高、中、低压多种无功补偿方式在矿热炉上的应用对比

1、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、低压侧三种不同位置接入补偿装置进行了应用对比。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

2、器等）的容量，产生设备购置损失，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。电炉无功补偿装置好的补偿装置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；1、

3、 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。2 如果不能实现动态补偿，那么针对三相负载不平衡进行的分相补偿也就没有意义，所以，高、中压补偿不能实现

4、分相补偿，对电炉相不平衡没有任何作用。3 高、中压电容器提供的无功电流必然全部流经电炉变压器绕组，没有改变“无功输送挤占有功输送能力”的状态，电炉设备不能发挥出应有能力的问题得不到解决。4 中压补偿电容器接入炉变三次侧，在本质上与在一次侧接入的高压补偿没有区别，所有弊端都不可避免（出现这种应用的原因主要是可以降低电容器电压等级，在国内高电压等级电容器技术不成熟之前替代使用）。并且，中压电容补偿接入三次侧后，额外的交变电磁应力将作用于变压器绕组，进行中压补偿必须对绕组的固定结构进行特别设计处理，否则容易损坏绕组线圈。5 高压电容补偿投用后，将普遍提高高压进线侧电压，特别是35kV以下电压等级线路

5、电压，会导致动力变一次电压升高，使动力变二次电压高于设备额定电压，对10kV、690V、380V、220V用电设备存在普遍的过压损伤风险。6 如果设计得当，电炉负荷稳定，则高、中压补偿可以有效提高一次侧功率因数至0.9以上（对二次侧没有任何作用），由高、中压补偿电容器对炉变直接提供所需的部分无功，大量无功电流不再流经供电局降压站变压器及供电线路，对供电局非常有利。2、 高压SVC（SVG）对矿热炉目前缺乏实用性1 SVC（SVG）采用了最新的电力电子原件和先进的控制技术，能够满足动态、分相补偿的需要。其基本原理和结构不是本文重点，不做阐述。2 SVG（SVC）接入高、中压侧，上文所描述的此种接

6、入方式的弊端同样全部存在。3 SVG（SVC）设备自身有相当的发热量，需要良好的工作环境，应用于矿热炉，必须进行良好的密封和冷却，否则故障率较高。4 SVG（SVC）目前的价格较高，应用于节能降耗领域，其性价比较差。3、 低压补偿是目前矿热炉无功补偿的最佳方式接入炉变二次侧电炉短网的低压补偿方式，具有高、中压补偿无可比拟的优越性：1 补偿系统经电炉短网向电炉提供所需的大部分无功，在短网接入点就截留了大部分原来必须经由供电局线路、降压站、炉变向电炉提供的无功电流，大量的无功电流不再流过炉变二次线圈，也就不会在一次线圈、三次线圈内产生感应电流，所以在电炉有功负荷不变的同等条件下，炉变一次电流明显下

7、降、负荷降低，减少了炉变自身损耗。2 炉变负荷降低后，就有能力再提高负荷，增加入炉有功，提高产能，提高产量。3 低压补偿提高了短网电压，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。4 产能、产量提高，炉变自身损耗率和电炉能量耗散率降低，必然能够使产品单耗降低。5 低压补偿可以采用低压电容器直接接入短网，如使用单相电容器，由低压接触器类元件进行投切，加上好的控制技术，可以实现动态分相补偿。但低压电容补偿系统需要解决很多工程技术问题，好的系统具有相当的技术含量，本文将在后面进行阐述。6 除采用低压电容直接接入电炉短网进行补偿外，低压补偿还可以

8、采用低压SVG技术和高压电容降压接入低压侧的补偿方式，同样具有低压补偿方式所固有的上述优越性4、 采用高压电容器经补偿变压器降压接入低压侧的补偿方式由于在电炉低压侧短网接入电容补偿具有无可比拟的优越性，而采用低压电容直接接入短网具有相当的工程技术困难，很早以前就出现了采用高压电容器通过补偿变压器降压接入电炉低压侧短网的低压补偿方式。但此方式存在很多不足，至少包括：1. 增加了降压变压器（容量不小于炉变容量的40%），设备投资和损耗必然增加。2. 由于采用的是高压电容器，要满足补偿容量随负荷波动的动态补偿仍然不现实，同样分相补偿也难以实现。3. 除非补偿变压器也采用有载调压，否则炉变二次侧电压调

