大容量冶金矿热炉低压动态无功补偿装置推广技术

成都市中朋达电气有限公司关于矿热炉低压无功补偿作用的理解通过青海某高碳铬铁冶金公司1#矿热炉低压无功补偿的成功的增产降耗经验，对于矿热炉加装低压无功补偿红设备的有了较深入的理解和感受。

矿热炉安装低压无功补偿必须实现自动上料为前提。

理解1：矿热炉加装低压无功补偿对于矿热炉冶炼是一种极其重要的调节冶炼工况的技术手段，能够更好的稳定炉况，从而产生巨大的节能、增产的效果。

1.1低压补偿安装后，对于矿热炉的负荷调整来说，增加了一个极其重要手段，能有效的改善矿热炉的冶炼特性，配合操作工艺、炉料匹配变化等因素，产量提升和单耗下降是必然。

从青海某高碳铬铁冶金公司的生产报表分析，近两个月1#炉的炉况最为稳定，稳定连续时间最长，产量和单耗最好。

1.2低压补偿安装后短网电流显著下降，电压调高，损耗下降明显。

低压补偿投入运行后，运行电流降低20%-30%，大大提高短网与变压器利用率，减少线路和短网损耗，有利于炉变的稳定运行。

1.3 低压补偿节能原理低压短网侧大电流(几万安)、低电压的特征决定了电弧电流产生的大量无功主要以无功电流的形式体现在短网、变压器及供电网络上，从而造成这些电路中大量的无功损耗，无功功率严重占用变压器有效荷载，制约了变压器输送有功的能力，同时到导致三相功率不平衡。

这样，矿热炉的自然功率因数就比较低。

而在炉变低压侧针对短网无功消耗和三相不平衡现象而实施的动态、就地无功补偿，将使无功电流直接经低压电容器和电弧形成的回路流过，不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路，从而达到提高功率因数，增产、降耗的目的。

理解2：矿热炉加装低压无功补偿设备自身的稳定性是影响补偿效果重要因素。

2.1矿热炉加装低压无功补偿设备可靠性，包括可靠投切电容器、晶闸管冷却、实际补偿量、可靠的三相不平衡补偿（分相补偿）、设备自身的冷却效果。

2.2从目前青海省和宁夏调研结果得出，矿热炉加装低压无功补偿设备自身的稳定性是很多矿热炉企业安装低压无功补偿设备后，效果不理想、退出投运等主要因素、部分设备需要检修量大，造成炉况波动，使用效果不明显。

矿热炉低压无功补偿技术规范1.总则1.1 为了降低矿热炉短网的无功补偿损耗，促进矿热炉行业的节能，提高矿热炉炉变和短网电效率，充分发挥矿热炉低压无功补偿的节能效果。

2. 矿热炉低压无功补偿工作原理1 矿热炉低压无功补偿装置并联于短网末端，由低压交流滤波电容器、滤波电抗器组成LC滤波补偿回路进行分相就地补偿。

减少短网无功功率损耗，同时吸收因不平衡负载和电弧冶炼产生的谐波（以3、5次特征谐波为主），降低其三相的不平衡度，有效提高功率因数。

2.1 主回路由补偿短网、隔离开关、熔断器、接触器、低压交流滤波电容器、滤波电抗器等组成。

2.2控制系统由控制器、高压侧信号变送、控制指令信号、投切驱动单元、现场指令信号、界面信息控制及低压侧保护信号等组成。

3技术要求3.1 电压3.1.1 电容器电抗器两端工作电压不大于其额定电压。

3.1.2 电抗器两端工作电压和电容器两端工作电压之比（回路的实际电抗率）应符合表规定：3.1.2.1 针对3次谐波，实际电抗率应不小于12%。

3.1.2.2针对5次谐波，实际电抗率应不小于7%。

4.谐波矿热炉低压无功补偿装置不应该放大高压侧系统谐波，并符合GB/T14549的规定。

4.1 温度设备正常运行时，工作环境温度应不大于50℃,与环境温度相比，电容器的外表最高温升和电抗器的外面及其热点最高温升（B级绝缘）应符合：4.1.1 电容器外表最高温升≦10℃。

