矿热炉无功补偿及优化方案

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。

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。

高、中、低压多种无功补偿方式在矿热炉上的应用对比本文对在电炉变压器高、中、低压侧三种不同位臵接入补偿装臵进行了应用对比。

本文也对传统电容及SVG（SVC）等新技术在电炉无功补偿上的应用进行了对比。

最后，本文对目前最先进实用的补偿技术——云南新迈科技有限公司“矿热炉低压电容动态无功自动补偿节能增产系统”进行了描述。

电炉的无功损失电炉的固有特性（感性无功需求）决定了供电系统功率因数下降，其无功输送挤占了系统有功输送能力，导致供电系统效率降低、设备出力不足、带负载能力下降。

如果由供电局供电线路提供电炉所需无功，至少有以下损失：（1）若要使终端设备（电炉炉内）有功达到设计负荷，必须增大供电系统设备（变压器等）的容量，产生设备购臵损失，也可认为是设备生产能力损失；（2）无功电流增加了线损，增大了电压降，迫使电炉低压大电流生产，增加了能耗；（3）若功率因数低于0.9，则供电局将向企业征收额外的功率因数调整电费。

电炉无功补偿装臵好的补偿装臵必须满足电炉工况特性及使用环境需要：（1）大范围的负荷（无功）动态波动，波动范围可能达到额定负荷的70%以上；（2）较大的三相不平衡负荷波动，波动的三相负荷不平衡度可能超过30%，电锌炉等甚至可以达到80%以上；（3）一次侧电压波动，一次侧电压等级越低波动越大，35kV波动范围至±5kV；（4）工作环境存在导电性、腐蚀性粉尘，温度较高；一、高、中压电容补偿只能在一定范围内满足功率因数的要求为满足供电局对功率因数的要求，传统做法是在炉变一次（高压）侧或者三次（中压）侧进行10kV及以上电压等级的电容补偿。

特点是：1．高、中压补偿采用的是10kV以上电压等级的电容器，必须用高压（真空或六氟化硫）断路器进行电容投切或者随电炉一起投切。

电容（分组）投切采用人工控制，目前不能实现动态投切、自动控制，也就不能实现电容补偿量随负载波动的动态补偿。

高压补偿在电炉负荷波动较大时经常处于欠补和过补状态，而在过补状态下的无功倒送是供电局严格禁止的。

矿热炉无功补偿及优化方案
郑元彬
【期刊名称】《铁合金》
【年(卷),期】2011(042)003
【摘要】矿热炉耗电巨大,功率因数较低,无功损耗大,通过对各类无功补偿技术的分析,阐明了低压短网直接补偿的方式节能增产效果最好,并对国内各类短网补偿的执行开关的优劣进行了对比分析,提出了组合式开关是解决涌流及过电压问题的最优方案,同时对低压侧短网补偿与工艺结合的其他问题进行了分析.
【总页数】3页(P25-27)
【作者】郑元彬
【作者单位】北京思能达节能电气股份有限公司,北京,中国,100000
【正文语种】中文
【中图分类】TF332.2
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1.110 kV矿热炉变压器第三线圈并联电容无功补偿装置的选择 [J], 王忠
2.矿热炉大容量低压无功补偿系统分析 [J], 栾春沂
3.锰企业矿热炉无功补偿装置节能改造及经济效益分析 [J], 秦铖
4.基于SVG的矿热炉无功补偿与电能质量改善 [J], 黄实批;
5.矿热炉低压无功补偿与矿热炉的经济运行 [J], 杨雷献;闫青林;杨佳雷
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25000KV A矿热炉补偿装置技术方案中国陕西沃隆环境工程有限公司2009年12月5日25000KV A矿热炉补偿装置技术方案概述：25000KV A矿热炉生产过程中长期存在功率因数较低、短网电压损失大，三相功率不平衡现象，使电炉变压器满负荷或超负荷运行，而且成品每吨耗电量较多，严重影响了生产经济效益。

