【正文】 到達(dá)2160kw, cosΦ6=當(dāng)投入七組電容器時(shí),無功功率到達(dá)1860kw, cosΦ7=雖然，使用PLC以及各種智能儀表會(huì)使無功功率補(bǔ)償成本提高很多，但是我們從系統(tǒng)可靠性以及實(shí)現(xiàn)的的經(jīng)濟(jì)價(jià)值來說是大有裨益的。 Q=S(sinΦ0 sinΦ1)式子中：Q是所需要的補(bǔ)償容量，單位kw，S為額定功率（視在功率），單位KW；。在一次電壓一定的情況下，電極對(duì)地電壓的大小與感性負(fù)載消耗的無功有直接關(guān)系，如果在變壓器二次側(cè)補(bǔ)償，那么補(bǔ)償?shù)臒o功只有一小部分給了變壓器，而大部分則通過變壓器補(bǔ)給了10kv的高壓線路，短網(wǎng)消耗的無功并沒有得到有效補(bǔ)償，對(duì)用電企業(yè)說是不劃算的，因此，我們將補(bǔ)償點(diǎn)選擇在電極和短網(wǎng)之間。為了進(jìn)一步降低能耗，我們?cè)诘蛪簜?cè)采用電容器補(bǔ)償，來提高電極對(duì)地電壓。低壓補(bǔ)償并不是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的電工技術(shù)，需要了解電爐工藝參數(shù)，短網(wǎng)結(jié)構(gòu)和壓降，選擇合適的接入點(diǎn)，充分認(rèn)識(shí)設(shè)備的補(bǔ)償環(huán)境，科學(xué)計(jì)算補(bǔ)償容量，學(xué)則合理的控制方式，避免投切涌流和操作過電壓，選擇合適的控制配比的電抗器抑制諧波對(duì)電容器的影響，否則抵押補(bǔ)償設(shè)備不能正常工作。因此，改善功率因數(shù)是充分發(fā)揮設(shè)備潛能，提高設(shè)備利用率相當(dāng)有用的方法.礦熱爐的補(bǔ)償方法有三種——高壓補(bǔ)償，中壓補(bǔ)償，低壓補(bǔ)償高壓補(bǔ)償實(shí)在電爐變壓器一次側(cè)接入并聯(lián)串接10Kv電容器組進(jìn)行功率因數(shù)補(bǔ)償，他能降低供電線路的電能損失，釋放供電設(shè)備容量，減小電路壓降，滿足供電部門對(duì)功率因數(shù)的要求，高壓補(bǔ)償?shù)挠悬c(diǎn)是補(bǔ)償電壓高，補(bǔ)償電流小，電容器利用率高，一般情況下為固定容量補(bǔ)償，運(yùn)行穩(wěn)定，缺點(diǎn)是不能減少補(bǔ)償接入點(diǎn)后端電爐變壓器繞組和短網(wǎng)部分無功功率，對(duì)企業(yè)增產(chǎn)，節(jié)能并無實(shí)質(zhì)意義。將R,L串聯(lián)電路并聯(lián)電容器后，電路圖如圖21，當(dāng)開關(guān)斷開，也就是沒有并聯(lián)電容器時(shí)，負(fù)載兩端電壓為U,功率因數(shù)為cosΦ1，電流為l1，無功功率為Q1,他們的向量圖如圖22所示當(dāng)開關(guān)閉合，投入電容時(shí)，整個(gè)電路的向量圖如圖23所示。電網(wǎng)以及大部分的用電設(shè)備都是阻感性負(fù)載，我們用電阻R和電感L串聯(lián)電路來等效cosΦ=R/R2+X2。電容器和電感電路并聯(lián)在同一個(gè)電路中，電感吸收能量時(shí)正好電感釋放能量，電感釋放能量時(shí)正好電容吸收，能量只在他們之間交換，所以就說阻感性負(fù)載所吸收的無功功率，可以從電容器所釋放的無功功率中得到。 (2) 功率因數(shù)越高，每千伏補(bǔ)償容量減少損耗的作用將變小，通常情況下。 加裝無功補(bǔ)償設(shè)備，不僅可使功率消耗小，功率因數(shù)提高，還可以充分挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。所以，功率因數(shù)是考核經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，規(guī)劃、實(shí)施無功補(bǔ)償勢(shì)在必行。因此，對(duì)新建、改建工程，應(yīng)充分考慮無功補(bǔ)償，便可以減少設(shè)計(jì)容量，從而減少投資。無功補(bǔ)償?shù)囊饬x： 1 補(bǔ)償無功功率，可以增加電網(wǎng)中有功功率的比例常數(shù)。.