电石炉无功补偿装置应用

浅谈短网在电石炉生产中的影响摘要：电石炉生产关键在于变压器的功率因数、短网损失和原料质量，本篇文章主要介绍短网在电石炉对电能质量和电能效率影响的产生原因，对短网的特殊性进行简单介绍。

关键词：电石炉短网长度损耗一、密闭性电石工作原理电石炉是以高电阻率的矿石为原料，在工作过程中电极的下部一般是埋在炉料里面的。

其加热原理是：既利用电流通过炉料时，炉料电阻产生的热量，同时也利用了电极和炉料间的电弧产生的热量。

二、密闭性电石炉结构特点及工作特点三、补偿原理三、结构特点矿热炉是一种耗电量巨大的工业电炉。

主要由炉壳，炉盖、炉衬、短网，水冷系统，排烟系统，除尘系统，电极壳，电极压放及升降系统，上下料系统，把持器，烧穿器，液压系统，矿热炉变压器及各种电器设备等组成。

根据矿热炉的结构特点以及工作特点，矿热炉的系统电抗的70％是由短网系统产生的，矿热炉系统损耗如下图所示由上图可见，短网的损耗占据了系统自身损耗的70%以上，而短网是一个大电流工作的系统，最大电流可以达到上万安培，因此短网的性能在很大程度上决定了矿热炉的性能，由于短网的感抗占整个系统的 70%以上，不论是高烟罩开放式炉、矮烟罩半密闭式炉还是全密闭式炉的短网系统的感抗均较大，基于这个原因，矿热炉的自然功率因数很难达到0.85以上，绝大多数的炉子的自然功率因数都在0.7~0.8 之间，较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，消耗大量的无用功，浪费大量电能，且被电力部分加收额外的电力罚款，同时由于电极的人工控制以及堆料的工艺，导致三相间的电力不平衡加大，最高不平衡度可以达到20％以上，这导致冶炼效率的低下，电费增高，因此提高短网的功率因数，降低电网不平衡就成了降低能耗，提高冶炼效率的有效手段。

如果采取适当的手段，提高短网功率因数，改善电极不平衡度，那么将可以达到以下的效果：A、降低生产电耗 3%～6％；B、提高产品产量 5%～15％。

四、电石炉高、低压无功补偿方式选择及依据：为了解决电石炉功率因数低的问题，目前一般采用电容补偿的方式来解决，常用补偿方式分为高压补偿和低压补偿两种。

高压补偿的特点：（一）高压补偿优点：设备简单，投资少，集中补偿，占地空间较小。

（二）高压补偿缺点：之前，在我公司采用高压集中补偿手动投切电容器的方式控制补偿容量。

这种控制方式使高压补偿普遍出现下述问题：（1）能够提高供电线路的功率因数，避免电力部门的力率电费罚款，但是不会改变无功电流在短网和变压器低压侧的流转和耗能，不能提高变压器的有功出力，不能改变三相不平衡的运行工况。

（2）补偿精度不高。

靠人工控制投切，在操作时，从观察功率因数的变化，到了解负荷变化，再选择各组电容器容量，最终采用投切电容器，操作人员的判断与实际情况必然存在较大时差。

出现该投未投，该切未切。

因此人工操作投切，费时费力，补偿容量都只能采用大组的方法，一般都是上千乏（kVar）一组，无法实现小组投切，如此必然使投切容量过大，同样影响补偿精度，另外，由于高压操作的危险性，同样使操作人员尽量减少投切的操作频度，客观上极难做到投切随时。

（3）传统的人工控制补偿手段由于存在上述问题，显然已无法满足电网安全，设备高效，经济效益优化的现代化企业管理要求。

尤其是各地对企业用电功率因数与电压合格率提高标准后，人工控制手段的落后更为明显。

（4）目前高压补偿采用的控制器，对于高压电网，不能实现频繁投切。

（三）低压补偿特点（1）低压补偿优点：方便维护，电气元件容易更换。

三相分开控制，根据各相电极的无功损失分相进行补偿。

（2）由于电石炉整个配电网中，最大的无功消耗在短网上，当低压补偿补偿了低压侧短网的无功功率后，同样能够提高供电线路的功率因数，避免电力部门电费罚款(功率因数COS<0.9时，电力公司对用电单位进行处罚)。

