一种交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置，包括供电单元以及和装置内部计算单元连接的显示单元、输入单元、控制输出单元；所述的供电单元用以给本装置进行供电；所述的显示单元数据来源于装置内部计算单元；所述的输入单元将输入或者采集的数据传输给所述的装置内部计算单元；所述的装置内部计算单元结合采集输入的数据，计算交交变频轧线SVC损坏后应投入的无功补偿Qc；所述的控制输出单元将所述的装置内部计算单元输出的型号传至外部设备控制装置。与现有技术相比较具有具有无投资，轧钢生产恢复快，不影响该电网无功功率因数及电压质量的特点。

主设计要求

1.一种交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置，其特征在于：包括供电单元以及和装置内部计算单元连接的显示单元、输入单元、控制输出单元；所述的供电单元用以给本装置进行供电；所述的显示单元数据来源于装置内部计算单元；所述的输入单元将输入或者采集的数据传输给所述的装置内部计算单元；所述的装置内部计算单元结合采集输入的数据，计算交交变频轧线SVC损坏后应投入的无功补偿Qc；所述的控制输出单元将所述的装置内部计算单元输出的型号传至外部设备控制装置。

设计方案

2.根据权利要求1所述的交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置，其特征在于：所述的显示单元和输入单元为液晶控制面板。

3.根据权利要求1所述的交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置，其特征在于：所述的控制输出单元将装置内部计算单元输出的信号传至外部设备控制装置，包括将各滤波器投入\/退出控制信号输出至各组滤波器的控制装置，并输出该系统主变压器档位控制信号到变压器控制装置。

4.根据权利要求1所述的交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置，其特征在于：还包括手动修正单元，用于装置内参数设置修改。

5.根据权利要求4所述的交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置，其特征在于：所述的手动修正单元直接连接所述的装置内部计算单元进行参数修改。

6.根据权利要求4所述的交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置，其特征在于：所述的手动修正单元连接所述的输入单元进而实现对装置内部计算单元的参数修改。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及供配电领域，特别是一种交交变频轧线抛掉静止型无功补偿器的快速恢复生产的装置。

背景技术

热轧带钢厂交-交变频系统功率因数低，电压降大，电压不稳定，需要配套静态补偿装置SVC进行电压补偿、功率因数补偿，从而保持轧钢时系统电压稳定。由于现有SVC装置控制系统复杂，电力电子器件及现场硬件容易损坏，由于造价高昂，一般热轧厂不会对SVC系统的重要控制器件及串联电抗器进行备件准备，导致上述控制器件及硬件损坏后热轧厂长时间停产。一般串联电抗器损坏，在没有备件的情况下会停产十几天，所带来的经济损失数额巨大。

静止型无功补偿器(SVC)是维持电网电压保障生产的电力系统，如图1所示，SVC接入轧线电网系统中，滤波器组(FC)提供固定的容性无功(Q_{C<\/sub>)，SVC控制系统采集轧线电流和电压后通过晶闸管触发装置控制流过补偿电抗器的电流，为系统提供感性无功Q_{TCR<\/sub>。当Q_{N<\/sub>＝Q_{V<\/sub>-Q_{C<\/sub>+Q_{TCR<\/sub>＝常数(式中：Q_{N<\/sub>为系统无功，Q_{V<\/sub>为负荷无功)，电网功率因数＝常数，电网电压几乎不波动。一旦SVC控制系统和串联补偿电抗器出现任何损坏，而生产现场又没有该储备件更换，感性无功Q_{TCR<\/sub>＝0，轧钢时系统无功Q_{N<\/sub>＝Q_{V<\/sub>-Q_{C<\/sub>，即滤波器组(FC)的容性无功Qc全部上网，电网系统电压大幅度升高，严重危及变压器、交交变频器等用电设备。}}}}}}}}}}}}

