矿热炉补偿问题的探讨

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浅谈矿热炉无功补偿及实践

ＡｂｓｒｃＡｎｌｚｄｔａｅｆｌｗｏｒｆｃｏｆｓｂｍｅｇｄａｃｆｒａｅａｄｔｅａｖｎａｓａｄｄｓｄａｔｇｓｏｈｅｔａｔａｙｅｈｅｃｕｓｓｏｏｐｗｅａｔｒｏｕｒｅｒｕｎｃｎｈｄａｔｇｅｎｉａｖｎａｅｆｔｒｅｋｉｄｓｏｏｎｆｃｍｐｅｓｔｎｗａｓｏｍｐｏｉｇｐｗｅａｔｒｉｃｅｓｎｏｃｉｎａｅｕｃｎｏｕｎａｉｙｆｉｒｖｎｏｒｆｃｏ，ｎｒａｉｇｐｒｄｕｔｏｎｄｒｄｉｇｃｎｓｍｐｔｏＣｏｉｅｔｔｅｏｉｎ．ｍｂｎｄｗｉｈｈａｔｌｒｎｎｆｅｔａｈｗｏｅｅｔｉｕｒｃｓａｅｐｎｏｍｅｉｍｏｔｅａｄａｓａｒｅｕｔｄｆｅｅｔｆｒｆｌｗｃｕａｕｎｉｇｅｆｃｔｈｔｔｅｔｌｃｒｃｆｎａｅｒｕｔｉｔｄｕｖｌａｇｎｌｏｃｒｉｄｏｉｆｒｎｏｍｓｏｏ
提高系统的功率因数，增加电力电容器无功补偿是
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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１Ｖ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）。

矿热炉功率因数的补偿

矿热炉功率因数的补偿方案一、补偿的方式矿热炉电炉的功率因数补偿大致有三种。

即高压补偿、中压补偿和低压补偿。

1、高压补偿可以解决供电局对用电功率因数的最基本要求，但解决不了电炉变压器的出力问题。

随着电炉的容量越来越大，供电的电压也越来越高。

这样就给高压补偿也带来了一些困难。

2、低压补偿可以解决电炉变压器的出力问题，但低压补偿的电流几万安培，设备庞大，施工也比较困难，设备运行时，大量的接触器频繁动作，设备的故障率及设备维护量都很大。

3、所谓的中压补偿，即利用变压器的中压10KV线圈做补偿。

中压补偿分两种：一种是中压并联补偿，一种是中压串联补偿。

1）中压并联补偿的作用与高压补偿差不多，中压并联补偿主要是解决电炉变压器的高压侧电压太高不好补偿的问题，即采用中压并联补偿。

这种补偿同样解决不了电炉变压器低压线圈的出力问题。

2）中压串联补偿的作用与低压补偿差不多，他可以解决电炉变压器的出力问题，当然，功率因数也可以补偿到0.92以上。

它也存在着补偿投入后容升电压比并联补偿要高的问题。

但可以通过调低有载开关档位的办法解决。

二、中钢吉电矿热炉功率因的补偿方案中钢吉电矿热炉一般采用中压串联补偿，实施串联补偿后功率因数达到0.9~0.92以上。

同样入炉功率也达到了0.9~0.92以上。

1、中压串联补偿的主要设备：1）10KV的电容器约为变压器额定容量的80％左右。

2）6个电感线圈。

3）3个高压柜：1个开关柜；1个PT柜；1个过压保护柜。

4）1个补偿操作控制台（包括一台电脑及PLC）。

2、电炉变压器根据串联补偿的需要，要对电炉变压器中压线圈的容量作相应的调整。

调整后的变压器的重量大约增加10％3、中压串联补偿的设备布置中压串联补偿的设备可布置在压放平台上，用10KV电缆与电炉变压器连接。

（比低压补偿的连接要简单的多）三、中压串联补偿的投入与运行中压串联补偿的设备在开炉时，暂时不投入运行。

当负荷稳定后即可把中压串联补偿的设备投入运行。

浅谈矿热炉无功补偿特性

置的危害，减小变压器及电网的附加损耗。（６）提高了电能质量，改善矿热炉电气运行参数，提高产品产量。（７）通过对功率因素、电流、电压等的比较和控制，能够及时、准确判断炉况，从而采取措施及时处理，以改善炉况，提高冶炼效果。
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。

