,,,,,,,联，通过升压变压器的电压调整，使电容器在炉变不 大电流电路对地电压为:同输出电压下都能得到一个相对恒定的电压，此升压变压器称为补偿变压器。此时炉变低压绕组中的 丛:,,,, 、,, ,而黑‰,,,电流为炉子的感性电流与补变纯容性电流的相量 炉子负载电流为: ,萨可沥丽砭丽,和。在电极电流不变的情况下，也就是输人与图,, ,,,,一,,(,,。(,) 一„,，?和图,,补偿方案相同的熔池功率时，由于电容电流 ?,,? 折至炉变一次侧(线中)的负载电流为: 号,,,,。电容器,接，串联电抗器的电抗百分数为 ,,。 聃舞岳,砌,,,,北一,,(,,。(,) 根据,、,网络等效变换关系式，将三相电容器 补偿绕组,接，电容器,接，串联电抗器的电 组和补变的一次绕组由,接等效变换为,接，忽略抗百分数为,,，补偿绕组线电压为, ,,,,。 补变的阻抗后。画出三相等值电路图,,及单相等值 电容器的供电电压为: 电路图,,。按图,,进行计算。 峙啬等,,,,, , , ,;,警,等铲一地 电容器容抗为: ,, , ,,,, , ,,, 容抗复数表达式为: , ,;,,,,,(,,,,,(,,,,,,。(锄 „,)三相等值电路 (,)单相等值电路 电容器组的线电流为: 圈,低压侧并补的等值电路 拓墨黑警警墨鲥,(,〔一,,。(,),, ”,,(,,,,,,…, ”… ,接变换为,接后的电容器阻抗为: 折至炉变一次侧(线中)的电容电流为: ,;;,,,,(,,,,,,, ,,(,,,,,(,,,,,,。(;, 肚专器,,,,(,,,,,,,,,,(,,,,,,(,) 电容器组的线电流为: 炉变一次侧的线电流为: ,,,,矗，, ;:,,,,(,乞,,,(,,,，,,,,厶,,,, 如—盟掣一,,,,,(,,,,,。,,,,,(,, ,,。,,、,,,一,,。 折至炉变二次侧的容抗为: 弘(需)讹(,,,,,,,。, ,,,,,,,,(,,,,,(,,,,,(,,,(,) 玎与【，。问相角差为,,,(,,，功率因数;,十,,,乍,(,,。 ,(,,×,,。,,一,,,“,) 此时一次的输入功率为: 折至炉变二次侧的电容电流为: ,，,、,,,,,,(, ,,, ,,,, ,,,,, 、,万贾两而而琢了承酽,,, ,,,,,, ;?,訾,,,,(,,,,,。,,, ,,,,,,,,(,) 单相等值电路总阻抗为: 而二次的输出功率为: ,,?虿,,, ,,,,,,,,,,。,,,, ,,,,,, 压兹卺;,,,,,(,,(,,,,,,,,,,，,,(,,((,,,×,,,,?,,，,,,((,,,×,,,沪”,一, 显然,,,,,，所以炉变工作时应监测一次电流不 ～,:～墨兰～,:幺,墨～:三垒::„ ,(,,×,酽,一,,，,,。 如按式(,,)得，?,羔铲,,,,,，与前计大于,,,(,,。 ,(,,,×,,,,,,,(,,,(,) 扛丽舞‰,, 总电流为;算数据相等，但无相位关系。 , ,, ,,,一,,(,,。(,),(,主变三次基本绕组补偿方案(见图,,) 电容补偿后的炉变一次侧电流和功率因数与单 补偿后功率因数为:设补偿绕组方案的计算方法相同，在本课题中计算 ,,,(,,,,(,,,、,,(,,结果也相同。本方案的一个新课题就是向电容器组 炉子负载电流:供电的基本绕组的电流计算，这个绕组要同时流过 ,,,,:,,;,,,,, ,,,,,,, ,,,,相位不同的感性负载电流,,和电容电流磊，运用相 ,, ,,, ,,,,(,,,(,)量法或根据相量图运用余弦定理很容易计算出各种 .