如果在電磁元件電路中有比例地安裝電容元件,就能使兩者的電流相互抵消,使電流的矢量與電壓矢量之間的夾角縮小, 無功補(bǔ)償?shù)木唧w實(shí)現(xiàn)方式：把具有容性功率負(fù)荷的裝置與感性功率負(fù)荷并聯(lián)接在同一電路，能量在兩種負(fù)荷之間相互交換。.而電流在電容元件中做功時(shí),電流超前電壓90176。而不消耗電能。一是有功功率。第二章無功補(bǔ)償原理目前無功補(bǔ)償廣泛應(yīng)用于電力行業(yè)中，是保證電能質(zhì)量，穩(wěn)定供電的重要手段。本設(shè)計(jì)針對(duì)以上礦熱爐的無功補(bǔ)償?shù)姆椒ǎO(shè)計(jì)一種智能化無功補(bǔ)償監(jiān)控系統(tǒng)。PLC是控制系統(tǒng)的主要核心，通過數(shù)據(jù)采集模塊，我們可以將電網(wǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)傳輸給PLC，我們可以通過編程將各定量傳入PLC，這樣輸入量可以與定量進(jìn)行比較，然后控制中間繼電器的投切，同時(shí)，也可以通過上位機(jī)控制手動(dòng)投切。通過這些器件，能夠采集電網(wǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并且可以將這些數(shù)據(jù)傳輸給PLC中。以先進(jìn)的PLC控制技術(shù)為主要手段，以滿足無功補(bǔ)償?shù)男枨?(1)電容器組電網(wǎng)需求的無功功率補(bǔ)償直接來自于并入電網(wǎng)的電容器組，電容器組接入電網(wǎng)的多少直接決定無功補(bǔ)償?shù)男Ч⑷腚娐返碾娙萜骺梢杂萌切谓臃?，也可是使用星形接法，通過中間繼電器來決定電容器組是否接入電網(wǎng)中。采用交流接觸器作為電容器投切開關(guān)，不可避免形成過渡過程，形成沖擊電流，并引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，造成接觸器燒毀。補(bǔ)償裝置對(duì)電壓和電流數(shù)據(jù)采樣方式不當(dāng)，一些控制其只采樣一相的電壓電流數(shù)據(jù)，使得三相不平衡時(shí)很難準(zhǔn)確測(cè)出無功功率，從而導(dǎo)致誤投誤切。除了具有P(G)JD2型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置的全部?jī)?yōu)點(diǎn)外，還做到了無功輸出無極調(diào)節(jié)。為了解決靜態(tài)補(bǔ)償裝置時(shí)間跟蹤，以及涌流，噪聲等問題，行業(yè)于1999年完成了XJD1型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置的研究。該裝置主電路采用MSC+TCR方案。這類補(bǔ)償裝置的主要問題在于：有極，有延時(shí)（典型值是30S），電容投入時(shí)候有涌流；有噪聲，不可以分相或單相補(bǔ)償。該方案對(duì)過補(bǔ)現(xiàn)象有一定的化解作用，但仍然存在著諸如刀熔開關(guān)燒毀，接觸器燒毀和電容器鼓脹等一些問題。其缺點(diǎn)是不能隨著負(fù)載的無功補(bǔ)償量來補(bǔ)償，工作時(shí)常處于欠補(bǔ)或者過補(bǔ)狀態(tài)。美國(guó)英國(guó)等過在80年代末就有DSTATC投入無功補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行，之后雖有發(fā)展，但是應(yīng)用并不廣泛。從上個(gè)世紀(jì)五十年代開始,我們國(guó)家就有許多電力行業(yè)的科技工作人員從事著低壓無功功率補(bǔ)償裝置的研究，為了改善電網(wǎng)的質(zhì)量和降低線損，配電室一般都會(huì)安裝無功補(bǔ)償裝置。電加熱型礦熱爐工作在140V左右的低電壓下，并且電極電流高達(dá)幾萬安培，要對(duì)這么大的電流進(jìn)行無功補(bǔ)償，給控制上提出許多難題。但是由于成本較高，同時(shí)由于工作環(huán)境惡劣，因此壽命受到極大的影響，同時(shí)短網(wǎng)低壓端無功補(bǔ)償也帶來了諧波增加，因此又必須采取措施來抑制諧波，從而使投入加大，投資回收周期加長(zhǎng)，同時(shí)后續(xù)維護(hù)費(fèi)用高，綜合效益不佳。