（3）同时提高变压器的有功输出能力，提升变压器二次电压，有利于电石炉电极的下插，单项控制，分相动态补偿可使达到三相功率平衡。

使电石炉的功率中心、热力中心和炉膛中心重合。

使坩埚扩大，热量集中，提高炉面温度，使炉内反应加快，达到降耗和增产的目的，增加了电石炉的使用寿命。

综上可见：依据无功补偿的原则，哪里需要哪里补，根据变压器自身的铁损、铜损及其容量，根据流转于短网、电极等处大量的无功功率，动态分相补偿足量的低压补偿为最佳的补偿方式。

五、选择低压无功补偿对电石炉的影响：（一）根据我公司电石炉新增低压无功智能补偿装置，短网电压在补偿后明显提高，便于电极适度深插，特别有利于在埋弧状态下扩大熔池体积，提高熔池温度，能够在增加产能的同时减少热耗散。

（二）提高产能、产量，降低炉变自身损耗率和电炉能量损失率，降低产品单耗。

（三）低压补偿分相补偿于短网末端，充分实现就地补偿原则。

采用动态分相补偿，可平衡三相电极功率，减少热能在电极间流转的消耗。

六、电石炉低压补偿选型：（一）补偿电容量的正确选择，是获得良好补偿效果的重要环节，具体选择时，可考虑如下几个因素：（1）供电变压器的空载无功补偿一般可选变压器总容量3%的并联电容器作为固定补偿，以补偿变压器的空载无功损耗。

（2）确定多路补偿的容量梯度了解用电负荷的最大值、最小值、负荷的波动情况，根据具体情况以确定电容器的投切步长和分组路数，做到对无功变化的精确跟踪。

（3）平衡补偿、分相补偿、复合补偿的选择确定三相负荷的不平衡程度，必要时需进行现场测量，以确定采用三相平衡补偿还是采用复合补偿方式。

当三相严重不平衡时，最好选用适当容量的分相补偿。

（4）确定补偿电容器的总容量测量自然功率因数，确定目标功率因数，根据两者之差确定所需要的无功补偿总容量。

若已知：有功功率 P ，自然功率因数1ϕCOS ，目标功率因数 2ϕCOS 。

则所需补偿的电容器总容量为：Q = ）（11112212---ϕϕCOS COS P 。

（5）例如：新疆中泰矿冶有限公司30000KVA 密闭电石炉计算所需补偿量。

1：Q = ）（11112212---ϕϕCOS COS P =）（191.01175.013000022---=12660Kvar根据变压器超负荷运行时1.2倍计算，还有根据电容器在额定的电压下可以达到额定输出量 电容器在使用过程中因为自身损耗综合以上三点我公司对补偿量要求为变压器额定功率补偿的1.6倍计算。

Q=12660Kvar ×1.6=20256Kvar ，因此我公司30000KVA 电石炉在补偿20256Kvar 可满足需求。

（二）补偿点的选择（1）对于高压供电系统，在变电站35千伏母线上装设集中补偿方式的并联电容器组，只能增大变压器与35千伏母线之间及上一级电压等级线路的功率因数，对变压器低压侧的功率因数ϕCOS 值不能改变，短网上各配电变压器所提供的无功功率仍需从这里送出，各送出线路上的线损不能降低。