电抗器外表面最高温升≦20℃。

电抗器热点最高温升≦32℃。

5. 功率因数5.1 功率因数月平均值不低于0.90.5.2 滤波电容器应符合GB3983.1要求，两端运行电压应长期低于其额定电压的95%。

5.3 滤波电抗器应符合GB10229要求，两端运行电压应长期低于其额定电压的95%。

5.4 接触器其支路投切涌流应不大于额定电流的2倍，在现场供电电压波动、磁场或其它干扰时应可靠投切，不能产生跳动和误动。

5.5 隔离开关其额定电流选取不低于该支路最大运行电流的1.3倍。

实施矿热炉二次侧低压无功补偿的应用发表时间：2009-09-19T15:41:19.653Z 来源：《魅力中国》2009年第10期作者：艾俊[导读] 对电力供电网进行无功补偿可以提高功率因数，降低供电网路的无功损耗损，提高供电质量，具有极大的经济效益。

（贵州红枫冶金技术有限公司，贵州省贵阳 550000）中图分类号：TF806.7 文献标识码：A 文章编号：1673-0992（2009）10-082-01一、实施低压无功补偿的原因对电力供电网进行无功补偿可以提高功率因数，降低供电网路的无功损耗损，提高供电质量，具有极大的经济效益。

目前国内一部分矿热炉在35KV侧或10KV和110KV侧进行了一定容量的无功补偿，以使矿热矿运行的功率因数提高至供电职能部门规定的指标以上，避免因功率因数较低而被罚款，但这种补偿方式在应用于矿热炉无功补偿时只能提高矿热炉电量计量点的功率因数，对提高产量和降低能耗意义不大，无功补偿的性能和效益还存一定缺陷。

针对矿热炉而言，系统无功主要是由电弧和短网引起的，而短网的大电流特征决定了无功的消耗将绝大部份以无功电流的形式体现在短网上，另一方短网到达电极所产生的压降必然不同，在冶炼上就存在我们通常所说的强、弱相之分，就在冶炼上形成炉膛中心，热力中心和功率中心相互错位，这不仅增加了工艺操作的难度，因三个中心的不统一使熔池扩大受到一定的限制，炉膛利用率难以提高；还由于高压或中压补偿只是补偿变压器前供电线路的无功损耗，对改善高压侧的供电状况、提高运行功率因数是有好处的，效果也是明显的。

但由于它的接入点决定了高压或中压补偿不能降低低侧短网上大量的无功损耗，对改善因三相短网布置造成的三相不平稳状况更是无能为力的。

基于矿热炉短网布置的不平稳性及其短网上大量的无功损耗，以及在炉变高压侧或中压侧实施无功补偿的局限性，我们可以得出以下两点推断：将补偿接入点选择在靠近短网与电极连接处对低压短网进行无功补偿，具有极大的节能潜力。

科技成果——矿热炉低压动态无功补偿技术适用范围铁合金、电石等高耗能行业成果简介该技术根据电炉冶炼系统无功功率和谐波电流的实际问题和特点，提出科学、先进的技术解决方案，使得电炉冶炼系统在冶炼过程中交流母排、电炉装置等部分需要的无功功率，不需要经过低压交流侧通过交流母排、变压器、供电网络流转后和一次侧电网或高压侧的无功补偿装置交换；通过动态实时综合控制，使无功功率大部分的交换发生在电炉低压交流侧无功功率补偿装置中，达到动态实时补偿无功功率的目的，减小无功电流和总电流，能有效动态地控制电炉冶炼系统的无功功率，减小无功消耗。

同时，电炉冶炼装置等产生的5次、7次、11次、13次、17次等谐波电流，通过静止无功功率发生器（SVG），利用可控的大功率半导体器件向交流母排注入与谐波电流幅值相等、相位相反的电流，使交流母排上的总谐波电流为零并使无功功率趋于无限小。