針對(duì)電爐變壓器低壓側(cè)短網(wǎng)的大量無功消耗和不平衡性的問題，同時(shí)兼顧有效提高功率因數(shù)而實(shí)施無功補(bǔ)償技術(shù)改造，從技術(shù)上來講是可靠、成熟的，從經(jīng)濟(jì)上來講，投入和產(chǎn)出是成正比的。一般情況下為了解決礦熱爐功率因數(shù)低下的問題，我國(guó)目前一般采用電容補(bǔ)償?shù)姆绞剑ǔＪ窃诟邏憾诉M(jìn)行無功補(bǔ)償，但是由于高壓端補(bǔ)償不能解決三相平衡的問題，而且由于短網(wǎng)的感抗占整個(gè)系統(tǒng)感抗的70％以上，因此高壓端補(bǔ)償并沒有達(dá)到降低短網(wǎng)系統(tǒng)感抗，提高短網(wǎng)功率因數(shù)，增加變壓器出力的目的，僅僅是對(duì)供電部門有意義。根據(jù)礦熱爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及工作特點(diǎn)，礦熱爐的系統(tǒng)電抗的70％是由短網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的，而短網(wǎng)是一個(gè)大電流工作的系統(tǒng)，最大電流可以達(dá)到上萬安培，因此短網(wǎng)的性能決定了礦熱爐的性能，正是由于這個(gè)原因，~，較低的功率因數(shù)不僅使變壓器的效率下降，消耗大量的無功功率，且被電力部分加收額外的電力罰款，同時(shí)由于電極的人工控制以及堆料的工藝，導(dǎo)致三相間的電力不平衡加大，最高不平衡度可以達(dá)到20％以上，這導(dǎo)致冶煉效率的低下，電費(fèi)增高，因此提高短網(wǎng)的功率因數(shù)，降低電網(wǎng)不平衡就成了降低能耗，提高冶煉效率的有效手段。可分為有載、無勵(lì)磁調(diào)壓兩種。電極插入爐料進(jìn)行埋弧操作，利用電弧的能量及電流通過爐料時(shí)因爐料的電阻而產(chǎn)生能量來熔煉金屬，是一種陸續(xù)加料，間歇式出鐵渣，連續(xù)作業(yè)的一種工業(yè)電爐。主要生產(chǎn)硅鐵，錳鐵，鉻鐵、鎢鐵、硅錳合金等，是冶金工業(yè)中重要的設(shè)備。無功補(bǔ)償PLC控制系統(tǒng)說明書畢業(yè)論文目錄第一章 緒論 1 1 1 2 3 3 PLC無功補(bǔ)償系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn) 4第二章無功補(bǔ)償原理 5 5 無功補(bǔ)償功補(bǔ)償?shù)幕驹?5 6 6 7 7 8 8 8 8 8 9 9 9 9 10第3章 無功補(bǔ)償控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 11 11 11 12 PLC系列選型 12 S7200系列各型號(hào)CPU比較 16 PLC模擬量模塊選型 17 17 17 19 20 20 22 23 24 24 26 26第四章 無功補(bǔ)償系統(tǒng)控制程序設(shè)計(jì) 29 30 30 PLC I/O分配表 32表2 32 33第五章 上位組態(tài)的設(shè)計(jì) 36 36 36 41 4趨勢(shì)數(shù)據(jù)記錄 46 46 48設(shè)計(jì)總結(jié) 53參考文獻(xiàn) 54外文翻譯 55英文原文 55中文譯文 62致謝 68附錄 程序清單 69第一章 緒論礦熱爐又稱電弧電爐或電阻電爐。它主要用于還原冶煉礦石等礦石原料。其采用碳質(zhì)或鎂質(zhì)耐火材料作爐襯，使用自培電極。礦熱爐變壓器的負(fù)載連續(xù)、平穩(wěn)，阻抗電壓低，調(diào)壓級(jí)數(shù)較多，級(jí)差較小過載能力強(qiáng)。一般前幾級(jí)恒流容量輸入，后幾級(jí)恒電流輸出，礦熱爐主要由爐殼，爐蓋、爐襯、短網(wǎng)，水冷系統(tǒng)，排煙系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)，電極殼，電極壓放及升降系統(tǒng)，上下料系統(tǒng)，把持器，燒穿器，液壓系統(tǒng)，礦熱爐變壓器及各種電器設(shè)備等組成。如果采取適當(dāng)?shù)氖侄危岣叨叹W(wǎng)功率因數(shù)，可以達(dá)到非常好的效果。因此目前也有部分單位在新建爐子上采取了高低壓同時(shí)進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)拇胧?