目前上述轧线电力系统中没有抛掉静止型无功补偿器的保运装置，SVC事故时，因无昂贵SVC控制器和电抗器备件将导致长时间停产；而通过查找历史数据并理论计算后，再手动调整该系统主变压器档位和滤波器组，因全国热轧带钢厂人员水平不一，反复计算验证难度大、风险高，交交变频轧机临时恢复生产时间较长，甚至损害电网其它用户用电需求和降低电网有功出力。

实用新型内容

本实用新型的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置，交交变频轧线在造价高昂的静止型无功补偿器(SVC)的控制系统或串联补偿电抗器(一般6组中一组)损坏后，通过一种抛掉静止型无功补偿器(SVC)的保运装置及时保障热轧带钢厂生产及时恢复，又不影响该母线系统其它用电部门的正常用电，同时保持电网电压稳定。

本实用新型解决其技术问题的技术方案是：一种交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置，其特征在于：包括供电单元以及和装置内部计算单元连接的显示单元、输入单元、控制输出单元；所述的供电单元用以给本装置进行供电；所述的显示单元数据来源于装置内部计算单元；所述的输入单元将输入或者采集的数据传输给所述的装置内部计算单元；所述的装置内部计算单元结合采集输入的数据，计算交交变频轧线SVC损坏后应投入的无功补偿Qc；所述的控制输出单元将所述的装置内部计算单元输出的型号传至外部设备控制装置。

上述的显示单元和输入单元为液晶控制面板。

上述的控制输出单元将装置内部计算单元输出的信号传至外部设备控制装置，包括将各滤波器投入\/退出控制信号输出至各组滤波器的控制装置，并输出该系统主变压器档位控制信号到变压器控制装置。

优化方案中还包括手动修正单元，用于装置内参数设置修改。

上述的手动修正单元可以直接连接所述的装置内部计算单元进行参数修改。

上述的手动修正单元也可以连接所述的输入单元进而实现对装置内部计算单元的参数修改。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下突出的有益效果：

1、在具有静止型无功补偿器(SVC)的交交变频带钢轧线电力系统内，新增一种可抛掉SVC的保运装置，该装置可采集或者提前输入正常生产时SVC采集的有功\/无功\/最高和最低电压等参数，事故后能根据需要自动控制滤波器FC组数调整固定容性无功Qc，自动控制该系统变压器档位；

2、本实用新型不损害该电网其它电力用户用电需求和降低电网有功出力，同时保持电网电压稳定；无投资，轧钢生产恢复快，不影响该电网无功功率因数及电压质量；

3、本实用新型具有投资少，轧钢生产恢复快，损坏备件到货完全恢复前，该电网无功功率因数及电压质量影响小的特点；

4、全国热轧带钢厂目前的几百套且配备静止型无功补偿器的轧钢交交变频系统均可以用本实用新型装置快速恢复生产，不用储备几百万的控制器件和电抗器备件，全国冶金系统推广潜力巨大，能给企业创造巨大的经济效益。

附图说明

图1是现有技术SVC系统组成示意图。

图2是本实用新型的系统连接简图。

图3是本实用新型的功能关系框图。

图4是本实用新型实施例2的功能关系框图。

图5是本实用新型实施例中变压器铭牌参数参照图片。

图6是本实用新型轧线供电系统简图。

图7是本实用新型实施例2的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。本实用新型为一种交交变频轧线抛掉SVC的快速恢复生产装置，下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品，其使用方法和内在原理再次不在累述。

本实用新型装置控制功能表现在根据轧线最大最小负荷和电网电力参数，计算SVC故障停运后应投入的现有变压器档位和滤波器FC组数，可通过手动或者自动控制变压器档位和滤波器FC组数。

本实用新型快速恢复生产装置可安装在滤波器FC高压开关柜柜门面板上，外部连接关系如图2所示，从主变T低压侧35kV PT柜采集电网线电压和相电压；从主变T低压侧35kV出线开关柜电流互感器采集电流。通过控制输出单元输出各滤波器(FC)投入\/退出控制信号至各组滤波器的控制装置，并输出该系统主变压器档位控制信号到变压器控制装置。当SVC控制系统或者双向晶闸管等TCR器件损坏时，紧急情况下可通过此装置手动确认或自动计算，完成滤波器FC组数和变压器档位选择投入的输出动作。