串联补偿在矿热炉上的应用研究

串联补偿在矿热炉上的应用研究
刘海源，张龙，郭天兴
（１．陕西榆林电力设计院，陕西榆林７１９０００；
２．西安布伦帕电能质量技术研究所有限公司，陕西西安７１０炉串联补偿性能的分析研究，说明了矿热炉串联补偿方式可有效地提
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｅｒｉｅｓｃａｐａｃｉｔｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｂｍｅｒｇｅｄａｒｃｆｕｒｎａｃｅｉｓａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｓｅｉｅｒｓｃａｐａｃｉｔｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｕｂｍｅｒｇｅｄａｒｃｆｕｎａｒｃｅｃａｎｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ，ｉｍｐｒｏｖｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｓｉｇｎｉｉｃｆａｎｔｌｙ，ｅｎｈａｎｃｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｏｕｔｐｕｔｏｆｔｈｅｆｕｒｎａｃｅｂｙ３０％ — 。４０％ａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｐｅｒｕｎｉｔｙｉｅｌｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎ－・

矿热炉无功补偿及优化方案

ｌｗｏｔｇｉｅｓｏｔｎｔｒｏｏｖｌａｅｓｄｈｒｅｗｏｋｃｍｐｅｓｔｏｏｎａｉｎｃｍｂｉｅｔｅｈｏｏｇ．ｎｄｗｉｈｔｃｎｌｙＫｅｗｏｒｓＳｂｍｅｇｄａｃｆｒａｃｓｒｅｗｏｋｃｍｐｎａｉ，ｒａｔｖｏｙｄｕｒｅｒｕｎｅ，ｈｏｔｎｔｒｏｅｓｔｏｎｅｃｉｅｃｍｐｅｓｔｏｎａｉｎ，ｅｅｇｓｖｎｎｒｙ—ａｉｇ
温升有较大幅度增加，更容易使短网导体受到锈蚀，破坏变压器的绝缘，降低电气设备的寿命，增加企业
ＡｂｓｒｃＴｈｅｅｅｔｉｉｙｃｎｕｔｏｆｓｂｒｅａｃｆｒａｅｉｕ，ｔｅｐｗｅａｔｒｉｏｒａｄｒａｔｖｏｒｉｔａｔｌｃｒｃｔｏｓｍｐｉｎｏｕｍｅｇｄｒｕｎｃｓｈｇｅｈｏｒｆｃｏｓｌｗｅｎｅｃｉｅｐｗｅｓｌｒｅＴｈｒｕｈｈｅｎｌｓｓｆａｉｕｒａｔｖｐｏｒｏｅａｉｎｅｈｎｌｇ，ｓａｅｔｅｎｒｙｓｖｎａｐｒｄｕ — ａｇ．ｏｇｔａａｙｉｏｖｒｏｓｅｃｉｅｗｅｃｍｐｎｓｔｏｔｃｏｏｙｔｔｄｈｅｅｇ・ａｉｇｎｄｏｃｔｎ—ｎｒａｉｇｅｆｃｆｌｗｏｔｇｈｒｅｗｏｋｄｒｃｏｐｎａｉｎｉｈｓ．Ｆｕｔｅｍｏｅｍａｅａｃｍｐｒｔｅａａｙｉｉｉｃｅｓｎｆｅｔｏｏｖｌａｅｓｏｔｎｔｒｉｅｔｃｍｅｓｔｏｓｔｅｂｅｔｏｒｈｒｒ，ｄｏａａｉｎｌｓｓｖｏｈｅａｖａａｅｎｄｓｄａｔｇｓｏｘｕｅｗｉｈｏｏｓｉｆｅｅｔｓｏｔｎｅｗｏｋｃｍｐｎｓｔｏｆｔｄｎｔｇｓａｄｉａｖｎａｅｆｅｃｔｓｔｆｄｍｅｔｄｉｒｎｈｒｔｒｏｅａｉｎ，ｐｔｏｗａｄｔａｃｃｆｕｆｒｒｈｔ

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。

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。

矿热炉的低补、中补、高补是什么你清楚吗？如何选择？

矿热炉的低补、中补、高补是什么你清楚吗？如何选择？矿热炉是一种高能耗设备，它的电能消耗支出费用占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。

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入炉内，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、短网部分是感性负载，需耗掉大量的无功功率，而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。

