12500KVA电石炉二次低压无功动态补偿可行性研究报告.doc

矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 1 12500kva12500kva 电石炉二次低压无功动态补偿电石炉二次低压无功动态补偿 可行性报告 设计单位：西安设计单位：西安 xxxx 冶金设备有限责任公司冶金设备有限责任公司 时时 间：间：二二一九二一九二一九年七月十六日一九年七月十六日 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 2 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 3 目目 录录 第一部分第一部分 技术简介技术简介 3 3 第 1 节 概述 .3 第 2 节 可行性方案分析 .4 第 3 节 技术特点 .5 第二部分第二部分 技术方案技术方案 6 6 第 1 节 电炉变压器运行参数 .6 第 2 节 技术方案 .6 第 3 节 技术风险分析 .6 第 4 节 安装与维护 .7 第 5 节 设备工作条件 .7 第三部分第三部分 商务方案商务方案 8 8 第 1 节 工程造价 .8 第 2 节 效益分析 .8 第四部分第四部分 公司简况公司简况 9 9 第 1 节 公司简介 .9 第 2 节 公司专业技术成果 .9 第 3 节 案例 10 第 4 节 荣誉证书 11 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 4 第一部分第一部分 技术简介技术简介 第第 1 节节 概述概述 矿热炉冶炼变压器大都处于高无功运行状态，其短网上大量的无功消 耗及由此产生的大幅度的网路工作电压降是导致低产量，高电耗的主要原 因。短网的低电压大电流特征决定了短网会产生大量的无功功率，无功功 率会严重占用变压器荷载，制约了变压器输送有功的能力，致使炉变功率 因数较低，一般不超过 0.83；特别是三相矿热炉变压器的短网布置长度不 等，从而导致三相功率不平衡，加上冶炼电弧变化所产生的无功在炉变和 短网上流转，加剧了整个矿热炉的无功损耗。 解决矿热炉的高无功运行状态，提高功率因数和改善矿热炉的运行状 况，只能进行无功补偿。 第第 2 节节 可行性方案分析：可行性方案分析： 1第一方案：一次侧高压补偿 高压补偿是在 12500kva 电石炉的 35kv 电网侧加装高压补偿装置实施 35kv 高压电力补偿，达到提高功率因数和改善运行参数的目的，是成熟技 术,它可以降低一次供电网路损耗，提高功率因数,但对解决矿热炉能耗高 和产量低的问题是无能为力的。 2第二方案：二次低压补偿 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 5 矿热炉二次低压补偿是属于将原成熟的就地补偿技术应用到矿热炉的 二次低压侧，利用现代控制技术和短网技术将大容量，大电流的超低压电 力电容器组接入矿热炉二次侧的无功补偿装置。大量无功电流将直接经低 压电容器回路流转，从而不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路， 在提高功率因数的同时，提高变压器的有功输出率，降低变压器、短网的 无功消耗。 该装置不仅是就地补偿原理的最好体现，还可以使矿热炉的功率因数 在 0.92 以上运行、降低短网和一次侧的无功消耗、消除 5 次、7 次谐波、 调平三相功率、提高变压器的输出能力。控制的设计重点采用分相动态补 偿，使三相功率不平衡度下降，达到三相功率相等，使电石炉的功率中心 和炉膛中心相重合，使钳锅扩大，热量集中，提高炉面温度，使反应加快， 达到提高产品质量，降耗和增产的目的。 rch 矿热炉动态无功功率补偿装置补偿技术，无论在提高功率因数、 吸收谐波，还是在增产降耗、改善指标的效果上，都有着高压补偿无法比 pt ct pt ct plc rch 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 6 拟的优势。属可靠、成熟技术。 3高压补偿和矿热炉二次侧低压补偿的区别 高压补偿是在电炉变压器的高压供电电网加装高压补偿装置实施高压 电力补偿，达到提高功率因数和一次侧电压和改善运行参数的目的，该技 术已在很多大容量的矿热炉上应有，是成熟技术，贵公司也在应用，它可 以降低一次供电网路损耗，提高功率因数。但对解决矿热炉能耗高和产量 低的问题是无能为力的。在高压侧补偿后，高压网络的功率因数可以达到 0.95 以上，但电炉变压器的功率因数仍为 0.83 左右，这只对供电部门有 利，对电力用户没有多大好处。 