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1、 矿热炉无功补偿矿热炉无功补偿 目录目录 一、 矿热炉概述 . 3 二、 矿热炉无功补偿的意义 . 3 三、 矿热炉无功补偿的方式 . 4 一、一、 矿热炉矿热炉概述概述 矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉， 它主要用于还原冶炼矿石、 碳质还原剂及溶剂等原料，主要生产硅铁，锰铁，铬铁、钨铁、硅锰、电石合金等产品，是冶金工业及电石化工中重要的工业原料生产设备，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，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的电阻而产生热量来熔炼原料，陆续加料，间歇式出产品，连续作业的一种工业电炉。 矿热炉是一种耗电量巨大的工业电炉，矿热炉的结构特点以及工作
2、特点决定了变压器大都处于高无功运行状态，其短网上大量的无功消耗及由此产生的大幅度的工作电压降是导致低产量，高电耗的主要原因。短网的低电压大电流特征决定了短网会产生大量的无功功率，无功功率会严重占用变压器荷载，制约了变压器输送有功的能力，致使炉变功率因数较低，一般都在 0.60.8 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，还会被电力部门加收额外的电力罚款，使三相间的电力不平衡加大，导致冶炼效率低下，电耗增高；再加上矿热炉变压器的短网布置长度不等，冶炼造成的三相功率不平衡和冶炼电弧变化所产生的无功在炉变和短网、变压器、供电网络上流转，加剧了整个矿热炉的无功损耗。 为了减少电网
3、的损耗，提高供电质量，供电局要求用电企业的功率因数要在 0.9 以上，否则要对用电企业处以高额罚款。同时功率因数偏低，也会降低矿热炉的进线电压，影响电石的冶炼。故目前国内外大容量矿热炉都要加装无功补偿装置，以提高矿热炉的功率因数。 二、二、 矿热炉矿热炉无功补偿的意义无功补偿的意义 1. 矿热炉矿热炉耗能耗能 电路运行时消耗大量的有功功率，这部分有功功率转化为热能用以熔炼炉料。同时，电流从电源经线路、变压器、短网等电抗时还要消耗大量的无功功率。 矿热炉本体可等效为一个非线性电阻，在运行中会出现三相不平衡和谐波等电能质量问题。矿热炉及其供电系统等值单线图如图 1 所示。 图 1 矿热炉及其供电系
4、统等值单线图 2.2. 矿热炉矿热炉功率因数问题功率因数问题 由图 1 可知，供电线路、炉变、电网和电极中都存在电抗，在运行中将产生无功功率。虽然上述电抗数值较小，但电石炉短网侧通过的电流很大，可高达数万 A，因此所产生的无功功率也是相当大的，所以电炉运行时的自然功率因数也较低，一般只在 0.60.8 左右。 降低电路系统的等效电抗、往复交错式平行母线束降低短网线路互感、三台单相变压器优化布线克服三相不平衡问题。通过电极升降调节可变电阻，以获得最大功率输出， 但由于矿热炉供电系统的构成形式和冶炼的固有特性，电炉的自然功率因数只能达到0.60.8 左右，要提高供电系统功率因数只能通过无功补偿方式
5、实现。 三、三、 矿热炉无功补偿矿热炉无功补偿的方式的方式 矿热炉的无功补偿方式可分为：高压或中压并联补偿，二次低压补偿，纵向补偿。 图 2 高压，低压补偿电路示意图 1.1. 高压高压、中压、中压并联并联补偿补偿（如图 2 左侧所示） 矿热炉变压器高压侧电压一般为 10KV、35KV、或 110KV，高压补偿是在矿热炉的 10KV、35KV、或 110KV 电网侧加装高压补偿装置实施高压电力无功功率补偿，达到提高功率因数和改善运行参数的目的， 也是最近才成熟的技术， 在技术、 配置和运行经验等各方面均已成熟，其使用无任何悬念。它可以降低一次供电网路损耗，提高功率因数，但从根本上解决矿热炉能耗
6、高和产量低的问题是无能为力的，因其只能解决功率因数问题，对其他运行指标帮助不大，故投入回报较低。 中压补偿，即利用变压器的中压线圈补偿。中压并联补偿的作用与高压补偿差不多，中压并联补偿主要是解决电炉变压器的高压侧电压太高不易补偿的问题即采用中压并联电容补偿。该种补偿同样解决不了电炉变压器低压线圈的出力问题。该装置将补偿电容并接于电炉变压器的中压侧， 就地安装在电炉变压器附近。 一般电炉变压器的中压电压选择 6 kV、 l0 kV或 35 kV 等电压等级以便于中压并联电容补偿。同高压电容补偿一样，能够解决因功率因数低而被加收电费力率调整费的问题。 在入炉功率相同的情况下， 并联电容补偿装置投运