如果在电极和短网之间通过并联电容器组对无功进行补偿，就可以提高功率因数，减小线损，提高电极对地电压，从而达到节能减耗的目的。

根据电工理论：式中：λ为功率因数;R为矿热炉电阻，Ω;X为矿热炉电抗，Ω。

电阻包括四个部分：变压器电阻、短网电阻、炉料电阻和熔池电阻。

电抗包括三方面：变压器电抗、设备电抗和炉内电抗。

要提高cosλ，一要提高电阻R，但如果提高变压器电阻、短网电阻，只能使导体发热，损失的功率增加，使电效率降低，因此，这两部分要尽量降低，所以要提高只能从工艺上采取措施来提高熔池电阻和矿热炉炉料电阻;二是要降低炉子电抗，占主导地位的矿热炉变压器二次侧电流回路中，设备的电抗值占总电抗值的60%～70%，因此矿热炉变压器的电抗应尽可能低。

在矿热炉工艺参数和设备参数已定的情况下，要有效提高系统的功率因数，最有效的办法就是增加电力电容器进行无功补偿。

对矿热炉来说，无功补偿有三种方式，即高压补偿、中压补偿和低压补偿。

高压补偿是在矿热炉变压器一次侧接入并联10kV电容器组进行功率因数补偿，它能降低供电线路电能损失，减少线路压降，满足供电部门对功率因数要求225。

矿热炉混合投切电容型静止无功补偿系统研究开题报告

矿热炉混合投切电容型静止无功补偿系统研究开题报告题目：矿热炉混合投切电容型静止无功补偿系统研究1. 研究内容本研究主要针对矿热炉电力系统的静止无功补偿问题进行研究，通过混合投切电容型静止无功补偿系统，提高矿热炉电力系统的能效和稳定性，降低电力系统的运行成本。

具体研究内容如下：(1) 矿热炉电力系统的现状和问题分析(2) 静止无功补偿技术的基本原理和分类(3) 混合投切电容型静止无功补偿系统的设计原理和参数优化(4) 混合投切电容型静止无功补偿系统的仿真建模和实验验证(5) 研究结果分析和可行性分析2. 研究意义矿热炉是矿业生产中必不可少的设备，其电力系统的稳定性和能效对矿业生产的安全和效率具有重要影响。

静止无功补偿技术是提高电力系统能效和稳定性的重要手段，而混合投切电容型静止无功补偿系统是目前应用最广泛的无功补偿技术之一。

因此，本研究可以为提高矿热炉电力系统的稳定性和能效，降低运行成本，推动矿业生产的安全和效率提供重要的技术支持和理论指导。

3. 研究方法本研究采用文献调研、理论分析、仿真模拟和实验验证等方法进行。

其中，文献调研主要针对矿热炉静止无功补偿技术、混合投切电容型静止无功补偿系统以及电力系统的稳定性和能效等方面进行；理论分析主要针对静止无功补偿的基本原理和分类等进行；仿真模拟主要通过建立矿热炉电力系统的电路模型，设计混合投切电容型静止无功补偿系统的参数并进行仿真分析；实验验证主要通过在实验室搭建电力系统的实验平台，对混合投切电容型静止无功补偿系统进行实验验证。

4. 研究进度计划(1) 第一阶段：研究计划和文献综述，完成于2021年5月。

(2) 第二阶段：静止无功补偿技术的基本原理和分类的理论分析，完成于2021年6月。

(3) 第三阶段：混合投切电容型静止无功补偿系统的设计原理和参数优化，完成于2021年7月。

(4) 第四阶段：混合投切电容型静止无功补偿系统的仿真建模和实验验证，完成于2021年10月。

矿热电炉(矿热炉、电弧炉)低压补偿(目的、意义、作用与方法)分析解析

矿热电炉（矿热炉、电弧炉）低压补偿（目的、意义、作用与方法）分析解析一、常规补偿的目的与意义1、一般补偿的目的及原则一般的企业，众多容量不等的用电设备，连接到供电系统中用电设备的自然平均功率因数都在 0.7 ~ 0.85之间。

