矿热炉无功补偿方式及应用
浅谈矿热炉无功补偿及实践
提 高系 统 的功 率 因数 ，增 加 电力 电容器 无 功补 偿是
一
自然 功率 因数通 常 在 ０７～ ． ５之 间 。在企 业 面 临 ． ０８
能源需 求 旺盛 、 内电价不 断 攀升 的形势 下 ， 矿 热 国 对
炉进 行无 功补 偿 ， 提高 用 电功 率 因数 ， 大 限度挖 掘 最
所示 。
高压 补 偿通 常 是 在 电炉变 压 器一 次 侧接 入 并联 串接 １ Ｖ 电容 器 组 进行 功率 因数 补偿 ，可减 少供 ０ｋ
设 备 潜 力 ，对 于利 用 矿热 炉 生产 的企业 具 有 重要 的
矿热炉节能技术之一：低压动态无功补偿技术
矿热炉节能技术之一：低压动态无功补偿技术一、所属行业：有色金属行业二、技术名称：矿热炉低压动态无功补偿技术三、适用范围：铁合金、电石等高耗能行业四、主要技术内容：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。
五、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%，即系统三相功率不平衡≤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。
六、技术应用情况：目前已经推广应用的矿热电炉130台以上，占总数的10％左右。
七、典型项目投资额及效益：25000kVA矿热电炉投资额350万元，12500kVA矿热电炉投资额150万元。
矿热炉低压无功补偿设备的实践应用探讨
低压无功补偿装置属于低压成套配电设备大类中的专门类别。
具有电容器、电抗器等器件特殊的技术要求。
目前，其装置中的投切器件已由机电开关发展到真空开关、电子开关、复合开关；投切控制器也由功率因数取样、三相控制发展到以无功电流、无功功率取样的三相分相智能控制器。
从而形成多种补偿方式，如：静态补偿、分相补偿、混合补偿、纯电容补偿、谐波补偿、滤波补偿等。
低压功率因数补偿装置的核心器件是低压自愈式并联电容器。
西安XD牌自愈式低压电容器采用高性能金属化聚丙烯薄膜作为电介质材料（损耗t anб≤0.001）。
电容器内置放电电阻、熔丝保护装置，制造工艺真空处理、树脂封装、质量可靠。
特别是介质损耗小，适宜大量电容器并联使用。
是矿热炉低压补偿理想的元件。
（电力电容器在运行过程中，除了向电网输送一定的无功功率外，其内部还会耗用一定的有功功率，这就是电容器的损耗。
电容器的有功功率P与无功功率Q的比值，称作电容器的损耗角正切值。
tanб＝P／Q 利用电容器损耗角正切值，可以计算出电容器组的损耗和发热量。
）铁心电抗器的损耗由两部分组成，铁损、铜损。
在设计、制作过程中应予考虑。
电抗器设计加工应考虑抑制谐波与防止对电容器的冲击作用。
在矿热炉系统中实施无功补偿的一些问题的探讨：⑴、无功功率补偿接入点的考虑①、计量点位置的考虑。
矿热炉一般在高压侧计量,补偿点应在计量点的内侧，计量无功补偿后的用电数据。
②、考虑理想的补偿效果。
应在配电负荷末端进行电容无功补偿。
矿热炉应实施高、低压混合补偿。
其原因是低压补偿是最理想的效果，但补偿电容数量十分庞大，实施分段补偿，经济合理。
⑵、电容器工的作环境分析①、矿热炉变压器低压侧为三相三线制，无中心零线，无0序电流。
当负荷不平衡时，三相电压会产生很大的变动（见附件）。
②、矿热炉负荷是电极弧（类似电弧焊机），工作过程中电流、电压、功率因数变化较为频繁，而且变化幅度较大。
③、矿热炉变压器低压侧在结构上无任何开关（因电流数值非常大庞，无法采用开关控制）。
矿热炉低压无功补偿技术规范
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。
浅谈矿热炉无功补偿特性
以下几个方面：
（ １ ） 增产 ５ ％以上， 电炉 容量越大 ， 增产 效果越 明显； 对大极心 园、 低自 然功率因素 的矿热 炉， 不仅有 明显增产效果 ， 还有明显 的降低 单位产 品电 耗 的 效 果 （ ２ ） 功率 因 素不 低 于 ０ ． ９ 。 （ ３ ） 提 高变压器 、 大 电流线路利用率 ， 增 加冶炼 有效输入功率 。针对 电 弧冶炼而言， 无功的产 生主要是由电弧 电流 引起 的， 将 补偿点前移 至短网， 就地补偿短网的大量无 功消耗 ， 提 高电源输 入电压 、 提高变压器 的出力 、 增 加冶炼有效输入功率。 料 的熔化功率是与 电极电压和料 比电阻成函数关系 的， 可 以简单表示为 Ｐ ＝ Ｕ２ ／ Ｚ料。 