本实用新型装置组成：包括供电单元以及和装置内部计算单元连接的显示单元、输入单元、控制输出单元。

所述的供电单元，其目的在于将220V市电转换成低压24或者12V供电，用以给本装置进行供电，其具体元件可以为变压器。因为本单元功能的具体实现方式众多，因此本领域技术人员可以根据其待实现的功能自由选择现有技术中相应的硬件，因此硬件部分不做具体描述和限定，以下各个功能单元叙述方式相似。

所述的显示单元，通过显示单元可显示输入、输出的数值或参数等数值，其显示的数据来源于装置内部计算单元。可采用液晶控制面板，可以采用常规的显示板卡模块、接线端子等，硬件部分不做具体描述和限定。

所述的输入单元：其目的在于按系统电压波动率要求、无功功率因数要求以及现场交交变频系统对电压的要求，提前输入或者自动采集正常生产时SVC采集的有功\/无功\/最高和最低电压等实时数据，并将输入或者采集的数据传输给所述的装置内部计算单元。可以采用常规的输入采集板卡模块、接线端子等，硬件部分不做具体描述和限定。优化方案中，所述的显示单元和输入单元采用显示输入功能为一体的液晶控制面板。

所述的装置内部计算单元：通过包括CPU单元在内的硬件形式，结合所述输入单元采集输入的轧线主变压器和电网变压器线路等参数，计算交交变频轧线SVC损坏后应投入的无功补偿Qc。输入数据和计算方法包括：轧线最高和最低负荷两种情况下主变压器高压侧电压降；根据最小负荷时主变高压侧电压和轧线最高电压要求，算出变压器变比；根据最大负荷时主变高压侧电压和轧线最小电压要求，计算得出应投入的滤波器Qc；选取相近Qc的滤波装置后校验，并根据电网电压波动等可微调变压器变比。所述的装置内部计算单元中详细计算涉及的方法、流程见后，但该方法和流程仅仅是一种实现形式，其他的可以实现本单元采集参数、计算应投入的无功补偿Qc功能的方法均可以使用。可以采用能够实现上述功能的常规的单片机等芯片模块，硬件部分不做具体描述和限定。

所述的控制输出单元：将所述的装置内部计算单元输出的信号传至外部设备控制装置，包括将各滤波器(FC)投入\/退出控制信号输出至各组滤波器的控制装置，并输出该系统主变压器档位控制信号到变压器控制装置。从而实现调整主变档位和滤波器组数(现场主变档位0，1-17档，滤波器组数H3\/H5\/H7\/H11四组)。可以采用常规的输出模块、接线端子等，硬件部分不做具体描述和限定。

优化方案中，还可以包括手动修正单元，其实现装置内参数设置修改功能，例如可手动录入正常生产时SVC采集的有功\/无功\/最高和最低电压，可手动录入电网线路设备电力参数。可经过实际查看轧钢生产时电网电压波动情况及功率因数变化情况后根据实际情况对主变压器档位和可手动在装置面板修正。具体的数据连接关系，可以如图3所示，为手动修正单元直接连接所述的装置内部计算单元进行参数修改，也可以如图4所示，手动修正单元连接所述的输入单元进而实现对装置内部计算单元的参数修改。

当热轧厂SVC系统的电力电子控制系统和串联补偿电抗器故障时，TCR和电抗器停运，轧线轧机被迫跳闸停机，此时利用本申请中的保生产新装置，自动控制滤波器FC组数调整固定容性无功Qc，自动控制该系统变压器档位(非有载调压变压器时，需显示应调节档位)。电力系统重新匹配后，交交变频轧机可投入运行，轧线快速恢复临时生产。

