淺談礦熱爐無功補償與節能(néng)

發布時間:

2019-08-15

　　礦熱爐是一種高能(néng)耗高諧波的電(diàn)冶煉爐，根據多(duō)年的工(gōng)業爐工(gōng)藝的了解，為(wèi)礦熱爐的濾波補償提供豐富的實踐經驗，有(yǒu)針對性的提出了一套諧波治理(lǐ)與節能(néng)方案，濾波通道的組合合理(lǐ)，無功補償，無頻繁投切，運行穩定，安(ān)全，使用(yòng)壽命長(cháng)，節能(néng)效果顯著。

　　一、前言

　　礦熱爐在使用(yòng)中(zhōng)産(chǎn)生大量的諧波，導緻電(diàn)網中(zhōng)的諧波污染非常嚴重。礦熱爐一般由可(kě)控矽整流裝(zhuāng)置提供直流電(diàn)源。可(kě)控矽整流裝(zhuāng)置會在交流側産(chǎn)生很(hěn)大的無功功率和諧波電(diàn)流，導緻電(diàn)壓、電(diàn)流波形嚴重畸變，功率因數低，造成進線(xiàn)電(diàn)流大，變壓器利用(yòng)率降低，能(néng)耗增加。諧波還會幹擾拉晶控制系統，造成錯位、斷晶、跳閘，嚴重影響正常生産(chǎn)。

　　礦熱爐是一種高能(néng)耗的電(diàn)冶煉爐，具(jù)有(yǒu)電(diàn)阻電(diàn)弧爐的特性。其功率因數是由爐内電(diàn)弧及電(diàn)阻R和電(diàn)源回路中(zhōng)(包括變壓器、短網、集電(diàn)環及電(diàn)極)的電(diàn)阻R和電(diàn)抗X值的大小(xiǎo)來決定。

　　COSΦ=(R+R)/

　　電(diàn)阻R電(diàn)抗X值在礦熱爐運行時，一般不變動，它們取決于短網和電(diàn)極布置的設計和安(ān)裝(zhuāng)。電(diàn)阻R與運行時短網上各載流部件的電(diàn)流密度有(yǒu)關，變化較小(xiǎo)，但電(diàn)阻R卻是礦熱爐運行時決定礦熱爐功率因數的主要因數。

　　由于礦熱爐比其它電(diàn)冶煉爐的電(diàn)阻弱，故其功率因數相應地也降低些。除了一般小(xiǎo)型礦熱爐的自然功率因數能(néng)達到0.9以上，而容量在10000KVA以上的中(zhōng)、大型礦熱爐的自然功率因數都在0.9以下，礦熱爐容量越大，功率因數越低。這是由于大容量礦熱爐的變壓器感性負載越大，短網越長(cháng)，電(diàn)極插入爐料較深增加了短網的電(diàn)抗，因而降低了礦熱爐的功率因數。

　　為(wèi)了減少電(diàn)網的損耗，提高供電(diàn)質(zhì)量，供電(diàn)局要求用(yòng)電(diàn)企業的功率因數要在0.9以上，否則要對用(yòng)電(diàn)企業處以高額罰款。同時功率因數偏低，也會降低礦熱爐的進線(xiàn)電(diàn)壓，影響電(diàn)石的冶煉。故目前國(guó)内外大容量礦熱爐都要加裝(zhuāng)無功補償裝(zhuāng)置，以提高礦熱爐的功率因數。

　　現在投運的無功補償裝(zhuāng)置通常以補償裝(zhuāng)置的接入點分(fēn)為(wèi)下列兩種方式：

　　1、補償裝(zhuāng)置接入礦熱爐變壓器高壓側，稱高壓補償;

　　2、補償裝(zhuāng)置接入礦熱爐變壓器低壓側，稱低壓補償;

　　二、無功補償裝(zhuāng)置

　　

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　　1、高壓補償

　　礦熱爐變壓器高壓側電(diàn)壓一般為(wèi)10KV、35KV、或110KV。高壓補償又(yòu)分(fēn)兩種：一種是直接将補償裝(zhuāng)置接于高壓側;另一種是通過補償變壓器接于高壓側。用(yòng)相應電(diàn)壓等級的補償裝(zhuāng)置(包括電(diàn)力電(diàn)容器、開關、電(diàn)抗器、避雷器、保護等成套設備，下同)，直接接入礦熱爐變壓器高壓側(補償裝(zhuāng)置接在礦熱爐變壓器進線(xiàn)端)，也可(kě)以直接在變電(diàn)站中(zhōng)，單獨或集中(zhōng)補償。其特點是：

　　1)設備簡單，投資少;

　　2)補償裝(zhuāng)置出現故障時電(diàn)流不通過礦熱爐變壓器;