由于提高了变压器的载荷能力， 变压器向 炉膛输入的功率增大， 实现增产 降耗 。 （ ４ ） 有效改善三相 交流工频矿热 炉三 相有功不平衡状态 ， 消除强、 弱相 现象 。 由于三相短 网系统布置、 炉料不可能达到很平衡， 这样三 相电极就存 在不 同的 电压、 不同的功率， 从而产生三 相不平衡的强 、 弱相现象 。低 压补 偿采用单相并联的方式 接入补偿装置 ， 可 对各相所需补偿容量进 行单独调 节， 从而使三相功率因素达到…致， 平 衡三相 电极工作 电压 ， 均衡 三相 电极 吃料速度， 改善三相电极强、 弱相 现象 ， 以实现增产 降耗 。 在改善强、 弱相现 象 的同时 ， 改善 了炉膛工作环境， 使炉膛受热更均衡 ， 从而延长 了电炉工作 寿命 。 （ ５ ） 对二次 系统产生 的高次谐波进行 有效治理 ， 减 少 了 谐 波 对 供 电 装
高、中、低压多种补偿方式在矿热炉上的应用对比
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。
矿热炉及低压无功补偿简介
矿热炉及低压无功补偿一、矿热炉1、概述：矿热炉是电阻电弧炉的统称。
它主要用于还原冶炼矿石，用碳素材料作还原剂。
主要生产铁合金、电石、黄磷。
其工作特点是采用碳质或镁质、高铝质耐火材料作炉衬，大多数使用自焙碳素电极，根据产品生产特性也有采用石墨电极、再生碳素电极的矿热炉，如工业硅、黄磷、钛渣等。
电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧能量和电流通过炉料产生的电阻热来供给矿石还原反应所需能量来冶炼矿石，陆续加料，间歇出炉，连续作业。
2、矿热炉主要类别（1）铁合金炉常见铁合金炉主要分为铬系、硅系、锰系。
铬铁合金炉有高碳铬铁、中碳铬铁、微碳铬铁；硅系合金炉有硅铁、工业硅、硅铬、硅锰、硅钙、硅钡钙、铝硅等；锰系合金炉有高碳锰铁、中碳锰铁、低碳锰铁等。
还有钨铁炉、碳化硼炉、炼钢电弧炉等。
以各种合金矿、稀释剂和焦碳为原料。
（2）电石炉用石灰、焦碳、兰碳、无烟煤为原料。
（3）黄磷炉以磷矿、焦碳或兰碳为原料。
以上是按产品性质对矿热炉进行分类，还可以按炉体结构进行分类，按结构可分为密闭炉、内燃炉、开放炉。
密闭炉就是在炉体上部装设一个密封炉盖，炉气通过炉盖上的烟道进入炉气净化装置，炉气净化后可进行深加工或作为其它工业燃料用。
这是目前最经济的炉型，也是国家鼓励大力发展的炉型，现在新建电石炉都属于密闭炉。
内燃炉就是在炉体上部安装一个矮烟罩，在矮烟罩四周设置有六到九个小方孔作为观察炉况、加料、维护料面的通道，炉气在炉面上燃烧后再从烟道排走。
炉气一般用于烘干原料。
这种炉型在铁合金生产上最多，属于国家逐步淘汰的炉型。
开放炉在炉体上部没有矮烟罩，只是在炉体的上方设置了一个大的集烟罩，集烟罩距离炉体上部一米左右，炉面高温、粉尘十分严重，操作环境很差，这种炉型在我国已基本淘汰。
按矿热炉使用电源性质还可分为三相交流工频矿热炉、低频矿热炉和直流矿热炉。
其中低频和直流矿热炉自然功率因素都能达到0.9以上，这是矿热炉的一个发展趋势。
3、矿热炉系统结构矿热炉生产系统由炉体、烟罩、变压器、短网、电极把持器、压放装置、液压系统、电极升降系统、冷却水系统、出炉系统、原料给料和配料及原料预处理系统、炉气净化装置、产品包装及储存系统、高低压电气系统等。
矿热炉两种补偿方式利弊分析
矿热炉两种赔偿方式的利害剖析纲要：矿热炉是一种耗能巨大的工业生产设施，电能占到所有成本的70%以上，且目前的矿热炉功率因数地下，绝大部分的自然功率要素均在0.7-0.8之间。
同时因为其三相电极之间电压很难控制均衡，致使炉内温度不平均，影响产质量量等问题，因为此行业在国内生产厂家相对许多，耗电严重，而其产品又是我国公民经济及世界工业不行缺乏的。
所以本文剖析了矿热炉加装无功赔偿的重要性，并且分别对两种常有的无功赔偿方式进行了详尽的剖析。
重点词：矿热炉；无功赔偿；功率因数中图分类号：TP2文?I表记码：A文章编号：1009-30442017）08-0240-02概括矿热炉是生产镍铁、铬铁、锰铁、电石、镁锰等领域的重要生产设施，耗能巨大，其电能的成本约占到所有成本的70%以上，从国家的发展方面来看，我国“十二五”规划的目标中明确提出对能耗的要求定量指标是全国单位 GDP能耗需要降低16%，节能是科技发展的首位，且以节俭为优先原则，而冶金行业能耗约占全国总能耗的11%，属于能耗大户。