矿热炉二次低压补偿是利用现代控制技术和短网技术将大容量，大电 流的超低压电力电容器组接入电石炉的二次侧的无功补偿装置。该装置不 仅是就地补偿原理的最好体现，还可以使电炉的功率因数在0.92以上运行、 降低短网和一次侧的无功消耗、调平三相功率、提高变压器的输出能力， 使三相功率不平衡度下降，电炉的功率中心、热力中心和炉膛中心相重合， 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 7 使钳锅扩大，热量集中，提高炉面温度，使反应加快，达到提高产品质量， 降耗和增产的目的。 无功功率补偿的特点只能补偿它接入点之前的无功损耗，从上图可以 看出，高压补偿只能降低一次供电网络损耗，提高功率因数。二次低压补 偿不仅能降低一次供电网络损耗，还能使电炉的功率因数在0.92以上运行、 降低短网系统的无功消耗，提高变压器的输出能力，使更多的有功功率直 接输送到电极端。 高、低压补偿对照： 高压补偿 矿热炉二次低压补偿 功率因数 0.92 以上 0.92 以上 提高电压 仅限 35kv 侧 35kv 和短网电压都可以 补偿的范围 仅限 35kv 网络 接入点之前的所有网络 增加产量 不可以增产 可增产 10%以上 降低电耗 不可以降低电耗 可降低电耗 5% 以上 炉 况 不可以稳定炉况 可改善炉况使其更稳定 三项不平衡度 不可控制 可控制 产品质量 不可以改善 可以提高合格率和品位 第第 3 节节 技术特点技术特点 1、应用自主开发的“矿热炉低压二次补偿”专用软件，实现计算机 自动跟踪、自动控制的动态补偿，反应时间达 0.2ms。 2、运用分相不等量补偿法，有效平衡三相功率。 3、在大量实验基础上，率先建立了矿热炉无功分布数据库，创建了 矿热炉无功分布数学模型，准确掌握系统无功分布，选择最佳补偿 位置。 4、采用大电流大容量超低压电容器控制技术和短网技术，控制更精 确。 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 8 5、联合开发专用超低压自愈干式电容器，采用德国进口基膜，银锌 覆膜，内置压力切断防爆装置，自愈性好，寿命更长。加装不同比 值的电抗，结合施耐德专用电容投切器抑制浪涌电流，有效延长设 备寿命。 6、低压补偿专业公司，依托西安强大的高校科研平台，实验手段先 进，技术力量雄厚；从事矿热炉二次侧低压补偿超过五年，经验丰 富，实际投入运行累计超过 100 余台。 7、施耐德电气(中国)公司 oem 合作伙伴，信誉有保证，质量更可靠。 8、采用先进防尘降温技术，完全适应矿热炉高温重粉尘恶劣环境。 9、ggd 标准柜积木式管理，每相补偿柜可独立放置，占地小，易摆 放。 10、依据实际运行工况专业设计，补偿效果更佳。 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 9 第二部分第二部分 技术方案技术方案 第第 1 节节 电炉变压器运行参数电炉变压器运行参数 根据提供的数据，和西安 xx 公司多年的补偿经验，建议该炉采 用高低压混补得合理方案，具体参数如下。 电石炉目前运行参数电石炉目前运行参数 电炉变压器额定容量(kva) 12500 实际运行总功率 (kva) 13500 一次侧运行电压 (kv) 36 一次侧运行电流 (a) 230 运行最大有功功率 (kw) 12450 实际运行无功功率 (kvar) 8366 功率因数 cos 0.83 二次侧冶炼电压 (v) 135 产品平均单耗 (kwh/吨) 3550 日产量 (吨/天) 80 第第 2 节节 补偿方案补偿方案 1、补偿容量的选择 本方案选用西安 xx 冶金设备有限责任公司矿热炉二次低压无功动态 补偿专利技术进行增产降耗节能改造，功率因数从 cos0.83 提高到 cos0.92： 理论补偿容量：3063kvar，实际选择容量 4428kvar。 2、补偿投入点的选择 无功补偿降低的是接入点前的线路无功损耗，根据这一原理，针对矿 热炉低压侧短网进行补偿，使补偿点上连接的无功补偿装置既能尽可能多 的补偿系统无功，同时要兼顾短网的合理接入，减少冶炼环境及操作 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 10 维护等不利因素带来的影响。 因此补偿连接点选在短网末端的软连接点上。电容柜安装在三楼楼面。 