本实用新型所述装置内部计算单元中涉及的计算方法、流程,具体为热轧带钢生产线轧机交交变频系统急情况下通过理论计算抛掉静止型无功补偿器SVC的方法,具体由以下几个步骤构成：

S1：确定35kV侧交交变频系统轧钢时最低电压和最高电压：交交变频系统要求轧钢生产时最大负荷下的最低电压不低于额定电压35kV的0.95倍，最小负荷时的最高电压不超过额定电压35kV的1.1倍。其作用为基础条件。本实施例中，额定电压为35KV，则根据变压器变比推算高压侧电压，最低电压为不低于33.25KV，最高电压为不超过38.5KV。

S2：确定110kV母线全部负荷空载时的最大电压：通过高压综保后台查询的110kV侧历史记录中最高电压为117kV。其作用为基础计算条件。

S3：计算确定该110kV母线所带负荷最大和最小情况下的电压值：计算轧钢最大最小负荷时电压值。其作用为基础计算条件，为关键计算步骤。

(1)确定Qmax、Qmin和Uk％

如图6所示，根据35KV原设计负荷(热轧线建设时设计院给予的电控任务书内容)直接获取最大有功Pmax、最小无功Qmax、按历史经验值最小有功Pmin、最小无功Qmin，以及Uk％，并计算得出轧线负载系统设计视在功率Smax和Smin。

(2)计算供电系统线路电阻R_T<\/sub>

R_{T<\/sub>：变电站GIS开关出口至负载高压开关的线路和变压器电阻之和。本计算忽略线路电阻值；}

ΔPs：三相短路损耗kW；经查变压器铭牌参数表(图5)为234.1kW；

UN：变压器额定线电压kV；

SN：变压器三相额定容量kVA，数据来源为变压器铭牌参数表。

(3)计算供电系统线路电抗X_T<\/sub>：

Us％:变压器的短路电压百分值(取Us％＝Uk％,经查变压器铭牌参数表为11.9)；

由(1)(2)推出变压器阻抗X＝R_{T<\/sub>+jX_T<\/sub>；}

(4)计算最大和最小负荷时，低压侧母线归算到高压侧最大和最小电压值

U1：主变高压侧系统电压，通过高压综保后台查询的110kV侧历史记录中最高电压为117kV；

△Umax:最大负荷时归算到主变高压侧线路和主变的压降；

△Umin：最小负荷时归算到主变高压侧线路和主变的压降；

Pmax和Pmin为最大和最小负载功率；

Qmax和Qmin为最大和最小负载无功，数值见步骤S3(1)；

式中R＝R_{T<\/sub>，X＝X_T<\/sub>。}

S4：确定该主变低压侧母线所带整流变压器等设备最低安全电压和最高安全电压：在SVC投入的情况下根据后台监控采集记录显示，确定母线最高电压和最低电压；其作用为基础计算条件，必须满足步骤S1的要求。本实施例中，最小负荷时35KV母线最高电压为37.79KV，最大负荷时最低电压为33.98KV。

S5：计算确定上一级主变变压器的合理档位：根据调压要求，按S1里面最小负荷时的最高电压U_{2N<\/sub>计算所得。}

按最小负荷时低压侧母线电压(U_{2Nmin<\/sub>，按S4步骤取35KV母线最高电压37.79kV)，确定分接头电压U_{1T<\/sub>。公式如下：}}

选择最接近的分接头(经查变压器铭牌参数表，计算值接近变压器2档电压值)，确定变压器高压侧电压U_{T<\/sub>，即为2档电压值119625V，选择后变压器实际变比：}

档位选择后，依据上述变比公式，重新计算U′_{1min<\/sub>，验证是否满足电网电压波动要求。}

本实施例中，根据变压器铭牌参数，最终计算档位为2档(原额定档位为6档)，其作用为为轧钢生产最大负荷时需要补偿容量的S6做计算准备。

S6：计算确定需要补偿的固定的容性无功Qc：根据S1里面的最低电压要求和S5里面的档位及变比K_{T<\/sub>，结合S3里面的有功和无功数据计算而出；按最大负荷时调压要求，确定电容器容量。}