从矿热炉自己构造来看，他属于大电流设施，其电流主要流向是由：炉用变压器短网（铜排软电缆导电铜管）电极，并且因为现实安装中空间有限，所以三项短网不行能做到大小和形状完整同样，而当大批无功电流流过大小和形状不一的短网时，更会加剧三项的不均衡，进而影响冶炼的成效。
从以上能够看出，提升功率因数、均衡三项功率是矿热炉行业不行防止需要解决的问题，并且矿热炉一旦建成，矿热炉自己的电气参数就固定下来了，假如在尽量不改变矿热炉工艺的前提下高功率因数，那么无功赔偿这是一种较为简单解决问题的方法，依据无功赔偿接入点的不一样，无功赔偿分为高压赔偿和低压赔偿两种形式。
无功赔偿的原理无功赔偿是指把有容性负荷的装置与感性功率负荷并联接在赞同电路，能量在两种负荷之间互相互换，这样感性负载所需要的无功功率可由容性负载输出的无功功率赔偿。
高压无功赔偿高压侧无功赔偿是将赔偿装置直接并联在变压器的高压一侧。
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关键 词 ：矿热炉 ；无功补偿 ；低压无功补偿
Ｒｅ ｃ ｉ ｅ Ｐ ｗｅ ｍｐｅ ｓ ｔ ｎ Ｍ ｏ ｅ ａ ｄ Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｆ ｒＳ ｂ ｅ ｇ ｄ Ａｒ ｒ ａ ｅ ａ ｔ ｏ ｒＣｏ ｖ ｎ ａ ｉ ｄ ｎ ｐ ｉ ｔ ｏ ｕ ｍ ｒ ｅ ｃ Ｆｕ ｎ ｃ ｏ ｃ ｏ ＧＵＯ — ｅ ｇ Ｄａ ｐ ｎ
电阻 。电抗包括 三方面 ：变压器 电抗 、设备 电抗和 炉 内
作 者 简介 ：郭大 鹏 （９ ２ ） ，本科，主要从 事电炉变压器 的研 １８一 ，男 究和设计 工作．
毒 奢 苗 苕 苕 葛 压 荟 蔷 备 黾 荟 苦ｓ 苕 荡 葛 葛 荟 荟毪苗黾苕 主
电抗 。要提 高 ｃ ｓ，一要提 高电阻 ｏ ｔ ，但 如果提 高变压器
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。
２ 无功补偿 的方式
根据电工理论：ＣＳ＝ √（ ） Ｏ１ Ｒ Ｒ ＋ ，式中： 为功率
因数；Ｒ 为矿 热炉电阻，ｆ；助 矿热炉 电抗，Ｑ。电阻包 ２ 括四个 部分 ：变压器 电阻、短 网电阻 、炉料 电阻和熔 池
７ ２
童
加
熟
２１ ０ ２年 ２０ｌ ． ２ ２
Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＩ ＡＬ ＨＥＡＴＩ ＮＧ
ＤＯ ： １ ．９ ９ ． ｓｎ ０ ２１ ３ ． １．２０ ０ Ｉ ０３ ６ ￣ ｉ ．１０ —６ ９２ ２ ． ｓ ０ ０ ２
阻 的焦尔热 、及在 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 、金属 硅 等。电炉 变 压器 、 网部分 是感性负载，需耗掉 大量 的无功功率 ，而 短 无功 损耗 又减少有功 ，不仅 影响产 品的质量 与产量 ，并
且使 电炉变压 器的使 用效率 降低，产 品能耗 升高 。如 果
矿热炉无功补偿方式及应用
郭大 鹏
（ 保定天威集 团 江苏五洲变压器有 限公司，江苏 张家港 ２ ５０） １６ ０
摘要 ：介绍 了矿热炉 的节 能原理以及三种无功补偿方 式的优缺点 ，重点 阐述低压并联 电容 补偿 系统在实际 中的应用 。以某 电石厂 的
一
台矿热 炉为例说 明低压无功 补偿 在矿热炉生产使用 中需 要注意 的问题 。 中图分 类号 ：Ｔ １ ． Ｍ７ ４ ３ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１０ －６ ９２ １）２０ ７ －２ ０ ２１ ３ （０ ２０ －０ ２０
在 电极 和短 网之 间通过并联 电容器组对无功进行补偿 ， 就
ｌ 矿热炉 的节能原理
矿 热炉 电气系统 主要 由电炉变压器 、短 网 、电极 和 熔 池 四部分 组成 。 交流 电流分 别 由三根 电极导人炉 内， 电 流经 电极 与电极 间的炉料在 电极下方 产生 电弧和炉料 电
收 稿 日期 ：２ １—０２ ；修 回 日期 ：２ １—０３ ０ １１－４ ００１・１
矿热炉是一种高能耗设备， 的电能消耗支 出费用 占 它 生产 成本很大的 比重 。 在企业面临能源需求持续高涨 、国 内电价不断提升 的严 峻形 势下，对矿热炉实行无功补偿 ， 提高用 电功率 因数 ， 最大可能 的提高产量 、 降低 单位耗 电 量，最大限度挖掘设备 的潜力，对利用矿热炉来进行生产 的企业来讲，具有相 当重要 的现实意义和经济效益＿。 １ ］