7、后 电炉变压器高、中压线圈电流减少，低压电流不变，因而变压器的负载损耗降低。但因变压器的负载损耗低压线圈占很大比例。因而此时的变压器总负载损耗下降幅度不是很大因补偿前后低压线圈电流没有改变，因而入炉功率变化不大，产量也变化不大。因高压电流减少，低压电压略有上升但幅值不大。 此种补偿装置通常就地安装在电炉变压器附近，采用高压断路器控制投运或切除，运行可靠、故障率低、维护简单。技术简单成熟投入回报相对较低。 2.2. 二次低压补偿二次低压补偿（如图 2 右侧所示） 矿热炉二次低压无功动态补偿装置是在矿热炉的短网末端，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组接入矿热炉二次侧的无
8、功补偿装置。大量无功电流将直接经低压电容器回路流转，从而不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路，在提高功率因数的同时，提高变压器的有功输出率，降低变压器、短网的无功消耗。 该装置不仅是就地补偿原理的最好体现，还可以使矿热炉的功率因数在 0.95 以上运行、降低短网和一次侧的无功消耗、消除 5 次、7 次谐波、调平三相功率、提高变压器的输出能力。使矿热炉的功率中心和炉膛中心相重合，使钳锅扩大，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。 矿热炉二次低压动态无功功率补偿技术，无论在提高功率因数还是在增产降耗、改善指标的效果上，都有着高压补偿无法比拟的优势。属可靠、成熟
9、技术。 3.3. 纵向纵向补偿补偿 该装置将补偿电容器串接于电炉变压器中压绕组上(如图3)，流经电容器的电流和负荷电流在相位上相同。当负荷电流为0时，电容补偿容量为0；当负荷电流增大时，电容补偿容量亦随之增大。因而本装置具有自动调节补偿电容容量的功能，省去了繁杂的补偿电容调节控制系统因而从根本上彻底解决了矿热炉电容补偿过补偿或欠补偿的问题从而大大提高了系统的可靠性及稳定性。补偿后的功率因数高且稳定，在变压器运行容量不变的情况下入炉功率大大增加，入炉电压也同步上升明显，大大增加了变压器的使用效率，电炉变压器的出力显著改善，电炉增产作用明显。同时也解决了因功率因数低而被加收电费力率调正费的问题。投
10、入回报相对较高。但它也存在着补偿投入后容升电压比并联补偿要高的问题但可以通过调低有载开关档位的办法解决。 中压纵向电容补偿的优点： (1) 补偿电容串接在变压器的中压绕组上，补偿容量随负荷自动无级调整，从根本上解决了过补偿或欠补偿的问题。运行稳定可靠。 (2) 补偿电容无调节元件，设备使用寿命延长。 (3) 补偿装置采用自然冷却，降低能耗。 (4) 设备安装容易，维护简单，元器件故障率极低，使用寿命20年以上。 (5) 采用计算机控制及监测，操作简单方便。 (6) 大幅度提高入炉电压和入炉功率，提高产量。 (7) 大幅提高矿热炉运行的功率因数，一般运行功率因数在092094，运行稳定。 (8)
11、 工艺控制性能好，电炉运行参数平稳，能直接显示电极电流，有利于工艺控制。 中压纵向电容补偿的缺点： (1) 补偿投入后容升电压比并联补偿要高， 但可以通过调低有载开关档位降低炉变输出电压。要求电炉变压器必须是有载调压无励磁调压变压器不能满足要求。 (2) 补偿装置的参数必须与电炉变压器的参数配套。一般运行中的变压器很难满足要求，从而制约了其普及应用。 (3) 不具备治理谐波的功能。 综上所述：综上所述：根据无功补偿装置的特点只能补偿它接入点之前的无功损耗，对以上补偿方式做一下对比论述（如图 4 所示） ： 图 4 高压补偿只能降低一次供电网络损耗，提高功率因数；中压并联电容补偿与高压端并联补偿
12、有很多相似之处，各种经济技术指标区别不大。二者主要区别是补偿前后的高压和中压电流发生变化， 但因电炉的主要电感来自于低压线圈和短网， 因而高、 中压因线圈电流减少 对整体无功功率减少幅度非常有限； 二次低压补偿可降低一次供电网络损耗，也可使电炉的功率因数在 0.92 以上运行，但由于电流过大，加装低压补偿后，补偿回路及相关的导线本身损耗较大，起不到节能效果，并且在冶炼过程中，电压需要调整，电压较低时，由于电容器上的电压过低，从而影响实际补偿容量； 纵向补偿纵向补偿通过串联电通过串联电容器的方法， 补偿回路的电感， 从而使矿热炉系统阻抗特性程阻性，容器的方法， 补偿回路的电感， 从而使矿热炉系统阻抗特性程阻性，以此实现以此实现功率因数功率因数、设备设备出功和效率出功和效率的提高的提高。 结语：在矿热炉无功补偿方案的选择上，纵向补偿运行稳定可靠、效率高、损耗低、操作和维护方便、投资低、噪音低、占地面积小；与其他的补偿不是相比有很大的优越性。
