矿热炉无功补偿的几个问题和解决方案

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。通过以上比较，可以看出低压补偿具有高压补偿无可比拟的优势，所以现在的大功

率矿热炉都采用低压补偿的方式。

矿热炉低压补偿常见问题分析

随着对矿热炉补偿认识的深入，大家认识到给矿热炉加装低压补偿装置是十分必要的。但在众多用户的使用过程中发现，低压补偿装置投运初期能带来较好的经济效益，增产和节能的效果十分明显。可在补偿装置投运几个月后，往往会出现补偿效果下降，功率因数达不到设计要求。检查后会发现，补偿装置的小型控制继电器、RT0 熔断器、电容投切接触器及补偿电容等配件发生损坏，使个别补偿回路失去补偿作用，严重时甚至整套补偿装置都不能正常运行，给电炉的生产造成严重影响。从技术上分析元件的损坏原因如下：

3.1 补偿装置现场环境恶劣，多尘且温度高

为降低补偿装置的额外损耗，一般情况下，补偿装置的安装位置都要尽量靠近被补偿的短网，所以安装位置粉尘大、温度高。粉尘大会导致补偿装置控制回路(尤其是采用24V 等的低电压控制回路) 的触点接触不良，使某一段的电容投不上。环境温度经常达到40℃以上，加上补偿电容本身的发热，使运行中的电容器温度超过正常使用温度，电容器因过热而产生“涨肚”或漏油等现象，致使电容器失效。

3.2 补偿电容器投切开关问题

一般低压补偿装置均采用普通接触器投切电容器，其投入时会产生很大的涌流，切除时还会产生重燃过电压，导致电容器出现膜击穿损害，降低电容器的使用寿命。投切时的大电流同时也使接触器的触点产生烧蚀，造成触头接触不良，过热而损坏接触器。

3.3 设计经验不足

一些单位设计的低压补偿装置，由于缺乏运行经验，经常在一些不被注意的环节上出现问题。

1) 一般的设计者都会在电容的投切回路中加入一只RTO 熔断器，以便在电容器发生击穿故障时让RT0 熔断，使故障电容器退出运行。这在设计上看是合理的，但在实际运行中我们会发现问题。因每个电容器回路的电流都比较大，而RT0 熔丝的截面较小，且RT0 本体一般都是与熔断器座采用弹性接触连接，存在接触电阻，这两点都导致熔断器在运行过程中产生较严重的发热。一般低压补偿装置都会有一百多块电容器，因此这众多的RTO 熔断器成为了补偿装置重要的发热源，使补偿设备温度升高。

2) 一些设计者为便于各个补偿回路的接线，将补偿装置的

6 条主母线设计成裸铜排。由于补偿装置主母线在工作中要流过数万安培的电流，往往使裸铜排的表面温度达到80℃以上，这也使补偿装置的温度升高。

3) 还有一些设计者在补偿装置与电炉短网之间加入几个隔离刀闸，这确实方便了补偿装置的维修。但在实际运行时，这几个隔离刀闸的触头会严重发热，产生附加热源，长期运行刀闸的触头就会因发热而烧蚀在一起，拉不下来，刀闸损坏。以上三点都导致补偿装置的局部环境温度升高，加速补偿电容器的老化，使电容器的寿命严重缩短。

解决方案

1) 对于补偿现场环境粉尘大的问题，应将补偿装置的低压控制单元与电容投切的主回路彻底分离。将诸如PLC等低压小信号控制单元放在环境相对较好的电炉操作室内，而现场只留下高电压大电流的补偿电容主回路，这样就把因粉尘影响所造成的故障降到了最低。

2) 合理选择电容投切开关，采用晶闸管与接触器并联的组合开关代替普通的接触器开关是目前业内较为流行的做法。采用晶闸管可实现电容器的过零投切。在电容投入时，先将电容器经晶闸管过零投入，接触器再吸合，然后晶闸管退出工作。

在电容器退出时，先恢复晶闸管工作，然后将接触器退出，最后再由晶闸管过零退出电容器。这样不但消除了电容器投入时的涌流及退出时的过电压，也避免了晶闸管开关工作时损耗高的缺点。同时，也解决了接触器在投切电容器时触头的烧损问题。使接触器和补偿电容器的寿命大大延长。

3) 取消每个电容器投切回路的RT0 熔断器，而依靠电容器内部的熔断器进行保护。将补偿装置的主母线用水冷电缆代替，取消裸铜排。取消补偿装置上的刀闸开关，而用水冷软补偿电缆接头替代。在补偿装置大修时，可将软补偿接头拆除，从而保证检修工作的安全性。采用上述措施后，可明显的降低补偿装置的故障率，延长电容器的使用寿命，保证低压补偿装置的长期稳定运行。

《NB/T 42141-2017 矿热炉供电系统用无功补偿装置设计与应用导则》里对矿热炉无功补偿装置的设计原则、设计依据、通用设计要求、设计方法和布置安装都说了详细的说明和要求。并且附录附了装置安装位置示意图和装置设计示例等资料。