礦熱爐是一種高能耗高諧波的電冶煉爐，根據(jù)多年的工業(yè)爐工藝的了解，為礦熱爐的濾波補(bǔ)償提供豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有針對(duì)性的提出了一套諧波治理與節(jié)能方案，濾波通道的組合合理，無功補(bǔ)償，無頻繁投切，運(yùn)行穩(wěn)定，安全，使用壽命長(zhǎng)，節(jié)能效果顯著。

　　一、前言

　　礦熱爐在使用中產(chǎn)生大量的諧波，導(dǎo)致電網(wǎng)中的諧波污染非常嚴(yán)重。礦熱爐一般由可控硅整流裝置提供直流電源?？煽毓枵餮b置會(huì)在交流側(cè)產(chǎn)生很大的無功功率和諧波電流，導(dǎo)致電壓、電流波形嚴(yán)重畸變，功率因數(shù)低，造成進(jìn)線電流大，變壓器利用率降低，能耗增加。諧波還會(huì)干擾拉晶控制系統(tǒng)，造成錯(cuò)位、斷晶、跳閘，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。

　　礦熱爐是一種高能耗的電冶煉爐，具有電阻電弧爐的特性。其功率因數(shù)是由爐內(nèi)電弧及電阻R和電源回路中(包括變壓器、短網(wǎng)、集電環(huán)及電極)的電阻R和電抗X值的大小來決定。

　　COSΦ=(R+R)/

　　電阻R電抗X值在礦熱爐運(yùn)行時(shí)，一般不變動(dòng)，它們?nèi)Q于短網(wǎng)和電極布置的設(shè)計(jì)和安裝。電阻R與運(yùn)行時(shí)短網(wǎng)上各載流部件的電流密度有關(guān)，變化較小，但電阻R卻是礦熱爐運(yùn)行時(shí)決定礦熱爐功率因數(shù)的主要因數(shù)。

　　由于礦熱爐比其它電冶煉爐的電阻弱，故其功率因數(shù)相應(yīng)地也降低些。除了一般小型礦熱爐的自然功率因數(shù)能達(dá)到0.9以上，而容量在10000KVA以上的中、大型礦熱爐的自然功率因數(shù)都在0.9以下，礦熱爐容量越大，功率因數(shù)越低。這是由于大容量礦熱爐的變壓器感性負(fù)載越大，短網(wǎng)越長(zhǎng)，電極插入爐料較深增加了短網(wǎng)的電抗，因而降低了礦熱爐的功率因數(shù)。

　　為了減少電網(wǎng)的損耗，提高供電質(zhì)量，供電局要求用電企業(yè)的功率因數(shù)要在0.9以上，否則要對(duì)用電企業(yè)處以高額罰款。同時(shí)功率因數(shù)偏低，也會(huì)降低礦熱爐的進(jìn)線電壓，影響電石的冶煉。故目前國(guó)內(nèi)外大容量礦熱爐都要加裝無功補(bǔ)償裝置，以提高礦熱爐的功率因數(shù)。

　　現(xiàn)在投運(yùn)的無功補(bǔ)償裝置通常以補(bǔ)償裝置的接入點(diǎn)分為下列兩種方式：

　　1、補(bǔ)償裝置接入礦熱爐變壓器高壓側(cè)，稱高壓補(bǔ)償;

　　2、補(bǔ)償裝置接入礦熱爐變壓器低壓側(cè)，稱低壓補(bǔ)償;

　　二、無功補(bǔ)償裝置

　　

 

　　1、高壓補(bǔ)償

　　礦熱爐變壓器高壓側(cè)電壓一般為10KV、35KV、或110KV。高壓補(bǔ)償又分兩種：一種是直接將補(bǔ)償裝置接于高壓側(cè);另一種是通過補(bǔ)償變壓器接于高壓側(cè)。用相應(yīng)電壓等級(jí)的補(bǔ)償裝置(包括電力電容器、開關(guān)、電抗器、避雷器、保護(hù)等成套設(shè)備，下同)，直接接入礦熱爐變壓器高壓側(cè)(補(bǔ)償裝置接在礦熱爐變壓器進(jìn)線端)，也可以直接在變電站中，單獨(dú)或集中補(bǔ)償。其特點(diǎn)是：

　　1)設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少;

　　2)補(bǔ)償裝置出現(xiàn)故障時(shí)電流不通過礦熱爐變壓器;