电炉变压器产生的谐波电流不经过交流母排和电炉变压器流转，大幅度缩短了流转路径、减小了谐波电流幅值和总电流，能有效动态地控制冶炼系统的谐波电流，使得谐波产生的消耗大幅度减小。

总之，通过连接在低压交流侧无功补偿和静止无功功率发生器（SVG）的作用，有效降低了无功功率和谐波电流的流转路径和交换幅值，并通过减小三相功率不平衡，解决企业电耗高、效率低的问题。

主要技术指标1、补偿系统进入自动投切模式后，功率因数最高可达到0.98；2、补偿系统投入前后三相有功率的偏差小于单项平均功率的5%，即系统三相功率不≤5%；3、超标谐波电压与谐波电流均不超过国家标准；4、补偿系统进入自动投切模式后功率有功功率增加16%以上；5、补偿系统进入自动投切模式后无功功率减小40%以上。

投资规模25000kVA矿热电炉投资额350万元，12500kVA矿鼎电炉投资额150万元。

项目节电量按25000kVA矿热电炉冶炼75硅铁计算540万-1440万kWh/a。

刍议矿热炉无功补偿新技术作者：包金国来源：《中国新技术新产品》2011年第02期摘要：本文介绍了矿热炉的工作原理以及无功补偿三种补偿方式的优缺点，重点阐述低压并联电容系统在实际中的应用，最后以某电石厂的一台矿热炉为例说明低压无功补偿在电热炉生产中需要注意的问题。

关键词：矿热炉；无功补偿；低压无功补偿中图分类号：TH17文献标识码：A1矿热炉的节能原理矿热炉电气系统主要由冶炼变压器、短网、电极和熔池四部分组成。

交流电流分别由三根电极导入炉内，电流经电极与电极间的炉料在电极下方产生电弧，在电弧高温作用下，炉料产生化学反应生成各种化合物比如硅铁、电石、单晶硅等等。

冶炼变压器、短网部分是感性负载，需耗掉大量的无功功率。

而无功的损耗又需要消耗有功，不仅影响产品的质量与产量，并且使冶炼变压器的使用效率降低，产品能耗升高。

如果在电极和短网之间通过并联电容组对无功进行补偿，那么，就可以提高功率因数，减小线损，提高电极对地电压，从而达到节能减耗的目的，这就是下面重点所讲的无功补偿中的低压并联电容器补偿的工作原理。

2无功补偿的方式根据电工基本知识知道，功率因数COS θ=R／，R是炉子电阻。

包括四个部分：变压器电阻、电流网路电阻、炉料电阻和熔池电阻。

x是炉子电抗，包括三方面：变压器电抗、设备电抗和炉内电抗。

要提高COS θ，一是要提高电阻R。

但如果提高变压器电阻、电流网路电阻，只能使导体变热，损失的功率增加，使电效率降低，因此，这两部分要尽量降低，所以要提高R只能从工艺上采取措施来提高熔池电阻和电炉炉料电阻；二是要降低炉子电抗，占主导地位的电炉变压器二次侧电流回路中设备的电抗值占总电抗值的60％～70％，因此电炉变压器的电抗应尽可能低。

在电炉工艺参数和设备参数已定的情况下，要有效提高系统的功率因数，最有效的办法就是增加电力电容器无功补偿。

对电炉来说，无功补偿有三种方式，高压补偿、中压补偿和低压补偿。

高压补偿是在电炉变压器一次侧接入并联串接10KV电容器组进行功率因数补偿，它能降低供电线路电能损失，释放供电设备容量，减少线路压降，满足供电部门对功率因数的要求。

矿热电炉（矿热炉、电弧炉）低压补偿（目的、意义、作用与方法）分析解析一、常规补偿的目的与意义1、一般补偿的目的及原则一般的企业，众多容量不等的用电设备，连接到供电系统中用电设备的自然平均功率因数都在 0.7 ~ 0.85之间。

