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1、1 矿热炉低压无功补偿 专用装置专利号： 2007200412632 产品简介无锡市东亭电力电容器厂无锡龙魁电力电容器有限公司2 目录一、 企业简介二、 无功补偿原理：（一） 视在功率（二） 无功功率（三） 有功功率（四） 视在功率、无功功率、有功功率的关系（五） 功率因数三、 提高功率因数的意义四、 提高功率因数的办法五、 矿热炉采用高压补偿的作用六、 矿热炉最佳的补偿是采用低压动态分相补偿（一） 三相电流电压平衡度均匀（二） 低压、动态补偿投切，速度灵敏（三） 安全可靠，操作方便，增产、节能效果明显七、矿热炉低压补偿的特点（一） 要求补偿使用短网，越短效果越好（二） 低压补偿不宜采用接触器
2、小容量开关八、专利产品：矿热炉无功补偿专用装置的优点（一） 大容量耐高温的低压电力电容器（二） 专利核心技术的大功率可控硅开关（三） 低损耗，温升低的大电流滤波电抗器3 （四） 确保设备安全运行的防护房及降温通风系统（五） 采用微机控制及保护系统（六）矿热炉三种无功补偿方案比较表4 低压无功补偿专用装置一、企业简介无锡市东亭电力电容器厂地处太湖之滨，北临长江，东临京沪高速公路，交通十分便利。是全国输变电行业协会、电力电容器专业成员单位，是生产电力电容器的专业工厂。主要生产并联电容器低压金属化自愈式电容器、滤波电容器、高压并联电力及集合式电容器，专业生产低压补偿成套及滤波成套装置，高压35KV、
3、10KV 成套及10KVA 自动补偿成套。产品均通过电力电容器全国检测中心检测，并通过鉴定。我厂创建于1984年，现企业建有高压并联电容器分厂、金属化自愈式低压电容器及成套装置分厂。生产工艺先进，检测设备齐全。按照国家标准和严格的内控标准组织生产使用户放心产品。电力电容器行业主管权威机构西安电力电容器研究所为我厂长期技术合作单位，对我厂产品监制。我厂产品九十年代就通过了ISO9001质量认证和计量保证确认，2002 年被评为江苏省民营科技企业。近年来，企业在行业的发展优势日渐明显，各种新产品不断占领市场，产品种类齐全，覆盖国内外市场，产品质量稳定可靠，售后服务体系健全、服务及时到位。产品热销全
4、国二十多个省市，部分产品出口至东南亚，深受用户好评。5 二、无功补偿的原理在使用无功补偿产品，为了清楚这一原理，首先我们需了解与此有关的一些概念；主要包括视在功率、无功功率、有功功率以及功率因数，同时还要了解它们之间的相互联系，在电路中的作用。（一）视在功率视在功率是指交流电源（发电机或变压器）的额定容量，也就是通常说的一个工厂或一个家庭各个时间段的用电量；它包括负载的有功功率和无功功率；比如说一台发电机，它的额定容量是500KVA，是指它给用电负载输出的总功率为500KVA，这 500KVA里有多少转化为有功功率， 多少能转化为无功功率是由负载线路本身的特性所决定的。视在功率用S 表示，常用
5、单位KVA。（二）无功功率无功功率是按电磁感应原理工作的某个交流供用电设备和交流电源之间的能量交换，这种能量互换的最大值称为无功功率。如果用电设备为感性， 则无功功率就是感性负载的磁场能和交流电源提供的电能交换； 如果用电设备为容性则无功功率就是容性负载的电场能和交流电源的电能的互换。无功功率的存在是无法避免的，因为我们的用电负载严格来说都是由等效的电阻、电感和电容组成，电路中只要有一个线圈当通过它的电流不断变化时，它就会产生磁场。同时磁场也在随着电流的变化和电能相互转换，电容也一样。因此产生无功功率是感性负载和容性负载在交流电路中本身固有的特性，我们只能认识它，根据其他特性采取有效的办法见效
