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1、 北京思能达电力电子技术有限公司富比生电石厂8500KVA3电石炉变压器低压无功补偿装置技术方案北京思能达节能电气股份有限公司2011年7月- 15 -目 录一、项目概述- 1 -1.1 电石炉- 1 -1.2 电石炉的电气特性- 1 -二、设计依据- 2 -2.1 供电状况- 2 -2.2 国家相关标准- 2 -2.3 应达到的技术指标- 3 -三、补偿方案- 3 -3.1 接入位置的选择- 3 -3.2 补偿方式的选择- 5 -3.3 补偿容量的确定- 6 -3.3 补偿装置配置- 6 -3.3 装置应用环境- 7 -3.4 安装- 7 -3.4 装置清单- 8 -四、经济效益分析- 8
2、-5.1 公司简介- 9 -5.2 系统构成- 10 -六、项目质量保障- 14 -七、产品服务- 15 -7.1售后服务- 15 -7.2技术培训- 15 -八、公司业绩- 15 -8.1部分业绩- 15 -8.2实例简述- 16 - 北京思能达电力电子技术有限公司一、项目概述富比生电石厂现有2台25500KVA电石炉。北京思能达电力电子技术有限公司根据电石炉的电气特性，本着节能增产，提高用电可靠性的原则，设计了本套无功补偿方案。1.1 电石炉电石炉为矿热炉的一种，是一种耗电量巨大的工业电炉。它主要用于还原冶炼矿石，碳质还原剂及溶剂等原料。主要生产电石、黄磷、硅、锰铁、铬铁、钨铁合金等产品，
3、是冶金业中重要工业原料。其工作特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用自培电极。交流电流分别由三根电极导人炉内，电流经电极和电极间的炉料在电极下端产生电弧，在电弧的高温作用下加入炉料产生化学反应生成各种化合物如硅铁、电石、单晶硅等。电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料，因炉料的电阻而产生能量来熔炼金属，陆续加料，间歇式出铁渣，是一种连续作业的工业电炉。 1.2 电石炉的电气特性根据矿热炉的结构特点以及工作特点，矿热炉的系统电抗的70是由短网系统产生的，而短网是一个大电流工作的系统，最大电流可以达到上万安培，因此短网的性能决定了矿热炉的性能，正是由于这个原因，因此矿热炉的自然功
4、率因数很难达到0.85以上，绝大多数的炉子的自然功率因数都在0.70.8之间，较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，消耗大量的无用功，电力部门要加收额外的电力罚款。因此提高短网的功率因数，降低电网损耗就成了降低能耗，提高冶炼效率的有效手段。矿热炉工作时功率因数低负载从系统吸收大量无功功率，大大增加了系统的线损和变压器的损耗。由于矿热炉长期处于过负荷状态，使电网长时间高负荷（输送无功成份含量大）运行，降低了电网的电压水平，造成了系统电压的不稳定，不利于电网运行的经济性；由于短网感抗较大，使得流经矿热炉的电流大部分属无功成份，大大降低了变压器的有功出力，同时也增大了变压器的损耗，单位耗电量加大，产
5、能下降，产品合格率也受到很大程度上的影响；上万安培的大电流流经短网，损耗更是高不可估，导体温升有较大幅度升高，更容易使导体受到腐蚀，使企业成本抬高。矿热炉工作时无功功率流经布置长短不等的短网后加剧了了三相功率的不平衡，功率不平衡导致了功率中心和炉膛中心 不重合，影响了产品的品质。二、设计依据2.1 供电状况u 电石炉变压器参数根据设计院提供的数据，变压器技术参数，如下所示：类型变压器容量一次/二次电压短路阻抗档位备注单相8500 kVA66KV/140V240V15.56%6%27长期运行在10-14档u 电石炉运行特性根据用户提供数据，在有功出力最大时： 功率因数： 0.75 有功功率：20
6、000KW2.2 国家相关标准系统配置、设备制造遵守但不低于现行的、最新版本的国家标准及原电力部制定有关技术规范。国标未列部分参照IEC标准执行。有关国标及规范如下：GB/T15576 低压成套无功功率补偿装置；GB50227 并联电容器装置设计规范；GB3983.1 低电压并联电容器；GB10229 电抗器；ZBK44001 低压无功功率自动补偿控制器；GB1497 低压电器基本标准；GB3797 电控设备 第一部分：装有电子器件的电控设备；GBT14549 电能质量 公用电网谐波；GB4208 外壳防护等级（IP代码）；DL535 电力负荷控制系统数据传输规约；GB12747 自愈式低电压
7、并联电容器；JB/T7826.1 MT、MF系列臂对晶闸管模块；IEEE 国际电工协会标准。2.3 应达到的技术指标u 考核位置为变压器高压侧 功率因数：平均0.93 （66KV侧）三、补偿方案为了解决电石炉功率因数低下的问题，目前一般采用电容补偿的方式来解决。3.1 接入位置的选择根据补偿装置的接入点分为两种型式：高压补偿和低压补偿。 电石炉高低压无功补偿结构简图： 电石炉高低压无功补偿装置技术经济对比比较项目高压补偿中压第三绕组补偿低压升压后补偿低压直接补偿接线原理图功率因数有提高有提高有提高有提高降低单产能耗无无无节能3%增加产量无无有增产增产5-20%改善电炉工况无改善无改善有改善有改