所以对于高压供电系统的无功补偿，最好选择随线路上配电变压器装设低压无功补偿装置，进行分散补偿方式。

这种方式易于根据无功负荷需要选择补偿容量，具有“哪里缺在哪里补，缺多少补多少”，同时还能把一级电压等级的线路线损降低一部分的特点。

七、投用后的验证3#、4#电石炉低压补偿安装前后数据（表1）4#电石炉0.84 3266.89 0.92 3077.25 0.08 189.64改造前改造后效果对比设备名称功率因数电耗（t/kw.h）功率因数电耗（t/kw.h）提升功率因数电耗降低3#电石炉0.83 3329.95 0.91 3293.45 0.07 36.5 4#电石炉0.84 3258.54 0.91 3225.65 0.06 32.89图表1：节能电耗图表表格1功率因数图表依据表1计算：已知单位吨电耗3300kw.h/t，每月平均吨电石电耗H，每月吨电石节能电耗N，节电率S%。

每千瓦.时0.41元，低压无功装置总投资648万。

S%={(N1+N2+N3+N4+N5+N6) ÷(H1+H2+H3+H4+H5+H6)}× 100%=(575.42÷19714.6) × 100% ≈3%C=3300×3%×100000=99×0.41×100000=4059000元按节电3%计算，我公司新增低压无功补偿装置19个月即可收回投资成本。

八:结论经过对我公司两台电石炉在正常运行状态下的测试数据，表1和柱形图得出两台电石炉在投入低压补偿后产量明显增加，吨电石生产电耗有所下降。

由此得出低压补偿装置可以提高变压器输出功率，降低无功损耗。

电石炉的生产过程低压无功补偿装置运行正常，安全可靠，取得显著的经济效益最终达到节能目的。

随着经济的日益发展,电力需求不断提高,伴随而来的突出问题是能源无效的巨大消耗,资源利用率低下，能源的合理配置是极需解决的问题功率因数是决定电石炉系统经济效益的一个极为重要的因素。

一、矿热炉简介矿热炉又称电弧电炉或电阻电炉，亦称还原电炉或矿热电炉，电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料；常用于冶炼铁合金（见铁合金电炉），熔炼冰镍、冰铜（见镍、铜），以及生产电石（碳化钙）等。

它主要用于还原冶炼矿石，碳质还原剂及溶剂等原料。

主要生产硅铁，锰铁，铬铁、钨铁、硅锰合金等铁合金，是冶金工业中重要工业原料及电石等化工原料。

其工作特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用自培石墨电极。

电极插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料的因炉料的电阻而产生能量来熔炼金属，陆续续加料，间歇式出铁渣，连续作业的一种工业电炉。

同时电石炉、黄磷炉等由于使用状况和工作状态相同，也可以归结在矿热炉内，但是由于黄磷炉的。

纯阻性负载情况，因此也有将黄磷炉归结到电阻炉的说法。

二、矿热炉主要类别、用途注：电耗值随原料成分、制成品成分、电炉容量、操作工艺等的不同而有很大差异。

这里是一个大概值。

三、结构特点矿热炉是一种耗电量巨大的工业电炉。

主要由炉壳，炉盖、炉衬、短网，水冷系统，排烟系统，除尘系统，电极壳，电极压放及升降系统，上下料系统，把持器，烧穿器，液压系统，矿热炉变压器及各种电器设备等组成。

根据矿热炉的结构特点以及工作特点，矿热炉的系统电抗的70％是由短网系统产生的，矿热炉系统损耗如下图所示由上图可见，短网的损耗占据了系统自身损耗的70%以上，而短网是一个大电流工作的系统，最大电流可以达到上万安培，因此短网的性能在很大程度上决定了矿热炉的性能，由于短网的感抗占整个系统的 70%以上，不论是高烟罩开放式炉、矮烟罩半密闭式炉还是全密闭式炉的短网系统的感抗均较大，基于这个原因，矿热炉的自然功率因数很难达到0.85以上，绝大多数的炉子的自然功率因数都在0.7~0.8 之间，较低的功率因数不仅使变压器的效率下降，消耗大量的无用功，浪费大量电能，且被电力部分加收额外的电力罚款，同时由于电极的人工控制以及堆料的工艺，导致三相间的电力不平衡加大，最高不平衡度可以达到20％以上，这导致冶炼效率的低下，电费增高，因此提高短网的功率因数，降低电网不平衡就成了降低能耗，提高冶炼效率的有效手段。