2、补偿后系统参数: 内内 容容改改 造造 前前改改 造造 后后变化量变化量 功率因数 cos 0.830.92 提高 0.09 二次侧电压 (v) 135140 提高 5v 实际运行总功率 (kva) 1350014500 运行一次侧电流 (a) 230240 运行一次侧电压 (kv) 3636.5 提高 0.5kv 运行最大有功功率 (kw) 1245013800 增加 1000kw 运行无功功率 (kvar) 83665879 减少 2487kvar 产品平均单耗 (kwh/吨) 34503350 减少 100kwh/吨 日产量 (吨/天) 8088 增产率 (%) 10% 第第 3 3 节节 技术风险分析技术风险分析 1、连接点上过补偿的风险规避措施 由于电石炉二次侧没有加装电流互感器，不能测量电石炉二次低压补 偿连接点上功率因数，因此存在过补偿的风险，过补偿后造成的谐振将在 对供电系统造成损害。 西安 xx 公司已经在 40 余台矿热炉上和 10 台电石炉上进行了安装和 调试，对无功补偿连接点以及连接点上容量的分配有独到的见解，过补偿 的技术风险会降到最低并具有过补偿后的判断能力和改造能力。 2、电石炉自然功率因数低于 0.83 的技术风险 当电石炉自然功率因数低于 0.83 时，二次低压补偿系统的效能会降 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 11 低一些。由于电石炉自然功率因数低于 0.83 的情况只会在超载即电流增 大的状态下发生，因此补偿系统的容量等不会有较大变化，电石炉补偿后 的功率因数有所降低，但由于二次低压补偿在 3063kvar 的容量上增加到 4428kvar 以上，既使炉子超负荷后功率因数降低到 0.81，也能使电石炉 的功率因数保持在 0.92 以上，降低了该技术风险。 3、二次电压降档使用的运行风险 在西安 xx 冶金设备公司安装的电石炉二次低压补偿装置中有一台曾 经需要降低一档使用二次侧运行电压以达到降耗的目标，调低运行电压的 目的是为了减小由于电容补偿带来的升压作用，前提条件是原电石炉运行 电压较高、短网的电压降较小。 同时降档使用是后期调试中为降低电耗采取的一种工艺措施，要依据 电石炉的实际状态实施，在前期只做出讨论。 4、电石炉极心园不能调整的技术风险 在西安 xx 冶金设备公司安装的电石炉上没有一套调整了极心园，因 此 12500kva 电石炉不需要调整极心园。 同时调整极心园是后期调试中为降低电耗采取的一种工艺措施，要依 据电石炉的实际状态实施，在前期也只做出讨论。 5、谐波的消除 对 12500kva 电石炉高压侧的谐波估量，电石炉归算到高压侧谐波的 不会超标。 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 12 为防止低压补偿装置投运后系统谐波对电容器的影响，为此在每个电 容器支路上加装了感抗，并加装放电电阻和过流保护的熔丝。 6、浪涌电流隔离措施 采用斯耐德电容专用接触器防止浪涌电流，并加装串联电抗器将浪 涌电流抑制在允许范围中 7、元器件的寿命 使用施耐德接触器稳定延长元器件的寿命。 8、其它 在系统设计选型上及安装时，考虑到了整个系统的接地，电容器单体 接地问题。我们还注意到了当电容器发生短路被击穿时，不致因事故而引 起爆炸。同时，在紧急处理及正常操作、维护时，应周全地考虑到操作人 员的安全性，简单性、可靠性及防误操作性。 第第 3 节节 安装与维护安装与维护 设备安放位置：补偿装置常规放置于三楼。具体结合现场情况并 与贵方技术人员交流后确定。 设备安装：与生产无关，无须停电，不影响正常生产。 并网调试：累计停电20 小时，可在例行检修时进行。 设备维护：设备正常运行基本免维护。 质 保 期：12 个月。 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 13 第 5 节 设备工作条件 海 拔：海拔高度3000m 环境温度：5510 相对温度：90（20时） 耐 粉 尘：适用于绝大多数矿热炉用户 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 14 第三部分第三部分 商务方案商务方案 第第 1 节节 工程造价工程造价 本工程总造价：149 万元。 详细报价明细 项目名称型号厂家单位数量价格 电容柜体 bch-tc-500 西安 xx台 10 105 万 工控机 pc-600 华北工控台 1 1 万 设备 部分 控制柜 bch-kc-63 西安 xx台 1 10 万 铜 管60*10 长 100 米含加工（估计值） kg1400 15 万 铜板等10*200 铜板和其它同加工件 kg 5.5 万 安装辅材绝缘材料、不锈钢、水管、水嘴、胶管、电缆等5.5 万 施工 部分 现 场 安 装 安装调试费7 万 总价149 万 第第 2 节节 效益分析效益分析 本方案中只对便于计量的增产收益和节电收益改造收益进行计算，对 难以计量的提高产品品位、延长设备寿命、减少设备维修等效益未进行计 算。 