针对这种情况采取在变压器低压侧短网与软铜缆的连接点上进行无功补偿，减小无功电流，可以提高功率因数，减少线损，提高二次电压，提高变压器的负载率。

由此可见，在低压侧进行无功补偿，可以有效、直接地减少供电系统存在的无功功率，改善和提高系统的电气参数和技术指标，达到增产增收的目的。

在炉变低压侧进行无功补偿，有如下特点：电流大，环境恶劣，存在一定三相不平衡，针对这一状况，采用如下设计方案。

1、产品遵循的主要标准GB/T5576 低压无功功率动态补偿装置总技术条件ZBK44001 低压无功功率自动补偿控制器GB1497 低压电器基本标准GB12747 自愈式低电压并联电容器IEC831-1-1988 《额定电压660V以下交流电力系统用自愈式并联电容器》GB3983.2 《高压并联电容器》SD205-07 《高压并联电容器技术条件》GB50227-95 《并联电容器装置设计规范》2、补偿方式补偿方式采用低压补偿方式，低压采用0.2KV电容器,根据用户提供的技术参数,补偿总容量为12000KV AR,每相4000KV AR。

在矿热炉工作时，低压采用自动投切方式，对矿热炉自动补偿，保证矿热炉的功率因数保持在0.91左右，使硅锰炉处在最佳工作状态，提高产量，降低电耗。

3．1环境条件3.1.1安装地点：户内3.1.2海拔：≤2000m3.1.3环境温度：-35℃/+45℃3.1.4最大日温差：25℃3.1.5环境湿度：月平均相对湿度不大于60%日平均相对湿度不大于60%3.1.6耐受地震能力：地震烈底：8度水平0.25g垂直0.15g3.2系统运行条件3.2.1 变压器一次电压：35KV3.2.2最高运行电压：42KV3.2.3额定频率：50HZ3.2.4变压器二次电压：122-240V3.2.5电炉常用电压：180-240V3.2.6电容器组接线方式：3.2.7电容器电压：200V3.3设备主要参数3.3.1设备型号：DDGB0.2-4000（三套）3.3.2并联电容器成套装置主要参数3.3.2.1 装置额定电压: 240V3.3.2.2 最高运行电压: 240V3.3.2.3 额定频率: 50HZ3.3.2.4 装置额定电流：4000kvar3.3.2.5 装置额定电流： A3.3.2.6 限流线圈安装位置：电源侧3.3.2.7 电容器额定相电电压：240V3.3.2.8 放电方式：内置放电电阻3.3.2.9 装置投切开关型式：真空接触器3.3.2.10 低压装置投切型式：自动投切3.3.3低压并联电容器主要参数3.3.3.1型号：BKMJ0.2-10-13.3.3.2电容器额定电压：0.2kv3.3.3.3单台电容器额定容量：10kvar3.3.3.4介质：干式3.3.3.5额定电流： A3.3.3.6耐受涌流能力：300In(不超过1000次/每年)3.3.3.7额定频率：50HZ3.3.4电容器特点1、低压自愈式电容器型号：BKMJ。

浅谈煤矿供电系统无功补偿优化方案本文笔者首先针对煤矿供电系统当中的无功补偿的意义进行论述，并在基础上，以笔者亲身经历某煤矿供电系统作为例子，阐述了在该煤矿供电系统中，无功补偿的使用情况，最后针对无功补偿在此处煤矿供电系统中所使用的优化方案进行讲解。

标签：煤矿供电系统；无功补偿；优化方案0 引言自改革开放之后，我国各行业的科学技术水平都有了明显的提高，而在煤矿产业当中，机械化操作也正在逐步取代人工操作，但是由此带来的不便是大功率用电器的使用。

这些大功率用电器在使用的过程中，会和地面供电处之间产生大量的无功功率，这些无功功率会使得在进行井下运行的机械设备的供电无法得到充分的保障，从而影响机械在井下的生产作业。