　　3)補(bǔ)償裝置不受礦熱爐變壓器接線變換及礦熱爐其它方面變化的影響。

　　2、低壓補(bǔ)償

　　2.1原理

　　低壓補(bǔ)償是利用現(xiàn)代控制技術(shù)和短網(wǎng)技術(shù)將大容量、大電流的超低壓電力電容接入礦熱爐的二次側(cè)的無功補(bǔ)償裝置。該裝置不僅是無功功率補(bǔ)償原理的最好體現(xiàn)，還可以使礦熱爐的功率因數(shù)在較高值運(yùn)行，降低短網(wǎng)和一次側(cè)的無功消耗，消除3次、5次、7次諧波。調(diào)平三相功率，提高變壓器的輸出能力?？刂频闹攸c(diǎn)使三相功率不平衡度下降，達(dá)到三相功率相等。使坩鍋擴(kuò)大、熱量集中，提高爐面溫度，使反應(yīng)加快，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、降耗和增產(chǎn)的目的。

　　此技術(shù)屬于將原來成熟的就地補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用到礦熱爐的二次低壓側(cè)，由電容器產(chǎn)生的無功功率，通過短線路，一部分通過礦熱爐變壓器由系統(tǒng)吸收，另一部分補(bǔ)償?shù)V熱爐變壓器，短網(wǎng)和電極的無功損失，增加了輸入礦熱爐的有功功率。同時(shí)采用了分相補(bǔ)償，使礦熱爐內(nèi)三相電極上的有功功率相等，達(dá)到提高功率因數(shù)，減小三相功率不平衡和改善生產(chǎn)指標(biāo)的效果。采用低壓就地補(bǔ)償/濾波技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

　　1、低壓補(bǔ)償可以提高變壓器、大電流線路利用率，增加冶煉有效輸入，

　　2、改善三相不平衡。

　　3、降低高次諧波值。

　　4、減小變壓器及網(wǎng)路附加損耗，可以消除力調(diào)電費(fèi)，節(jié)能降耗。

　　5、提高礦熱爐變壓器有功出力，從而提高產(chǎn)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。

　　三、工程實(shí)例分析

　　現(xiàn)以在鐵合金廠安裝一套礦熱爐低壓補(bǔ)償裝置，安裝了低壓無功補(bǔ)償效果是明顯的。不但實(shí)現(xiàn)了高壓補(bǔ)償提高進(jìn)線電壓的、電網(wǎng)功率因數(shù)的目標(biāo)，而且增加了輸入礦熱爐內(nèi)的有功功率，達(dá)到了礦熱爐節(jié)能降耗增加產(chǎn)量的、降低生產(chǎn)成本目的，對(duì)提高礦熱爐經(jīng)濟(jì)效益起到實(shí)質(zhì)性作用。根據(jù)分析多臺(tái)安裝低壓無功補(bǔ)償裝置，礦熱爐的生產(chǎn)指標(biāo)得出：在低壓無功補(bǔ)償裝置投用后，電爐變前的功率因數(shù)能達(dá)到0.90以上，有些甚至達(dá)到0.94，礦熱爐的功率因數(shù)也能有很大的提高。在使一次電流電流降低15A左右的同時(shí)，有功功率可提高3000KW左右，節(jié)能降耗3%以上，增產(chǎn)10%以上，使礦熱爐的運(yùn)行參數(shù)和消耗指標(biāo)得到很大的改善。

　　根據(jù)該礦熱爐用戶所傳的數(shù)據(jù)，和我多年來在此行業(yè)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，所確定的補(bǔ)償方案如下：

　　貴公司有3臺(tái)10000KVA的單相電爐變壓器，根據(jù)礦熱爐的工作特性和貴公司提供的測(cè)量數(shù)據(jù)，功率因數(shù)按0.78計(jì)算，預(yù)計(jì)安裝后功率因數(shù)達(dá)到0.98計(jì)算，10000KVA的電爐變壓器補(bǔ)償容量為6000KVAR;諧波電壓總畸變率(%)及5次諧波含有率(%)均超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)礦熱爐電流變化較快，建議安裝低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，能夠快速跟蹤投切，達(dá)到理想的補(bǔ)償效果。

　　最終確定安裝目前市場(chǎng)上先進(jìn)的我生產(chǎn)的低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置;即可解決貴公司電爐系統(tǒng)的諧波污染嚴(yán)重及功率因數(shù)低的問題。