这样，供电系统不但要提供有功功率外，还需提供大量的无功功率。

电网的容量或供电变压器的容量单位都是千伏安（KVA）或兆伏安（MVA）。

也可以说，电压与电流的乘积是容量。

当电网的供电容量一定时，用电设备功率因数低，无功会占去了一部分供电容量，也会降低供电的效率。

另外，功率因数低，无功电流在供电线路上也会使损耗增加。

所以，低压补偿的主要目的有两个：提高供电效率，把无功占的容量释放出来。

减少无功电流在线路上的损耗。

2、补偿的原则补偿还有一个原则就是：“分级就地补偿”。

就地补偿是说，在用电设备旁边安装补偿装置进行补偿。

例如：供电线路有 100 米或更长。

用电设备功率因数不高，这样，供电线路上有：有功电流，还有无功电流。

导线都有电阻。

线路损耗为：PS = I²R。

PS—线路损耗。

I—线路电流（有功加无功）R—线路电阻这样，无功电流就增加了线路损耗。

如果我们在设备旁边安装了补偿装置，大部分无功电流被补偿装置分流（无功电流路线短了），不再流过供电线路，这样，损耗就降了下来。

但有一点要说明的是，补偿后：用电设备电流（I）= 补后供电线路电流（I1）+ 补偿电流(IC)的矢量和。

线路损耗减少是有条件的。

假如线路都取合理电密，当供电线路较长，补偿线路很短，损耗减少是肯定的。

这就是我们所说的“就地补偿"的原因。

如果给设备供电的是一台变压器，距离设备又很近，我们再来做低压补偿，由于低压侧电流很大，补后的电流代数和大于补偿之前的电流。

损耗又与电流的平方成正比，损耗增加是毫无疑问的。

二、矿热电炉低压补偿矿热炉低压补偿在国内做的比较多，但很多人对矿热炉低压补偿的作用认识还比较模糊。

一些人不经过测试计算，没有任何根据，只凭想象就做出了许多结论。

矿热炉低压无功补偿的作用

矿热炉低压无功补偿的作用关键词：无功补偿矿热炉无功补偿大容量无功补偿可控硅开关分相补偿一、无功补偿的原理在使用无功补偿产品，为了清楚这一原理，首先我们需了解与此有关的一些概念；主要包括视在功率、无功功率、有功功率以及功率因数，同时还要了解它们之间的相互联系，在电路中的作用。

二、矿热炉高压补偿的作用我国矿热炉数量很多，分布贵州、云南、甘肃、四川、青海等全国各地，是高能耗用电的主要产品，随着国家对大能耗的政策改变，电价逐步提高，电的成本占到矿热炉生产的铁合金、电石等产品的成本比重越来越高。

而且各地政府响应中央《节能减排》工作，电力部门对大耗能企业制订功率因数的考核标准，加大处罚的力度。

因此，对电能的无功补偿是矿热炉用户必须配置的首要产品。

但目前大部分用户都采用在110KV、35KV、10KV高压侧进行补偿。

解决了对变压器及高压线路补偿，提高了功率因数达到电力部门不罚款的要求。

高压补偿存在不足之处,高压补偿都采用计算一定容量固定补偿，特别对硅铁、硅业、投料、熔炼出料、负荷变化较大，不能进行调整，补偿后会出现多补偿及补偿不足，因此，补偿最好效果只能达到0.9~0.92左右。

高压补偿只能补偿高压线路及变压器的损耗，解决了供电部门的罚款，变压器至短网的功率因数及损耗仍未能达到补偿效果。

三、矿热炉最佳的补偿是采用低压动态分相补偿采用低压侧在短网的末端补偿，同时可以提高了高压侧补偿的功率因数，而且补偿了变压器至电极之间的短网无功损耗，提高了变压器有功功率的输出，达到了增产节能的效果。

（一）三相电流电压平衡度均匀三相电流电压平衡度均匀，动态补偿采用三相采样，对三相非对称分相补偿，使三相达到同样的功率因数，特别对三相变压器，因三相短网长短不同，三相电极上电压、电流不平衡，引起电气中性点与炉体中性点偏离。

采用低压分相非对称补偿后减少三相短网，电压电流不平衡度，使电气中性点与炉体中心点一致，提高冶炼效率，减少电能消耗，增加产量。

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。

矿热炉节电技术探讨及补偿装置设计

ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｔｈｅｓｕｂｍｅｒｇｅｄａｒｃｆｕｎａｒｃｅ，ｗｉｔｈｐｕｐｏｒｓｅｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒ，ａｄｊｕｓｔｉｎｇｆｕｒ —
ｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｐｈａｓｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｏｆｓｕｂｍｅｒｇｅｄａｒｃｆｕｎａｒｃｅａｎｄｔｈｅｐｒｉｎｃｉ — — ｐｉｅｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｔｙｐｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄＳＯｔｏｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａ — — ｔｉｏｎｏｆｅｎｅｒｙ－ｇｓａｖｉｎｇａｎｄｌｏｓｓｒｅｄｕｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒｔｈｅｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄ，ａｔ
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矿热炉及电弧炉电能无功补偿作用、原理、方法与电流质量分析技术方案