8、善三相不平衡度无改善无改善有改善有改善提高产品质量无提高无提高有提高有提高产品造价较高低较高高运行维护高较高较高低 电石炉无功补偿方式比较：1) 高压补偿，电石炉变压器高压侧电压一般为10kV、35kV或110kV。高压补偿是用相应电压等级的补偿装置(包括电力电容器、开关、电抗器、避雷器、保护等成套设备)，直接接人电石炉变压器高压侧(补偿装置接在电石炉变压器进线端)，也可以直接接在变电站中高压母线上，单独或集中补偿。其特点是：设备简单，投资少；补偿装置出现故障时电流不通过电石炉变压器；补偿装置不受电石炉变压器接线变换及电石炉其它方面变化的影响。高压补偿方式仅能够提高供电线路的功率因数，避免供电
9、部门的力率电费罚款，不能改变无功电流的流向，无功电流依然流经电石炉短网和变压器，不能降低电石炉短网、变压器的损耗，不能提高变压器的有功出力，不能提高产量，不能改善三相不平衡的运行工况，不能提高产品品质。2) 低压侧升压补偿，是利用在电石炉低压短网侧安装升压变压器，在变压器上安装高压电容器进行补偿。该种补偿方式虽然降低了电石炉短网和变压器损耗，提高了电石炉变压器的有功出力，提高了产量，但由于安装了升压变压器和增加了短网而增加了很大损耗，起不到节能的效果。3) 低压短网直接补偿是利用现代控制技术和短网技术将大容量、大电流的超低压电力电容器接人电石炉短网的无功补偿方式。该方式是无功功率补偿原理的最好
10、体现，可以显著提高电石炉的功率因数，降低电石炉短网和变压器以及供电线路的无功消耗，提高变压器的有功输出能力，分相补偿方式可使三相功率不平衡度下降，达到三相功率相等，使电石炉的功率中心、热力中心和炉膛中心相重合。使坩锅扩大，热量集中，提高炉面温度，使反应加快，达到提高产品质量、降耗和增产的目的。综合上述情况，本着节能降损、提高产品产量、节约生产成本的原则，我们采用低压侧直接补偿的方式。3.2 补偿方式的选择u 无功补方式电石炉低压直接补偿中，根据电容器的投切控制方式不同电石炉低压直接补偿又有三种典型形式，不同的投切方式对电容器的寿命影响很大，分析如下：电石炉低压无功补偿装置技术经济对比比较项目接
11、触器投切晶闸管投切组合开关投切接线原理图投切涌流有无无操作过电压有无无运行损耗少多少响应时间慢快快产品造价低较高高产品寿命12年810年810年运行维护成本高较高低 接触器投切该补偿方式电容器组每次投入前需要放电，响应时间较长，不能实时跟随负荷无功需求的变化，运行中具有严重的投切涌流和操作过电压，接触器的主触点烧损严重，涌流和过电压使电容器使用寿命显著降低并可能发生电容器爆炸，产品故障率很高，使用寿命仅半年左右。 晶闸管投切该补偿方式采用无触点开关等电位投人，无合闸涌流，电流过零断开，无操作过电压。响应时间短，电容器上的残压不影响投入性能，补偿容量自动跟踪负荷变化而变化，补偿效果好。晶闸管的缺
12、点是运行中发热严重损耗很大，要求环境温度在40度以下，还要求强制通风，否则，晶闸管元件也会很快烧坏。无触点开关和电容器使用寿命长，维护工作少，维护成本较低。 组合开关投切该补偿方式采用无触点开关等电位投人，无合闸涌流，电流过零断开，无操作过电压。响应时间短，电容器上的残压不影响投入性能，能够实时跟随无功负荷的变化，补偿效果好。组合开关模块触发单元具有光电隔离，充分实现一二次系统的隔离，采用柔性输变电投切技术以脉冲变压器触发晶闸管接触器组合开关模块，触发功率大，具有很强的抗谐波干扰能力，谐波电流高达50时仍可可靠准确的触发，充分弥补了传统固态继电器和光电过零投切技术的误触发的问题，真正实现投切时
13、无涌流和无操作过电压，又避免了大功率晶闸管长期运行时的过热问题，从而保证了装置能长期可靠的免维护运行，显著延长了设备使用寿命。组合开关模块和电容器使用寿命长(1O年以上)，维护工作少，维护成本低。综合考虑，我们采用组合式开关投切，以提高装置可靠性及电容器寿命。3.3 补偿容量的确定u 单台电石炉无功补偿容量功率因数为=0.75，目标功率因数为=0.93，补偿后有功功率增加12%。采用单相补偿方式，考虑运行过电压等因素宜选用额定电压为250V的电容器，安装容量应为13500kvar。采用单相户内安装方式。3.3 单台电石炉补偿装置配置低压补偿配置：l 安装容量：4500Kvar3；l 基波补偿量
14、：3600Kvar3；l 电容器电压：0.25kV；l 接线形式：a-x b-y c-z；l 每组容量：450Kvar；l 每相组数：10组；l 每相容量：10*450=4500；l 体积：每相是由1000*1200*2200（宽*深*高）5面柜体和一台800*1200*2200控制柜及一台900*1200*2200除尘机组组成；l 每组组成：每组安装塑壳断路器一台，隔离开关一台，熔断器3只，过电压保护器3只，电流表3只，互感器3只，一套大容量组合式开关，充气式电容器18只，触发器1台；l 系统组成：控制系统，保护系统，执行系统，除尘散热系统，后台监控系统；3.3 装置应用环境l 安装地点：户内，无易燃、易爆、化学腐蚀及无剧烈机械振动l 环境温度：-35