针对这一现状，开展针对煤矿供电系统的无功补偿优化研究就显得很有必要。

1 在煤矿供电系统当中无功补偿的意义1.1 国家要求在我国出台的《全国供电办法》中明确提出：无功电力需要就地平衡，使用者需要在增加用电功率技术的前提之下，设计并使用相对应的无功补偿装置，并且要求无功补偿装置能够伴随井下作业机械在使用过程当中对电压变化进行及时有效的处理，并杜绝发生无功电力的倒送现象，对煤矿生产企业的用电功率进行有效的改善。

1.2 增强供电系统的功率因数，提升电能的有效使用率在煤矿的井下作业过程当中，所需要使用的机械设备和路面上的供电装置之间含有大量的重复无功功率。

在供电系统之中，这些无功功率会占有供电系统之中很大一部分容量。

但是在进行一定的无功功率补偿之后，就可以有效降低无功电流产生的无功功率，由此极大程度的提高了煤矿供电系统当中电能资源的有效使用率，并提升煤矿企业的经济效益。

1.3 对供电系统的电压起到稳定的作用在机械井下施工作业的过程之中，感性用电负荷会产生许多无功功率，并且这些感性负荷所做的功越大，无功功率就会产生越大的频率变化，致使供电系统中，电压会产生很大的波动。

这种波动轻则可能导致井下的机械设备无法进行正常的工作，重则可能对井下的接卸设备产生严重的破坏，并产生安全隐患。

3万3硅铁矿热炉无功补偿方案2019年10月3日工程概况XXX有限责任公司拟建设2*33000kVA硅铁矿热炉，每台矿热炉均由三台11000kVA的单相矿热炉变压器供电，矿热炉变压器一次电压为110kV。

由于每台矿热炉自然功率因数较低约为0.70左右，为提高矿热炉功率因数需在矿热炉侧设置无功补偿装置。

硅铁矿热炉负荷一般不会产生冲击负荷，故引起的电压波动是很小的;根据目前已生产的硅铁矿热炉的实际运行情况，单台矿热炉生产时其正常电压不平衡度一般在2%以下，短时可能达到4%左右，但多台矿热炉同时生产的正常电压不平衡度一般可控制在1%以下;硅铁矿热炉生产时会产生少量的高次谐波，主要以二、三次谐波为主，但由于其随机性比较大，目前无法计算，且无相关测量数据。

根据以往经验及国内类似工程均无超标现象。

为了更好的治理谐波污染，考虑在矿热炉主车间侧设置并联电容补偿滤波装置，用于提高功率因数并尽可能滤除特征谐波。

2补偿方式由于矿热炉负荷的功率因数较低，为了提高功率因数，需在矿热炉变压器侧连接相应的无功补偿设备，通常采用如下几种补偿方式解决。

*高压并联电容补偿装置该装置将高压并联电容并接于矿热炉变压器的高压端，优点是如参数选择合理其在补偿感性无功功率的同时还具有消除谐波的功能，能够解决因功率因数低而被加收电费利率调整费的问题，且对矿热炉本身运行参数没影响。

但因本项目矿热炉变一次电压采用的是110kV，目前阶段110kV电容器造价较高，运行维护较复杂，且现有设备无法实现动态可调补偿，故不可取。

*中压并联电容补偿装置该装置将补偿电容并接于矿热炉变压器三次侧抽头的中压侧，通常采用10kV电压等级，同高压补偿装置一样，优点是参数选择合理的话在补偿感性无功功率的同时还具有消除谐波的功能，能够解决因功率因数低而被加收电费利率调整费的问题。