6、它对6 电路造成的损耗。某电力电容器厂的厂长曾形象地说：“譬如说一个人要担水，他就必须用桶，这个桶可以说就是无功功率，如果一个人能担 100斤，而桶只有 50斤，那他就只能担50 斤水；如果他的桶只有 10 斤重，那他就能担90斤，很显然减少桶的重量就能多担水。正像电路中一样，减少无功功率就能降低损耗。”无功功率一般以 Q 表示，常用单位是Kvar，这和我们补偿电容器的容量单位是一样的，比如说我们说某台电容器15Kvar，实际上就是指它能补偿的无功功率是15Kvar。（三）有功功率有功功率是指设备作功和发热用掉的那部分功率，例如矿热炉加热，用掉的热能，电动机带动齿轮转动的动能等。有功功率一般用
7、 P 表示，单位为 KW （四）视在功率、无功功率、有功功率之间的关系。有功功率和无功功率都是视在功率一部分，它们之间的关系为：S2=P2+Q2即：S=P2+Q2产生这种关系的原因我们将在分析功率因数时说明。（五）功率因数为了弄清这个问题， 我们首先要了解纯电路上电压和流过它的电流关系：7 I IRIU U R L 图 1 感性负载的等效电路可以从图1 表示， U 表示电源输出电压， I表示线路电流。 在物理学中根据电磁感应原理，我们知道当不断变化的电流（交流电）通过电感时， 电感要产生感应电动势， 由于感应电动势总是阻碍电流的变化，也就是说感应电动势既阻碍电流增大，也阻碍电流减小，所以在相位
8、上电感上的电流总是落后90，而同时有功电流 IR 在相位上和电压是同步的，如图2 表示。当电源输出电压 U变化时： S=UI，P=UIR Q=UIL，从图 2 我们看到： I2=IR2+ I L2既：S2=P2+Q2 S= P2+Q2IR IR U P COS = = = I IU S 有功功率 =SCOS 式中可以知道当COS 增大时，有功功率就增加，当COS 减小时有功功率就减小，由于COS 能够反应出交流电源发出的功率（S）的利用效率，所以我们把COS 称为功率因数，功率因数就是有功功8 率 P和视在功率 S 的比值，既： COS =P/S。IR UIL I IL图 2 三、 提高功率因
9、数的意义在供电系统的负载中, 就其性质来说 , 多属感性负载 . 如经常使用的异步电动机 , 控制电路中的交流接触器, 以及照明用的日光灯等 , 都是感性负载 . 由于感性负载的电流滞后于电压, 功率因数 COS 总是小于 1. COS低将带来一些不良后果 , 这可以从以下两方面来说明. （1）电压设备( 发电机、变压器 ) 的容量不能充分利用发电机或变压器的容量是根据设计的额定电压和额定电流来确定的。其视在功率 S=UI 就是供电设备的额定容量。但负载能否得到这样大的有功功率还得取决于负载的性质。例如： S=1000KVA 的发动机，当负载的功率因数COS =0.9 时，输出的有功功率为P=
10、S COS =10000.9=900KW 当 COS =0.6 时，则其有功功率只有600KW 。可见功率因数降低后，电源输出的有功功率也随之减少，电源利用率降低。9 （2）增加了输电线路和发电机绕组的功率消耗当电源电压 U和输出的有功功率P一定时，线路电流I 与功率因数成反比，即I=P/ COS显然，功率因数越低，则通过线路的电流越大，线路和发电机上损耗的电功率 P=I2R O也就越大（ RO为线路和发电机绕组的电阻）由此可见，提高电网的功率因数对国民经济发展的重要意义。功率因数的提高， 能使发电设备的容量得到充分利用，减少线路电流和功率损失。四、 提高功率因数的办法提高功率因数的方法常用的
11、是补偿法，亦即采用可以供应无功功率的装置来补偿用电设备所需的无功功率，降低功率损失， 提高功率因数，一般都采用电力电容器来补偿用电设备需要的无功功率，这就称为电容无功补偿法。那么电力电容器是怎样补偿感性负载的无功功率呢？理想的电容器在电路是不消耗电能的，它只是从电源吸收电能转换成电场能， 再把电场能转换成电能还给电源，完成它与电源之间的能量互换， 因此电容上的功率也是无功功率，只是它的无功功率是由于电容上的电流IC超前电压 90引起的，和电感由于电流滞后引起的无功功率正好相反。在纯电容电路中， 当电容器两端的电压发生变化时，电容器极板上的电量也需随着变化， 电流的大小取决于电压变化的快慢和电压
