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《礦熱爐低壓無功補償優(yōu)化設計方案》
葉辛1 ，許朝陽2，郭松2，段志強3國網冀北電力有限公司 ，南瑞（武漢）電氣設備與工程能效測評中心，國網湖北省電力公司經濟技術研究院
摘要：本文通過對礦熱爐3種無功補償方式的綜合分析，設計了一種合理的低壓無功補償方案。重點分析了設計方案、投切的依據以及低壓側補償所涉及相關關鍵參數的計算．并選用了適用于礦熱爐低壓動態(tài)無功補償系統的新型組合式電容投切開關。實際工程案例表明該方案能有效提升礦熱爐的功率因數、降低系統能耗，可作為礦熱爐無功補償系統設計的參考。 關鍵詞：礦熱爐；無功補償；功率因數；能耗
0 引言
礦熱爐是一種耗電量巨大的工業(yè)電爐，廣泛應用于鐵合金冶煉和化學制造等工業(yè)領域中，主要用于還原冶煉礦石、碳質還原劑及溶劑等原料。礦熱爐在電氣結構上大致可分為4個部分：電爐變壓器、短網系統、熔池和電極。由于短網是一種低電壓、大電流的系統，且其電抗相對較大，會消耗大量無功容量．礦熱爐的性能受短網影響嚴重，功率因數普遍較低，大型礦熱爐的功率因數大都低于0.65
1 無功補償方式的選擇
我們可以根據補償電容器的安裝位置進行劃分。礦熱爐的無功補償可分為高壓補償、中壓補償和低壓補償3種方式。3種無功補償方式的性能對比見表1。
表1 3種無功補償方式對比表
高壓補償是在變壓器一次側并聯接人電容器組進行無功補償
圖1 低壓補償原理圈
2 系統方案設計
礦熱爐低壓無功補償系統的組成主要包括電壓電流互感器
圖2 低壓無功補償系統
投切的判斷依據包括一次側電流、二次側電壓
1)滿足下列全部條件，則投入
2) 滿足下列任一條件
3) 其余情況為不動作：
式中：UL為欠壓門限
3 相關參數計算及優(yōu)化設計
低壓補償方案實施較為復雜
3.1 電抗器參數計算
礦熱爐電弧在結構和性能上的缺陷
考慮到電抗器存在不大于10％的調諧偏差率，當X%≥1/(0.9×n)2時
3.2 電容電壓等級計算
補償電容器的端電壓會由于補償回路接人串聯電抗器而上升，端電壓計算公式為
式中：鞏為電容器的端電壓
考慮到電容器組投入后會使補償回路上的電壓提升，此外短網系統電壓存在一定的波動
3.3 安裝補償容量計算
補償容量理論值的計算式為
式中：P為礦熱爐平均運行功率
考慮到電容器的實際容量與其端電壓的平方成正比
上式的計算值包含了串聯電抗器的容量
3.4 補償電容器組數計算
目前用于無功補償的電容器以自愈式并聯電容為主．其額定容量范圍為1～60 kvar
3.5投切開關的優(yōu)化設計
電容投切開關作為低壓無功補償技術中的重點研究對象之一，是用于投切所有電容器組的核心開關器件
表2 各投切開關的比較情況
本方案采用的是由多個無能耗靜態(tài)接觸器構成的接觸器組和晶閘管所組成的新型組合式投切開關
圖3 組合式電容投切開關原理圖
圖3利用1個晶閘管控制多個接觸器投切各路電容器組，KJ1和KJ2分別為第1組至第N組所有的選擇接觸器和執(zhí)行接觸器
具體的實現方案是：組合式電容投切開關包括1個晶閘管和N路投切接觸器組，每路投切接觸器組包括1個選擇接觸器和1個執(zhí)行接觸器．其中N大于等于2
系統根據無功補償容量的大小決定投入電容器的組數，依照“循環(huán)投切”的原則進行投切
4 工程案例驗證
某冶金企業(yè)25 MVA礦熱爐補償前其自然功率因數僅為0.702，未達到國家規(guī)定的0.9以上
通常補償后功率因數的理論設定值不要高于0.95，以免出現過補的情況，進一步加大系統的損耗。以提高功率因數至0.95計算得出補償總容量為17.3 Mvar，投入補償后各項電力參數的對照情況見表3。
表3 投入補償后相關數據的對比
從表3可知，實施低壓補償方案后功率因數由0.702提高到0
5 結束語
設計合理的低壓無功補償方案能有效解決礦熱爐運行過程中功率因數低、電能質量差等問題 |