在入炉功率相同的情况下，并联电容补偿装置投运后，矿热炉变压器高、中压线圈电流减少，低压电流不变，可降低变压器的负载损耗，但入炉功率变化不大，产量不会增加。

无功补偿装置的运行策略与优化无功补偿装置是电力系统中的重要设备，用于补偿电网中的无功功率，提高电能的传输效率和稳定性。

本文将探讨无功补偿装置的运行策略与优化方法，以提高电力系统的运行效率和经济性。

一、无功补偿装置的作用及原理无功补偿装置是通过控制电容器和电抗器的接入和退出，调节电网中的无功功率，以维持电压的稳定、减小线路电流和节约能源。

其原理是利用补偿装置的无功功率与电网中的无功功率相消的特性，达到无功功率的平衡。

二、无功补偿装置的运行策略1. 电压稳定策略无功补偿装置应根据电网的电压波动情况，采用相应的控制策略。

当电网电压过低时，应通过增加电容器的接入来提高电压；当电网电压过高时，应通过增加电抗器的接入来降低电压。

2. 功率因数控制策略无功补偿装置可以通过控制电容器和电抗器的接入和退出来调节功率因数。

当功率因数较低时，应适当增加电容器的接入；当功率因数较高时，应适当增加电抗器的接入。

通过实时监测功率因数，并根据设定值进行调节，可以保持电力系统的功率因数在合理的范围内。

3. 调度策略无功补偿装置的调度策略应考虑电力系统的负荷变化以及电网的无功功率需求。

根据电力系统的负荷曲线和无功功率曲线，合理安排无功补偿装置的接入和退出，以满足电网的无功功率需求。

三、无功补偿装置的优化方法1. 装置参数的优化无功补偿装置的电容器和电抗器的容量应根据电力系统的负荷情况和无功功率需求进行优化选择。

通过对电力系统的负荷和无功功率进行周期性分析和统计，可以确定最优的装置参数，以提高电力系统的运行效率和经济性。

2. 控制策略的优化无功补偿装置的控制策略需要根据电力系统的特点进行优化。

可以采用先进的算法和控制技术，如模糊控制、神经网络控制等，以提高无功补偿装置的控制精度和响应速度。

同时，结合实时监测数据和预测模型，优化控制策略，使其更加适应电网的运行状态。

3. 运行和维护策略的优化无功补偿装置的运行和维护策略应结合实际情况进行优化。

矿热炉无功补偿的几个问题和解决方案矿热炉的供电系统主要是由电炉变压器及短网铜管组成，变压器及短网是一个在大电流状态下工作的系统，其最大电流可达数十万安培。

矿热炉的功率因数低，绝大多数的矿热炉的自然功率因数都在0.7~0.80 之间，三相电极形成的电弧需要从系统吸收大量的无功功率，因此会给电炉的运行带来如下问题。

1) 由于矿热炉长期工作在超载状态，大量无功功率流经电网，降低了电网的电压水平，造成供电系统电压的不稳定，不利于电网的经济运行。

2) 大量无功电流流经变压器和短网，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，降低了变压器及短网输送有功功率的能力，导致单位电耗增加，产能下降。

3) 量无功电流流经变压器和短网，会使导体温升有较大幅度的增加，这一方面使导体的电抗增大而致损耗增加。

另一方面，温升还会加速短网的结垢、锈蚀，从而降低短网的使用寿命。

此外，温升还会加速变压器的绝缘老化，使变压器的寿命降低。

4) 矿热炉工作时，大量的无功电流流经布置长短不等的短网，会加剧三相功率的不平衡，功率的不平衡会导致电炉的功率中心与炉膛中心不重合，这会降低坩埚区的容量，使矿热炉达不到设计产量，电耗指标变坏。

从以上几点分析可以看出，对矿热炉进行无功补偿，从而提高功率因数、平衡三相功率，对矿热炉的降耗节能具有极其重要的意义。

常见矿热炉无功补偿方案的分析根据补偿装置和变压器的位置进行划分，目前较常见的补偿方式有高压侧补偿与低压侧补偿两种。

下面我们对这两种补偿方式做一具体分析，针对矿热炉而言，无功的产生主要是由电弧电流引起的。

如在电炉变压器的高压侧进行无功补偿，对改善高压侧的供电状况，提高功率因数是明显的。

但对于降低短网的无功损耗，提高变压器的出力，提高产能却没有任何帮助。

如在低压侧进行补偿，那么大量的无功功率将直接由补偿电容器提供，无功电流直接经低压补偿电容和电弧形成回路。

而不再经过补偿点前的短网、变压器及高压供电回路，在提高功率因数的同时，降低了变压器及短网的无功消耗，还可提高电炉变压器的有功功率输出，从而提高电炉的产能，提高产品的质量，降低单位电耗，降低原料的消耗等。