　　3)補償裝(zhuāng)置不受礦熱爐變壓器接線(xiàn)變換及礦熱爐其它方面變化的影響。

　　2、低壓補償

　　2.1原理(lǐ)

　　低壓補償是利用(yòng)現代控制技(jì )術和短網技(jì )術将大容量、大電(diàn)流的超低壓電(diàn)力電(diàn)容接入礦熱爐的二次側的無功補償裝(zhuāng)置。該裝(zhuāng)置不僅是無功功率補償原理(lǐ)的最好體(tǐ)現，還可(kě)以使礦熱爐的功率因數在較高值運行，降低短網和一次側的無功消耗，消除3次、5次、7次諧波。調平三相功率，提高變壓器的輸出能(néng)力。控制的重點使三相功率不平衡度下降，達到三相功率相等。使坩鍋擴大、熱量集中(zhōng)，提高爐面溫度，使反應加快，達到提高産(chǎn)品質(zhì)量、降耗和增産(chǎn)的目的。

　　此技(jì )術屬于将原來成熟的就地補償技(jì )術應用(yòng)到礦熱爐的二次低壓側，由電(diàn)容器産(chǎn)生的無功功率，通過短線(xiàn)路，一部分(fēn)通過礦熱爐變壓器由系統吸收，另一部分(fēn)補償礦熱爐變壓器，短網和電(diàn)極的無功損失，增加了輸入礦熱爐的有(yǒu)功功率。同時采用(yòng)了分(fēn)相補償，使礦熱爐内三相電(diàn)極上的有(yǒu)功功率相等，達到提高功率因數，減小(xiǎo)三相功率不平衡和改善生産(chǎn)指标的效果。采用(yòng)低壓就地補償/濾波技(jì )術優點：

　　1、低壓補償可(kě)以提高變壓器、大電(diàn)流線(xiàn)路利用(yòng)率，增加冶煉有(yǒu)效輸入，

　　2、改善三相不平衡。

　　3、降低高次諧波值。

　　4、減小(xiǎo)變壓器及網路附加損耗，可(kě)以消除力調電(diàn)費，節能(néng)降耗。

　　5、提高礦熱爐變壓器有(yǒu)功出力，從而提高産(chǎn)量，增加經濟效益。

　　三、工(gōng)程實例分(fēn)析

　　現以在鐵合金廠安(ān)裝(zhuāng)一套礦熱爐低壓補償裝(zhuāng)置，安(ān)裝(zhuāng)了低壓無功補償效果是明顯的。不但實現了高壓補償提高進線(xiàn)電(diàn)壓的、電(diàn)網功率因數的目标，而且增加了輸入礦熱爐内的有(yǒu)功功率，達到了礦熱爐節能(néng)降耗增加産(chǎn)量的、降低生産(chǎn)成本目的，對提高礦熱爐經濟效益起到實質(zhì)性作(zuò)用(yòng)。根據分(fēn)析多(duō)台安(ān)裝(zhuāng)低壓無功補償裝(zhuāng)置，礦熱爐的生産(chǎn)指标得出：在低壓無功補償裝(zhuāng)置投用(yòng)後，電(diàn)爐變前的功率因數能(néng)達到0.90以上，有(yǒu)些甚至達到0.94，礦熱爐的功率因數也能(néng)有(yǒu)很(hěn)大的提高。在使一次電(diàn)流電(diàn)流降低15A左右的同時，有(yǒu)功功率可(kě)提高3000KW左右，節能(néng)降耗3%以上，增産(chǎn)10%以上，使礦熱爐的運行參數和消耗指标得到很(hěn)大的改善。

　　根據該礦熱爐用(yòng)戶所傳的數據，和我多(duō)年來在此行業總結的經驗，所确定的補償方案如下：

　　貴公(gōng)司有(yǒu)3台10000KVA的單相電(diàn)爐變壓器，根據礦熱爐的工(gōng)作(zuò)特性和貴公(gōng)司提供的測量數據，功率因數按0.78計算，預計安(ān)裝(zhuāng)後功率因數達到0.98計算，10000KVA的電(diàn)爐變壓器補償容量為(wèi)6000KVAR;諧波電(diàn)壓總畸變率(%)及5次諧波含有(yǒu)率(%)均超過國(guó)家标準，根據礦熱爐電(diàn)流變化較快，建議安(ān)裝(zhuāng)低壓動态無功補償裝(zhuāng)置，能(néng)夠快速跟蹤投切，達到理(lǐ)想的補償效果。

　　最終确定安(ān)裝(zhuāng)目前市場上先進的我生産(chǎn)的低壓動态無功補償裝(zhuāng)置;即可(kě)解決貴公(gōng)司電(diàn)爐系統的諧波污染嚴重及功率因數低的問題。