12、的大小没有关系，相位上流过电容的电流总是超前电容两端的电压10 90，如图（ 3）IL90 U 图 3 正是由于电容器的这些特性，所以可用来补偿感性负载的无功功率。I M IR IL1 IC U 图 4 前面我们提到供电系统的负载中，多属感性负载。可用电阻R 和电感 L 的并联回路表示如上面图（1）所示，它们的负荷电流I 由流过电阻的电流IR 和流过电感的电流IL组成，向量图如图所示。有功功率 P=UI COS ，如果将电力电容器并联连接在用电负荷上如图（ 4） ；则流过电容器的电流IC将比电压超前90，在 IC将 IL抵消一部分后，负荷电流就从I1减小到 I2，功率因数也从COS 1 改11
13、 善为 COS 2，如图，注： COS 随减小而增大。这就是用电容补偿装置来改善功率因数的办法。IC IR2 1 I2I1 I2 IC 图 5 需要说明的是，从图（5）我们可以看到在感性负荷的两端并联电力电容器可以提高功率因数，但并不改变感性功率负载的有功功率。只是得到同样的有功功率所需的视在功率减少了，比如说把电梯从 1 楼升到 20 楼以前需要 10 度电，通过电容器补偿后， 功率因数增大，现在只需要 9 度电就可以了。 同时感性负载的无功功率也没有改变，只是电容性负载的超前无功功率补偿了电感性负载的滞后无功功率。五、矿热炉高压补偿的作用我国矿热炉数量很多，分布贵州、云南、甘肃、四川、青海
14、等全国各地，是高能耗用电的主要产品，随着国家对大能耗的政策改变，电价逐步提高， 电的成本占到矿热炉生产的铁合金、电石等产品的成本比重越来越高。而且各地政府响应中央节能减排工作，电力部12 门对大耗能企业制订功率因数的考核标准，加大处罚的力度。因此，对电能的无功补偿是矿热炉用户必须配置的首要产品。但目前大部分用户都采用在110KV、35KV 、10KV 高压侧进行补偿。解决了对变压器及高压线路补偿，提高了功率因数达到电力部门不罚款的要求。高压补偿存在不足之处有几点：一、高压补偿都采用计算一定容量固定补偿，特别对硅铁、硅业、投料、熔炼出料、负荷变化较大，不能进行调整，补偿后会出现多补偿及补偿不足，
15、因此，补偿最好效果只能达到 0.90.92左右。高压补偿只能补偿高压线路及变压器的损耗，解决了供电部门的罚款， 变压器至短网的功率因数及损耗仍未能达到补偿效果。高压网路电抗短网网路电抗变 高压电 压器弧 补电电 偿抗抗高压补偿简图13 高压网路电抗短路电抗变短电压网弧器补电电偿抗抗短网就地补偿简图六、矿热炉最佳的补偿是采用低压动态分相补偿采用低压侧在短网的末端补偿， 同时可以提高了高压侧补偿的功率因数，而且补偿了变压器至电极之间的短网无功损耗，提高了变压器有功功率的输出，达到了增产节能的效果。（一）三相电流电压平衡度均匀三相电流电压平衡度均匀，动态补偿采用三相采样， 对三相非对称分相补偿，使三
16、相达到同样的功率因数，特别对三相变压器， 因三相短网长短不同，三相电极上电压、电流不平衡， 引起电气中性点与炉体中性点偏离。 采用低压分相非对称补偿后减少三相短网，电压电流不平衡度，使电气中性点与炉体中心点一致，提高冶炼效率，减少电能消耗，增加产量。（二）低压动态补偿投切，速度灵敏低压动态补偿投切， 速度灵敏，跟踪负荷的变化达到最佳效果，14 低压补偿采用可控硅投切，响应最快时间可达20MS，铁合金一般设定 24S完全满足矿热炉投料，出炉等负荷的变化，可达到按设定的功率因数指标，可以达到从0.90.98等各项设定要求。（三）安全可靠，操作方便，增产节能的效果明显低压补偿采用多功能控制器，功能齐全操作方便， 有自动报警装置，有过电压、过电