1、增产收益 提高日产量8 吨，按吨利润 400 元，年生产 330 天计算，年总增产 2640 吨，增产部分年可获收益(日增产量)(吨利润)(年生产时间) 105 万元。 2、节电收益 降低单耗 100kwh/吨。按电价 0.42 元/kwh，年生产 330 天计算，每年 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 15 节约电费(日总产量)(节电量)(电价)(年生产时间)124 万元。 3、年总收益 以上两项合计，年总收益229 万元。 4、投资回收期8 月. 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 16 第四部分第四部分 公司简况公司简况 第第 1 节节 公司简介公司简介 西安 xx 公司位于西安高新技术产业开发区，由西安 xx 冶金设备有限 责任公司和西安 xx 电力设备有限公司两个实体组成，属西安市高新技术 认定企业。中国铁合金工业协会、中国电石工业协会、中国联合钢铁协会、 中国化工节能技术协会、中国节能协会节能服务产业委员会核心会员单位。 公司致力于矿热炉低压二次补偿技术的研究与开发。本着为企业增产 降耗，提高竞争力，以高品质的产品和服务，提升客户价值的理念，长期 以来，以显著的增产降耗效果赢得广大客户认可与信任。目前，已成功开 发出了“rch 矿热炉动态无功功率补偿装置”和“rch 矿热炉无功补偿专 用电容器系列” ，拥有包括工矿企业综合电效管理系统、变压器节能运行 管理软件及系统等多项高新专利技术。公司自 2000 年成立至今，在全国 共运行矿热炉低压无功补偿系统 100 多套，市场占有率超过 80%。与西安 科技大学联合对各类工矿企业生产工艺进行研究，对自身产品不断改进、 升级。目前， “rch 矿热炉动态无功功率补偿系统，已成为解决工矿企业增 产降耗难题的最佳方案之一。 对产品和服务质量的严格苛求，使公司顺利通过 iso9001:2000 质量 管理体系认证，同时获得施耐德电气（中国）oem 合作伙伴资格；良好的 发展平台和管理体系，吸引了大量优秀人才加盟。其中教授 2 人、博士 5 人、硕士 8 人、高级工程师 6 人，60%以上员工拥有本科学历。以董事长 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 17 白玉龙先生为核心的研发团队与清华大学、西安科技大学等多所院校进行 深入广泛的科研合作。强劲的研发实力，使公司连续三年获得“科技部中 小科技企业创新基金”支持。相信随着我国节能降耗战略的推进，xx 公司 必将迎来一个崭新的明天。 第第 2 节节 公司专业技术成果公司专业技术成果 将潮流概念引入矿热炉，建立了无功潮流数学模型，获得 2003 年 度科技部中小科技企业创新基金； 针对电弧炉等高耗能设备成功开发出二次侧新型无功功率发生器 （asvg） ，获得 2004 年度科技部中小科技企业创新基金； 首次在变压器损耗计量中使用一次侧数据减去二次侧数据的方法， 并使用单位有功损耗、单位无功损耗、单位谐波电流增量、单位谐 波电压增量等概念，获得 2005 年度科技部中小科技企业创新基金； 对电弧炉等耗能设备二次侧无功功率和畸变首次进行量化，并提出 了无功功率和谐波消除就地补偿理论的实现方法：最短路径的流转 和最小幅值交换； 提出了电弧炉二次侧新型无功功率发生装置的技术标准，企业标准 已在西安市技术监督局备案，正在申报行业标准和国家标准； 联合电容器专业研究所，对国标电容器进行改造，开发出 100v、120v、150v、176v、180v、200v、220v 矿热炉二次侧无功 补偿系列专用电容器，将国标电容器的耐温标准从 50提高至 矿热炉无功补偿项目可行性研究报告 18 65； 变压器节能运行管理专家系统 v1.0;变压器损耗计量办法；电路二 次低压补偿装置；冶炼变压器的二次侧连结新型无功功率发生器的 办法。 案例 吉林临江硅铝合金厂 3 台 10000kva 工业硅炉二次低压补偿装置； 吉林铁合金股份有限公司 2 台 8000kav 电炉二次低压补偿装置； 吉林铁合金股份有限公司 2 台 25000kav 电炉二次低压补偿装置； 云维集团有限公司 210000kva 电石炉二次低压补偿装置； 乌海海吉化工 210000kva 硅锰炉二次低压补偿装置； 贵州龙腾铁合金 4500kva 硅锰炉二次低压补偿装置； 贵州龙腾铁合金 10000kva 硅锰炉二次低压补偿装置； 贵州亚冶