一种新型的sc投切开关

一种新型的sc投切开关

1tsc投切开关的设计采用电子管生产电压干燥装置（tsc），已有20年和30年历史。装置的主回路较多采用六只晶闸管组成三相电子开关、或用三只晶闸管和三只二极管构成反并联三相电子开关,连接在交流电源上进行分组控制。这种电路使用的晶闸管元件较多,相应的触发电路也多,结构复杂,投资大。为此,冶金自动化研究院结合用户生产工艺状况和TSC投切机理,开发了两种结构简单、工作可靠、使用元件少、成本低的TSC投切开关的主回路结构和相应的触发电路。用两只晶闸管和一只二极管组成的主电路简称为“2+1”电路,用两只晶闸管和两只二极管组成的主电路简称为“2+2”电路。2电容器组预充电值的计算晶闸管投切电容器组的关键技术是必须做到电流无冲击。TSC新型“2+1”主回路原理结构如图1所示,“2+2”主回路原理结构如图2所示。晶闸管投切电容器组的机理如图3所示,其拉氏变换的数学模型为U(s)=[Ls+1/Cs]I(s)+Vco/s(1)设电源U=Um×sin(ω0t+α)解得i(t)=iacmcos(ω0t+α)-n[Uco-n×n×Um×sin(α)/(n×n-1)]sin(ωnt)/Xc-iacmcos(α)cos(ωnt)(2)式中ωn=1/LC−−−√=nω0‚n=XC/XL−−−−−−−√,iacm=Um×n×n/(n×n−1)/XC式中ωn=1/LC=nω0‚n=XC/XL,iacm=Um×n×n/(n×n-1)/XC由式(2)可知,电流i(t)由三项组成,第一项为稳态电流,电流超前电压90°,为使TSC投切电容器组电流无冲击,必须满足两个条件:①:式(2)的第三项cos(ωnt)=0,即晶闸管在正弦波电源电压的正或负峰值点触发;②:式(2)中的第二项为零(Uco=n×n×Um/(n×n-1)),即电容器必须予充电到n×n×Um/(n×n-1),当n为2、3时,其值很大。式(2)的第三项给出当触发角偏离最佳点时的振荡电流的幅值;式(2)中的第二项给出当Uco偏离最佳予充电值时振荡电流的幅值。若使电容器电流ic=C×du/dt=0,则du/dt=0,即晶闸管必须在电源电压的正或负峰值触发导通投切电容器组,不同电路形式其电容器预充电值不同。该电路在投入、切断时无电流、电压冲击,使系统得以可靠安全运行。2.1电容器不同电压的特性“2+1”电路结构是电容器组接成星形电路,星点处用一只二极管和两只晶闸管组成三角形连接的电子开关电路(如图1所示)。该电路结构是冶金自动化研究院的专利技术(专利号:ZL9921656.9)。假设晶闸管工作为二极管状态,工作波形图如图4。在元件电压由反向变为正向的瞬时,产生电流。电路通过二极管D1实现两相电容器C1、C3预充电,每个电容器充电到1/2线电压的峰值。“2+1”电路工作,触发VT1管,此时电路处于单相运行状态,单相是指Uab电压对C1、C2电容器工作。理论上触发点为Uab的负峰值,但是Uc1只充电到1/2线电压的峰值,Uc1电位不足以触发VT1,要等到Uab经过60°降到与Uc1电压相等时,VT1才可能触发导通。VT1导通后,Uc1电位下降,引起D1管导通,此时“2+1”电路离开单相工作,进入三相工作状态。在Uc的正峰值触发第二只晶闸管VT2,VT2导通,晶闸管VT1仍然导通,使得二极管D1自然截止。经过120°在Ua的正峰值二极管D1自然导通、由于VT2和D1导通,晶闸管VT1自然截止。其结果在任意时刻均有两只管子处在导通状态,即每只管子导通工作240°。晶闸管和二极管在导通和截止时电压电流波形如图5、图6。因为三个元件的关断时间不同,关断时的元件电压也不同。VT1上的电压为3.5倍线电压(有效值),VT2上的电压为2倍的线电压(有效值),D1上的电压为3倍的线电压(有效值)。2.2反串联连接电路“2+2”电路结构也是冶金自动化研究院的专利技术(专利号:ZL00209885.7),它是在三相电源的两相上分别用一只晶闸管和一只二极管反并联连接组成三相开关电路。电容器组接成三角型也可以接成星形,如图2所示。“2+2”电路是“2+1”电路的对偶形式或姊妹电路,其工作原理与“2+1”电路相似。在晶闸管未被触发前,通过二极管对电容器予充电,晶闸管触发脉冲在电源A相电压的负峰值处触发晶闸管VT1,经过120°后触发第二只晶闸管VT2。管子承受电压有所不同:VT1和D1上的电压为3.5倍线电压(有效值),VT2和D2上的电压为3倍的线电压(有效值)。3晶闸管触发同步电路取触发信号方式有两种:一种是从晶闸管两端取电压过零信号,另一种取自电网电压信号。从晶闸管两端取电压过零信号控制触发,信号电路设计烦琐,在中、高压装置中更困难。上述两种主电路的晶闸管触发同步电路取自电网电压信号,经同步变压器降压后,电阻限流驱动光电耦合器,提供电子电路的同步信号。它有别于晶闸管过零触发方式。这种信号的隔离,使系统可靠性提高,动作速度加快。触发电路有严格的相序触发要求,可实现接收工作指令,相序出错判断,触发命令形成,脉冲列产生。投切电容器组的晶闸管脉冲触发信号不同于电气传动系统的脉冲触发信号,它是采用宽脉冲列,且脉冲列宽度为180°和120°不等。4路形式的工程应用TSC“2+1”和“2+2”主电路形式已成功的在攀钢轨梁厂大剪、左右推床和安钢高线得到了应用,安全可靠运行1年多,取得了显著的经济效果。4.1tsc的应用工厂有两个负载,一个是左右推床、一个是大剪。供电电压0.66kV,电压陷波干扰严重,电网电压质量不好危害工厂,因其产品质量下降,功率因数过低,一次侧为0～0.65,二次侧为0～0.19,增大了供电电缆和变压器的焦耳损耗。冶金自动化院应用“2+1”电路解决了问题。TSC配置的容量大剪为600kvar×2,左右推床为750kvar×2。装置产生的效果功率因数上升为0.93,意味着就地补偿提供了大量所需的无功功率,变压器不再过载运行。推床变压器设计容量为1420kVA,实际运行最大容量为1376kVA,补偿装置投入运行后,运行容量为576kVA;从高压侧10kV看,补偿装置投入运行前,高压电流为115A,补偿装置投入运行后,高压电流为15A,供电电压平稳,不补偿时,低压电压降落24V,补偿后电压基本不变。统计年节电额约100万元。4.2无功补偿及谐波滤波运行效果安钢高线有6套“2+2”低压(630V)TSC就地动态无功补偿及谐波滤波装置和1套“2+1”中压(6kV)动态无功补偿装置。安阳钢铁股份有限公司高速线材厂无功补偿及谐波滤波装置滤波质量满足国标“GB/T14549-1993”,功率因数由0.87升高至0.97。补偿装置投入运行前后,电网运行功率差为2013kW,补偿前吨钢耗电量为:167.7(kW·h/T);补偿后吨钢耗电量为:145.0(kW·h/T),节电效果明显。高线厂年产量按40万吨计算,节电908万kW·h,年节约电费314万元。一年内收回了投资成本,取得了良好的经济效益。5tsc投切开关工作