9、整对高压电容器的工作状态有很大影响。4. 电炉二次侧谐波经补偿变压器对高压电容器的寿命有不利影响。5、 低压SVG补偿理论上，SVG具备最好的动态、分相、自动补偿性能，可以直接接入电炉短网，但应用于矿热炉，目前有一些难以逾越的障碍：1. 相对于低压电容动态自动补偿，SVG投资太大，至少是510倍，性价比太差。2. 大容量SVG发热量大而集中，需要独立的冷却系统。3. SVG对环境要求较高，在矿热炉生产现场，维护困难，连续运行性能较差。4. 目前投用的低压SVG，为降低成本，并非由SVG提供电炉无功需求全部容量，而是通常采用SVG+低压电容静态补偿装置的方式，电容器与SVG补偿容量比通常为10-

10、20:1甚至更高，SVG单机容量不超过300kVar，相较于大型矿热炉动辄数万kVar的补偿量，SVG容量太小，依靠SVG所能实现的动态范围太窄，不能满足矿热炉生产过程中动态无功的实际需要，这种SVG的系统整体表现就像一套低压电容静态补偿系统。三、新迈科技“矿热炉低压电容动态无功自动补偿节能增产系统”云南新迈科技有限公司历经三年自主研发，三年实践应用，所生产的“矿热炉低压电容动态无功自动补偿节能增产系统”，是目前最为先进实用的矿热炉低压电容动态补偿系统。系统核心技术为自主研发的模糊逻辑动态控制技术，在实际工业生产自动化控制领域，对于多变量、大滞后系统表现出非常良好的动态稳定适应性。以电炉而言，

11、三相负载不平衡和负荷波动是由电炉工艺所决定的、在目前的电炉运行控制系统性能解决不了的固有特性。新迈自主研发的模糊逻辑动态补偿技术，将电压、电流、功率因数、时序等参数通过模糊逻辑运算后自动控制电容器组投切，总体上补偿容量动态响应炉况波动，通过分相调节无功电流，在一定程度上填平二次侧相电压、电流缺口，使电炉控制稳定性大大提高。并且，整个补偿系统高度自动化，在生产过程中根本不用对补偿系统进行任何操作和管理，系统随炉启停，补偿容量动态响应负荷和炉况变化，可以说，我们研发的这一模糊逻辑动态补偿技术实现了对电炉补偿的闭环控制。此外，新迈的低补系统具有六项前所未有的创新应用，以解决同类低补装置常常出现的高发

12、热、熔断器太易损而不能使用、接触器和电容器短命、电容柜燃烧、元器件爆炸、整体装置可靠性差、寿命短、性能衰减快、有效投用时间短等普遍存在的问题。区别于同类系统，新迈科技的低补系统除了性能和技术指标的突出优势外，还具有：系统自身发热损耗远低于同类系统，所以仅需要自然风冷即可；从未出现电容器、熔断器、接触器等元器件爆炸、燃烧事故，偶见烧损均由于紧固螺栓松动后接触电阻所致；补偿室内温暖、安全、安静；三年以来，经多种电炉、产品和工况实践对比，新迈的“低压电容动态无功自动补偿节能增产系统”，由于采用了模糊逻辑动态控制技术，具有相当明显的领先优势：可提高并稳定炉变功率因数至0.95以上，一般设定值0.93；有效降低炉变一次及二次电流10%-25%；提高并平衡二次电压2%-5%；不平衡度降低30%-80%；提高冶炼强度及反应效率，增加产量5%-25%，降低电单耗3%-12%，降低产品的综合单位成本2%-15%。技术优势产生了性能优势，也保证了质量优势，三年以来，新迈完成的低补系统，以前所未有的质量寿命和安全性得到了客户的一致认可，如下业绩，可供评说。项目名称电炉实际容量煤化集团云维股份有限公司电石分厂1#、2#电石炉