　　3.1動态濾波及無功補償裝(zhuāng)置功效

　　通過抑制和吸收諧波、杜絕諧振的發生、減少損耗、清潔電(diàn)網、改善系統用(yòng)電(diàn)環境。

　　1、不會出現諧振爆炸現象;。

　　2、降低配電(diàn)網的功率損耗、增加電(diàn)網輸電(diàn)能(néng)力、提高設備利用(yòng)率;

　　3、降低用(yòng)電(diàn)設備(電(diàn)機)的能(néng)耗，改善運行條件;

　　4、保護設備、延長(cháng)設備壽命、減少維修費用(yòng);

　　5、節約電(diàn)能(néng)，提高功率因數，功率因數達到0.92以上;

　　6、改善電(diàn)壓質(zhì)量，保證設備正常運行;。

　　7、諧波控制在國(guó)家标準以内。

　　3.2效益分(fēn)析

　　電(diàn)爐變壓器低壓側通過上我的動态濾波及補償裝(zhuāng)置，功率因數由原來的0.78左右提高到0.98，這樣會使電(diàn)爐原來的負荷電(diàn)流大幅度的下降，會減少大量的線(xiàn)路損耗，為(wèi)企業創造大量的經濟效益，以下從幾個方面說明産(chǎn)生的效益。

　　1)降低變壓器的占有(yǒu)率：

　　通過動态濾波及無功補償裝(zhuāng)置可(kě)降低變壓器的占有(yǒu)率，擴充變壓器容量，充分(fēn)發揮投資效率，減輕變壓器長(cháng)期長(cháng)期超負荷的負擔，為(wèi)企業創造了較大的效益。

　　電(diàn)爐變壓器的容量為(wèi)30000KVA，實際運行容量為(wèi)：30000×115%=34500，低壓側安(ān)裝(zhuāng)動态濾波及無功補償裝(zhuāng)置前功率因數為(wèi)0.78左右，安(ān)裝(zhuāng)後功率因數達到0.98以上。

　　安(ān)裝(zhuāng)補償濾波裝(zhuāng)置後變壓器的電(diàn)流下降，從而爐變壓器容量的占有(yǒu)率也下降，減輕了變壓器的負擔，延長(cháng)了變壓器的使用(yòng)壽命，減少了日常維護費用(yòng)。

　　2)電(diàn)爐變壓器通過上我公(gōng)司的動态濾波及無功補償裝(zhuāng)置後線(xiàn)路中(zhōng)的無功電(diàn)流大大減少，從而大大減少了有(yǒu)功損失，降低了變壓器有(yǒu)功損失(銅損)及降低線(xiàn)路損失。線(xiàn)損降低率與變壓器銅損降低率是32%，大大節省了線(xiàn)路損失，減少了系統中(zhōng)的有(yǒu)功損失，節省了電(diàn)能(néng)。

　　3)治理(lǐ)諧波所産(chǎn)生的效益

　　濾除諧波，改善用(yòng)電(diàn)環境，提高産(chǎn)品質(zhì)量，确保了設備正常運行

　　當系統存在諧波時：會增大有(yǒu)功損耗。諧波使設備絕緣強度降低，減少設備的使用(yòng)壽命。諧波是變壓器産(chǎn)生噪音的重要來源。諧波會增大變壓器，電(diàn)動機的渦流損失。

　　由于集膚效應，諧波會增大線(xiàn)路、變壓器的阻值，這樣大大增加了線(xiàn)路損耗，給企業造成了浪費。通過諧波治理(lǐ)，給企業創造了經濟效益。

　　4)改善電(diàn)壓質(zhì)量

　　當線(xiàn)路中(zhōng)的無功功率Q減少以後，電(diàn)壓損失△U也就減少了。從而穩定了線(xiàn)路電(diàn)壓，提高電(diàn)壓質(zhì)量。

　　5)消除力率電(diàn)費

　　電(diàn)爐變壓器未投用(yòng)濾波及補償裝(zhuāng)置前功率因數平均為(wèi)0.78左右，功率因數沒有(yǒu)達到國(guó)家标準。功率因數0.78時罰款比例為(wèi)6%，通過安(ān)裝(zhuāng)的動态濾波及補償裝(zhuāng)置可(kě)消除力率電(diàn)費。功率因數超過0.9，還會産(chǎn)生獎勵電(diàn)費。

　　力率電(diàn)費=(電(diàn)度電(diàn)費+基本電(diàn)費)×6%

　　通過以上分(fēn)析，電(diàn)爐變壓器安(ān)裝(zhuāng)低壓動态無功補償裝(zhuāng)置所産(chǎn)生的直接節電(diàn)率為(wèi)6%左右，還沒有(yǒu)計算由于改善了電(diàn)壓質(zhì)量而延長(cháng)了設備的使用(yòng)壽命，減少了設備日常維修費用(yòng)，提高産(chǎn)品質(zhì)量，減少投資等間接效益。

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