矿热炉及电弧炉电能无功补偿作用、原理、方法与电流质量分析技术一、无功补偿概述1.1 电无功补偿概念：在矿热炉中，电气设备一方面消耗有功功率，另一方面消耗无功功率。

设备的电磁部件在建立磁场时消耗的电能。

在供电期间，电容器消耗一定量的电能以建立电场，该电场也在无功功率范围内。

电气元件的结构特性的差异决定了电流是超前还是滞后。

当电流在电容元件上工作时，电流滞后，并且当电流作用于电感元件时，电流流动并且电容电流与电感器电流的方向相反。

如果电容器和电感元件存在于同一电路系统中，则电路中的无功功率将被抵消。

因此，偏移特性可用于在电路的同步补偿器中产生负无功功率，或者可设计合理的电容与电感比，由整个电路产生的无功功率和由电抗产生的电流功率相互抵消。

无功功率补偿进一步改善了矿热炉的当前电能质量。

1.2 电无功补偿的作用：电能无功补偿具有降低矿热炉电能损耗，降低电压损耗，降低传输电流，保证电热炉稳定一致的电能的作用。

最大限度地降低电力传输中的无功功率，增加电网中的有功功率，补偿无功功率，提高性能功率因数。

此外，无功功率的补偿还可以降低电力生产成本并节省矿热炉的容量。

随着功率因数的增加，网络中有功功率的比例增加，线损减小，从而提高了矿热炉的性能质量。

因此，矿热炉中无功功率的补偿不仅可以提高电能质量，还可以提高经济性。

1.3 电能无功补偿原理：（1）改善自然功率因数。

在发电中，当电动机的负载达到75%时，功率因数最高。

另外，通过控制发动机的空转操作，同步异步电机的操作，选择变压器的最佳负载比，以及减少发动机的轻负载操作，可以增加自然功率因数。

虽然上述方法可以提高功率因数但仍不能满足实际要求的标准，只能提供无功功率补偿，可以提高自然功率因数，从而提高矿热炉的电能质量性能。

（2）无功功率补偿。

充分发挥电力设备的特点，使同步电动机发出无功功率，以补偿和提高功率因数。

电容补偿器用于集中、分散或独立的无功功率补偿，以根据需要实现所需的功率因数。

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铁合金生产的三种冶炼模式
要求能量在渣层放出的埋弧和热炉口操作（A型）要求能量集中在反应区的埋弧和冷料面的操作（B型）要求能量在熔池表面放出的明弧和热炉口操作（炼钢炉）
二次补偿技术为什么会产生不同效果？
高碳锰铁、高碳铬铁、硅锰合金矿热炉炉膛结构示意图 A型
1. 松散的烧结料；2. 软熔带；3. 渣焦混合物；4. 焦炭层；5. 渣层（有焦炭）；6. 渣层； 7. 金属；8. 死料区；9. 电极碎块；10. 电极；11. 碳砖；12. 出渣口；13. 出铁口
搞补偿节电了吗？二次补偿比一次补偿好吗？如何利用好就地补偿技术？
补偿技术节电的含义
静态补偿 3w~5w/kvar •电容补偿的电力消耗：
动态补偿 10w~15w/kvar •供电部门对用电企业要求:
cos0.90，否则罚款 ——节省电费
•矿热炉熔炼特性参数的优化 —— 节电
矿热炉电热冶金的基本原理
而不是指提高某个电感性负载的功率因素。
矿热炉低压补偿冶炼系统电气图
供电网络 110KV
CT PT
变电站变压器 110/35
电炉电炉变压器
供电网一次侧35KV
35KV 二次侧（100200V）
电炉冶炼短网系统（低电压大电流）
Cos =？
Cos =？
水冷电极电缆系统
炉膛
需要讨论的几个问题
T = 1192 ℃ ∆H = 4890kJ/kg (Mn)
（SiO2）+ 2C ＝[Si] + 2CO
(2)
G 0 = 689860 － 361.38T (J/mol)
T = 1637 ℃ ∆H = 24637kJ/kg (Si)
不同种类铁合金产品的理论电耗
理论电耗（Kwh/t）
7700 7200 6700 6200 5700 5200 4700 4200 3700 3200 2700 2200 1700
(MO)渣中+C M+CO
有焦炭层
无渣法冶炼（Si系） MO+C M+CO
电弧加热为主无焦炭层
冶炼温度和入炉功率
冶炼温度
电弧热—— 热等离子体 3×103——4×103 K （属低温等离子体；核聚变、激光聚变，属高温等离子体，106 ——108K）