，來解決以上的問題，在短網(wǎng)端進(jìn)行補(bǔ)償能夠大幅提高短網(wǎng)端的功率因數(shù)，降低電耗。礦熱爐低壓側(cè)短網(wǎng)無功消耗和其布置長(zhǎng)度不一致導(dǎo)致的三相不平衡現(xiàn)象而實(shí)施的無功就地補(bǔ)償，無論在提高功率因數(shù)、吸收諧波，還是在增產(chǎn)、降耗上，都有著高壓補(bǔ)償無法比擬的優(yōu)勢(shì)。 目前在國(guó)內(nèi)冶煉行業(yè)，由于其工作電極屬于強(qiáng)電感性負(fù)載，導(dǎo)致電網(wǎng)中存在很大無功損耗，致使電網(wǎng)功率因數(shù)降低，電網(wǎng)供電質(zhì)量變差，礦熱爐工作效率降低，使得降低礦熱爐無功損耗、改善電網(wǎng)供電質(zhì)量從而提高能效、降低消耗的重要性尤為突出。所以設(shè)計(jì)出適合礦熱爐的低壓無功補(bǔ)償控制裝置，可提高功率因數(shù)，增加產(chǎn)品產(chǎn)量，降低電耗，其社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益是非常顯著的。我們國(guó)家低壓無功補(bǔ)償裝置發(fā)展主要經(jīng)歷了靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置階段。靜態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置主要是3個(gè)時(shí)期，分別為：（1）70年代以前補(bǔ)償裝置主要有刀熔開關(guān)和電力電容器組成。（2）70年代末，補(bǔ)償裝置主要由刀熔開關(guān)，接觸器和電力電容器組成。（3）80年代初期，刀開關(guān)+熔斷器+電抗器+接觸器+電容器的主電路方案得到應(yīng)用，這一類型的主電路方案經(jīng)過多年的運(yùn)行證明是可靠的，但仍屬于靜態(tài)補(bǔ)償范圍。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置發(fā)展主要設(shè)三個(gè)階段,分別是：為了解決靜態(tài)補(bǔ)償裝置郵寄和跟蹤時(shí)間問題，1995年由機(jī)械工業(yè)科技發(fā)展基金發(fā)起的行業(yè)內(nèi)P(G)JD1型動(dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置。裝置輸出的無功量可以是裝置總無功補(bǔ)償量?jī)?nèi)的任意值，跟蹤響應(yīng)時(shí)間是20ms。該裝置主要采用TSC方案，可以做到電容器投入無涌流，工作沒有噪聲，具有單相和分相補(bǔ)償功能，2002年行業(yè)完成了P(G)JD3型動(dòng)態(tài)的無功補(bǔ)償裝置研制，該裝置采用了TSC+TCR方案。以上是靜態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)主要針對(duì)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置的設(shè)計(jì)，從動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償中我們可以看到目前的無功補(bǔ)償裝置還是有缺陷：目前控制電容器投切的依據(jù)和判斷的理由不夠充分，一些控制系統(tǒng)僅僅以功率因數(shù)或者電壓來做為投切的判斷，這是完全不夠的，這會(huì)導(dǎo)致頻繁的投切操作。控制器工作環(huán)境處于強(qiáng)磁場(chǎng)中，一些控制器由于沒有采用力度不大的抗干擾措施，導(dǎo)致電抗器抗干擾能力差，出現(xiàn)誤投或者誤切。無功補(bǔ)償系統(tǒng)是指：采用電容補(bǔ)償方式，用可編程邏輯器件PLC投切電容器組的系統(tǒng)，同時(shí)還伴有上位機(jī)組態(tài)工藝畫面及操作畫面設(shè)計(jì)；報(bào)表、趨勢(shì)數(shù)據(jù)記錄、操作員登錄功能、時(shí)鐘功能、PLC監(jiān)視、操作幫助等功能。(2)數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)控制電容器組的投切需要采集電網(wǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，只有采集了電網(wǎng)現(xiàn)階段各項(xiàng)數(shù)據(jù)，才能決定是否投切電容器組是否投入電網(wǎng)，測(cè)量需要電壓互感器，電流互感器，功率因數(shù)表，電能質(zhì)量檢測(cè)儀電壓變送器，電流變送器。