　　3.1動(dòng)態(tài)濾波及無功補(bǔ)償裝置功效

　　通過抑制和吸收諧波、杜絕諧振的發(fā)生、減少損耗、清潔電網(wǎng)、改善系統(tǒng)用電環(huán)境。

　　1、不會(huì)出現(xiàn)諧振爆炸現(xiàn)象;。

　　2、降低配電網(wǎng)的功率損耗、增加電網(wǎng)輸電能力、提高設(shè)備利用率;

　　3、降低用電設(shè)備(電機(jī))的能耗，改善運(yùn)行條件;

　　4、保護(hù)設(shè)備、延長(zhǎng)設(shè)備壽命、減少維修費(fèi)用;

　　5、節(jié)約電能，提高功率因數(shù)，功率因數(shù)達(dá)到0.92以上;

　　6、改善電壓質(zhì)量，保證設(shè)備正常運(yùn)行;。

　　7、諧波控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。

　　3.2效益分析

　　電爐變壓器低壓側(cè)通過上我的動(dòng)態(tài)濾波及補(bǔ)償裝置，功率因數(shù)由原來的0.78左右提高到0.98，這樣會(huì)使電爐原來的負(fù)荷電流大幅度的下降，會(huì)減少大量的線路損耗，為企業(yè)創(chuàng)造大量的經(jīng)濟(jì)效益，以下從幾個(gè)方面說明產(chǎn)生的效益。

　　1)降低變壓器的占有率：

　　通過動(dòng)態(tài)濾波及無功補(bǔ)償裝置可降低變壓器的占有率，擴(kuò)充變壓器容量，充分發(fā)揮投資效率，減輕變壓器長(zhǎng)期長(zhǎng)期超負(fù)荷的負(fù)擔(dān)，為企業(yè)創(chuàng)造了較大的效益。

　　電爐變壓器的容量為30000KVA，實(shí)際運(yùn)行容量為：30000×115%=34500，低壓側(cè)安裝動(dòng)態(tài)濾波及無功補(bǔ)償裝置前功率因數(shù)為0.78左右，安裝后功率因數(shù)達(dá)到0.98以上。

　　安裝補(bǔ)償濾波裝置后變壓器的電流下降，從而爐變壓器容量的占有率也下降，減輕了變壓器的負(fù)擔(dān)，延長(zhǎng)了變壓器的使用壽命，減少了日常維護(hù)費(fèi)用。

　　2)電爐變壓器通過上我公司的動(dòng)態(tài)濾波及無功補(bǔ)償裝置后線路中的無功電流大大減少，從而大大減少了有功損失，降低了變壓器有功損失(銅損)及降低線路損失。線損降低率與變壓器銅損降低率是32%，大大節(jié)省了線路損失，減少了系統(tǒng)中的有功損失，節(jié)省了電能。

　　3)治理諧波所產(chǎn)生的效益

　　濾除諧波，改善用電環(huán)境，提高產(chǎn)品質(zhì)量，確保了設(shè)備正常運(yùn)行

　　當(dāng)系統(tǒng)存在諧波時(shí)：會(huì)增大有功損耗。諧波使設(shè)備絕緣強(qiáng)度降低，減少設(shè)備的使用壽命。諧波是變壓器產(chǎn)生噪音的重要來源。諧波會(huì)增大變壓器，電動(dòng)機(jī)的渦流損失。

　　由于集膚效應(yīng)，諧波會(huì)增大線路、變壓器的阻值，這樣大大增加了線路損耗，給企業(yè)造成了浪費(fèi)。通過諧波治理，給企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。

　　4)改善電壓質(zhì)量

　　當(dāng)線路中的無功功率Q減少以后，電壓損失△U也就減少了。從而穩(wěn)定了線路電壓，提高電壓質(zhì)量。

　　5)消除力率電費(fèi)

　　電爐變壓器未投用濾波及補(bǔ)償裝置前功率因數(shù)平均為0.78左右，功率因數(shù)沒有達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。功率因數(shù)0.78時(shí)罰款比例為6%，通過安裝的動(dòng)態(tài)濾波及補(bǔ)償裝置可消除力率電費(fèi)。功率因數(shù)超過0.9，還會(huì)產(chǎn)生獎(jiǎng)勵(lì)電費(fèi)。

　　力率電費(fèi)=(電度電費(fèi)+基本電費(fèi))×6%

　　通過以上分析，電爐變壓器安裝低壓動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置所產(chǎn)生的直接節(jié)電率為6%左右，還沒有計(jì)算由于改善了電壓質(zhì)量而延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了設(shè)備日常維修費(fèi)用，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少投資等間接效益。