电阻热—— 焦炭层、熔体<3×103 K
功率密度——维持反应温度的电能输入要求
报告内容
• 矿热炉补偿技术发展的几个阶段 • 矿热炉低压(二次侧)补偿中的技术问题 • 如何利用好就地补偿技术——
大型矿热炉自动控制基础之一
几类补偿方式
• 高压补偿 • 中压补偿 • 低压补偿
早期铁合金矿热炉的补偿方式
近些年来在铁合金行业逐步得到认同，但仍存在一些争议
高压补偿
110kVΒιβλιοθήκη 10kVFeMn75C7.6
Mn65Si17
Mn60Si30 FeAl25Si30 FeAl50Si20
不同牌号的铁合金
FeSi45
FeSi75 15
铁合金冶炼的几个重要概念
有渣法冶炼无渣法冶炼
不是指最终产物有无渣而言，而是指冶金反应的机理（或形式）
碳热还原电热还原
不是指有无还原剂（碳）参与反应，而是指冶炼过程所需能量的来源
炉料配热系数
C Q料 R池 Q总 R池+R料
操作电阻
R R池 R料 R池 +R料
R与C之间的关系
R CR料
与配热系数有相关的炉内电流分配的冷态模拟
Ib It
=4.36C L 1.52H DC C0.19
式中： I b —熔池内通过电极端部流经熔池底电流
It
与输入的总电流之比；
L —熔渣的电导率，mS/cm ；
典型的无渣法与有渣法冶炼基本反应
硅铁合金（无渣法） SiO2 + 2C ＝ Si(Fe) + 2CO
锰硅合金（有渣法）（ MnO2 ） + （ SiO2 ） + 6C ＝ MnSi + 6CO
还原剂 —— 焦炭、兰炭、木炭能量 —— 电能
冶炼工艺与电——热转换形式
冶炼模式
电热——转换形式
有渣法冶炼（Mn系、Cr系）电阻加热为主
CT
矿热炉变
动力变
某企业变电所主结线图
中压补偿
110kV 10kV
35kV 6kV
110/10kV补偿
35/6kV补偿
中压补偿的基本模式结线图
低压补偿
35kV
35kV
35kV
变压器出口补偿
短网末端补偿变压器出口、短网末端同时补偿
在低压侧补偿的几种结线方式
110kV 20MVA
5MVA
10kV
C —焦炭电阻率，mS/cm ； H C —焦炭层厚度，mm； D C —焦炭粒度，mm 。
有渣法冶炼电流分配的冷态模拟结果
通过调整电 0.35 极插入深度
0.30
溶液电导率电极插入深度
I /I bt
0.25
0.20
0.15
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
熔融层操作电阻 ()
硅铁及硅铁合金炉炉膛结构的示意图 B型
1－预热区；2－烧结区；3－还原区；4－电弧区；5－熔池区； 6－假炉底；7－死料区；8－电极； 9－炉衬； 10－出铁口
镍铁合金矿热炉(熔分炉)炉膛结构示意图
遮弧冶炼过程
电渣冶炼过程
负载性质对变压器外特性的影响
二次侧补偿的意义——提高入炉功率
有渣法冶炼矿热炉内配热系数的重要性
I P
V cos
但负载电流不变，因为所加的电压和负载参数没有改变。
电力部门要求补偿的意义
因此，负载的有功功率没有变化，但由于线电流变小，减少了线路的功率损耗。当电压一定时，功率因数提高，增加了线路输送有功电流的能力供电部门要求用电单位的功率因素必须达到
cos0.9的含义是指提高电源或电网的功率因素，
MOx + xC = M + xCO ΔGθ = ΔHθ - ΔSθT
ΔG < 0 反应自发进行
要求炉内达到一定的反应温度T开
ΔH — 焓变（矿热炉内ΔH > 0,吸热反应）
维持炉内反应温度，需要提供电能kwh
矿热炉内生成硅、锰金属的温度和能耗
（MnO）+ C ＝ [Mn] + CO
(1)
G 0 = 268990 － 183.5T (J/mol)
Bbc
矿热炉
3000kvar
1800kvar
升压补偿的主结线图
电容补偿的基本原理
i ir
R
ic
Ic
iL
L
C
V
I
1
I1
电容器并联补偿原理图（秦曾煌主编电工学 P146）
补偿前后功率因数、电流的变化
补偿前：功率因数 cos1 ，线路电流（即负载电
流）为
P
I1 V cos1
补偿后：功率因数 cos ,线路电流为