变比K_{T<\/sub>给定时，Q_{c<\/sub>滤波器补偿容量公式为：}}

U_{2max<\/sub>：根据S4步骤选取补偿前最大负荷时低压侧电压值33.98kV后，乘以变压器变比，归算到高压侧的110kV侧的电压；}

X_{ε<\/sub>：线路及变压器感抗(忽略线路阻抗后，变压器阻抗X＝X_{ε<\/sub>)；}}

U′_{2max<\/sub>：补偿后35kV电压侧要求保持的电压，取35kV；最大负荷时变压器高压侧电压值；}

K_{T<\/sub>：变压器变比。}

其作用为确定需要投入的SVC静止补偿器里面固定的容性无功的容量及组数(现有H3、H5、H7、H11四组固定使补偿电容器)。

S7：确定投入的滤波器FC组数：根据S6所计算的固定的容性无功Qc确定在此种特殊紧急情况下，其具体的选择根据现场实际滤波器配置情况，确定需要具体投入的滤波器FC组数及名称。选择时比照滤波器设备实际无功补偿容量配置，例如H3滤波22.08-10.42MVar，取10.42MVar进行计算。

S8：效验投入滤波器FC组数和容量Q是否满足电网电压要求：用S6中公式，反推效验S7所投入的固定的容性无功Qc情况下的电压是否满足S4里面所列的电压要求(大于等于33.98，小于等于33.79kV，最差情况不允许超过S1步骤中电压限制值)。如不满足，则返回S3步骤重新对供电系统Qmax、Qmin和Uk％等参数数据进行确认并计算。

通过上述S1～S8步骤和计算流程，本实用新型的在SVC系统的电力电子控制系统和6台串联补偿电抗器出现任何损坏后及时抛开上述设备，利用固定的容性无功Qc和上一级主变档位，系统电压波动率要求，无功功率因数要求以及现场交交变频系统对电压的要求；综合计算后进行无功功率匹配(固定的容性无功Qc的投切组数和容量)，变压器档位匹配，系统功率因数匹配和轧钢交交变频系统电压匹配，从而既满足电网电压不升高或降低，电网无功功率因数不降低，交交变频系统电压要求，又不损害该电网其它电力用户用电需求和降低电网有功出力。

在实际生产中因为有个别型号的变压器档位设计比较窄，还可以有优化步骤，也就是从实践上将上述S1～S8所做的理论计算结果在实际需要中进行进一步的修正微调，最终满足现场轧钢生产要求。在这种情况下，可以采用实施例2的方法。如图7所示，实施例2中，除了上述的S1～S8步骤外还包括S9～S11：

S9：现场全部负荷恢复送电生产；

S10：实际查看轧钢生产时电网电压波动情况及功率因数变化情况：通过后台监控实时显示，看电压波动是否满足S4步骤内有SVC投入情况下的母线电压波动区间，功率因数变化情况是否在0～1内。

S11：根据S10实际电压波动情况对上一级主变压器档位进行修正调整：进而实现交交变频系统正常轧钢生产。具体操作为：如果电压波动不满足S4步骤内有SVC投入情况下的母线电压波动区间，则实际电压档位调整满足高往低调，低往高倒的原则进行，例如：实际最高电压如果超出S4步骤内的37.79KV，则需要将上一级变压器档位调低，反之将档位调高。

本实用新型计算方法有效的在热轧带钢生产线轧机交交变频系统急情况下通过理论计算抛掉静止型无功补偿器SVC。生产作业中，热轧带钢轧线SVC损坏后，通过以上方法计算后，选择变压器档位为2档，选择滤波器H3、H5.顺利投入生产，未造成非计划停机。

需要说明的是，本实用新型的特定实施方案已经对本实用新型进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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