（3）控制系統(tǒng)的組成控制系統(tǒng)主要包括PLC及其模擬量模塊，以及上位機(jī)。 PLC無功補(bǔ)償系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)的冶煉行業(yè)，普遍使用電加熱型礦熱爐，由于其工作電極屬于強(qiáng)感性的負(fù)載導(dǎo)致電網(wǎng)的無功功率過大，導(dǎo)致電網(wǎng)的功率因數(shù)降低，供電損耗加大，有功輸出減少，如6600Kvar的礦熱爐如果減少20%的無功損耗，一臺(tái)電路一天可以節(jié)約幾千到幾萬度電，采用PLC技術(shù)，能夠自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償減少了人力成本，對(duì)功率因數(shù)的變化進(jìn)行快速反應(yīng)。該系統(tǒng)中的PLC依據(jù)從電量采集模塊獲得的無功功率、功率因數(shù)、諧波參數(shù)等電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入PLC中，與設(shè)定值進(jìn)行比較分析，通過編程，完成自動(dòng)化控制的任務(wù)。 無功補(bǔ)償功補(bǔ)償?shù)幕驹黼娋W(wǎng)輸出的功率包括兩部分。,把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,熱能,化學(xué)能或聲能,利用這些能做功,這部分功率稱為有功功率。只是把電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的能,這種能做為電氣設(shè)備能夠做功的必備條件,并且這種能是在電網(wǎng)中與電能進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換,這部分功率稱為無功功率,如電磁元件建立磁場(chǎng)占用的電能,電流滯后于電壓90176。.在同一電路中,電感電流與電容電流方向相反,互差180176。這樣，感性負(fù)荷所需要的無功功率可由容性負(fù)荷輸出的無功功率補(bǔ)償。 ⑵減少發(fā)、供電設(shè)備的設(shè)計(jì)容量，減少投資，例如當(dāng)功率因數(shù)cosΦ==；反之，相當(dāng)于增大了發(fā)、供電設(shè)備容量。 2 降低線損，由公式ΔP%=（1cosΦ0/cosΦ1）100%得出其中cosΦ1為補(bǔ)償后的功率因數(shù)，cosΦ0為補(bǔ)償前的功率因數(shù)則： 　cosΦ0 cosΦ0，所以提高功率因數(shù)后，線損率也下降了，減少設(shè)計(jì)容量、減少投資，增加電網(wǎng)中有功功率的輸送比例，以及降低線損都直接決定和影響著供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 電網(wǎng)中常用的無功補(bǔ)償方式包括： 集中補(bǔ)償：在高低壓配電線路中安裝并聯(lián)電容器組； 分組補(bǔ)償：在配電變壓器低壓側(cè)和用戶車間配電屏安裝并聯(lián)補(bǔ)償電容器； 單臺(tái)電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償：在單臺(tái)電動(dòng)機(jī)處安裝并聯(lián)電容器等。 確定無功補(bǔ)償容量時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)： （1） 在輕負(fù)荷時(shí)要避免過補(bǔ)償，倒送無功造成功率損耗增加，也是不經(jīng)濟(jì)的。將電容器組與阻感性負(fù)載并聯(lián)是補(bǔ)償無功功率最傳統(tǒng)，最有效的辦法。所以說，把這種電容器組叫做無功補(bǔ)償裝置。cosΦ就是我們所收指的功率因數(shù)，他的物理意義是供應(yīng)給線路中有功功率P占線路視載功率的比值百分?jǐn)?shù)，在電網(wǎng)運(yùn)行過程中，我們希望功率因數(shù)可以越大越好，因?yàn)樵酱蠛?，電路中的大部分功率都是用來供給有功功率，可以減