这样，供电系统不但要提供有功功率外，还需提供大量的无功功率。

电网的容量或供电变压器的容量单位都是千伏安（KVA）或兆伏安（MVA）。

也可以说，电压与电流的乘积是容量。

当电网的供电容量一定时，用电设备功率因数低，无功会占去了一部分供电容量，也会降低供电的效率。

另外，功率因数低，无功电流在供电线路上也会使损耗增加。

所以，低压补偿的主要目的有两个：提高供电效率，把无功占的容量释放出来。

减少无功电流在线路上的损耗。

2、补偿的原则补偿还有一个原则就是：“分级就地补偿”。

就地补偿是说，在用电设备旁边安装补偿装置进行补偿。

例如：供电线路有 100 米或更长。

用电设备功率因数不高，这样，供电线路上有：有功电流，还有无功电流。

导线都有电阻。

线路损耗为：PS = I²R。

PS—线路损耗。

I—线路电流（有功加无功）R—线路电阻这样，无功电流就增加了线路损耗。

如果我们在设备旁边安装了补偿装置，大部分无功电流被补偿装置分流（无功电流路线短了），不再流过供电线路，这样，损耗就降了下来。

但有一点要说明的是，补偿后：用电设备电流（I）= 补后供电线路电流（I1）+ 补偿电流(IC)的矢量和。

线路损耗减少是有条件的。

假如线路都取合理电密，当供电线路较长，补偿线路很短，损耗减少是肯定的。

这就是我们所说的“就地补偿"的原因。

如果给设备供电的是一台变压器，距离设备又很近，我们再来做低压补偿，由于低压侧电流很大，补后的电流代数和大于补偿之前的电流。

损耗又与电流的平方成正比，损耗增加是毫无疑问的。

二、矿热电炉低压补偿矿热炉低压补偿在国内做的比较多，但很多人对矿热炉低压补偿的作用认识还比较模糊。

一些人不经过测试计算，没有任何根据，只凭想象就做出了许多结论。

矿热炉（电炉）低压无功补偿及经济运行控制技术方法一、总则：恒电压设备的铁损、铜损、机械损、杂散损构成的额定工况，电效率越高、节能效果越大，即功率因数的高低决定节电率。

而矿热负载的铁损、铜损、杂散损、热损构成的非额定工况，是由矿热装备终端的电能利用率和炉前操作管理的有效利用率组成，此处的功率因数是起降损增功作用，是以熔池里面的热效率高低决定节电率。

一方面，要合理的提高电炉用电功率因数，使电效率相应提高，另一方面的几何参数、炉料、设备等条件约束，电效率不会是越高就越好、也代表不了热效率，关键在于用电功率因数是否与炉内参数同步操作优化。

二、电炉电压情况与使用环境条件要求：从上图测得的波形可见，电弧的非线性电阻，受炉膛的温度、压力、料层构成电化或电冶过程，电极在増根料层内以马蹄形或白炽灯状埋弧所产生的谐和波，其电压畸变率约占1.1%或2.7%或6%不等，谐波电流分量约占13%~35%不等。

因此，矿热低补应对炉内主要特征谐波频率和高幅值谐波应采取必要的滤波补偿回路及隔离增补了对这些不具备规律性，无法事先预知的电质变量须设监测项目。

在相补能有效地解决无功功率不平衡的同时，宜利用电抗器接电容器的电感、容抗串联，可以在相间转移有功电流的基本原理，适当搭配有利调整三相不平衡有功电流，不但能有效的减少炉变铜铁损，而且可以多减点炉变至短网的线路损耗，还可以解决谐波的干扰源影响电压、电流信号正弦波中产生负波及引起炉内碳氧化物含量的失衡。

低补装置一般设在炉膛周边，补偿铜管都尽可能接到短网终端的附近。

烟气侵蚀、烟灰积聚，热源辐射、长期微振等，对装置的内部电气元件要求很高，现行的电气行业标准，按矿热炉工况要求是有跨行业差异，与矿热炉电流需要的电容器，要具备耐热、抗流、防涡流等的功能尚缺。

低补主要是用电容器的无功换入炉有功，能解决低压绕组超载、增大熔池功率兼消流、实现炉变经济运行，是在现有技术条件背景下，原理成熟可靠，配套见效最快的选择。