矿热炉谐波治理与节能方案

矿热炉是一种高能耗高谐波的电冶炼炉，上海坤友电气有限公司根据多年的工业炉工艺的了解，为矿热炉的滤波补偿提供丰富的实践经验，有针对性的提出了一套谐波治理与节能方案，滤波通道的组合合理，无功补偿，无频繁投切，运行稳定，**，使用寿命长，节能效果显著。

一、前言

矿热炉在使用中产生大量的谐波，导致电网中的谐波污染非常严重。矿热炉一般由可控硅整流装置提供直流电源。可控硅整流装置会在交流侧产生很大的无功功率和谐波电流，导致电压、电流波形严重畸变，功率因数低，造成进线电流大，变压器利用率降低，能耗增加。谐波还会干扰拉晶控制系统，造成错位、断晶、跳闸，严重影响正常生产。

矿热炉是一种高能耗的电冶炼炉，具有电阻电弧炉的特性。其功率因数是由炉内电弧及电阻R和电源回路中（包括变压器、短网、集电环及电极）的电阻R和电抗X值的大小来决定。

COSΦ＝（R＋R）／电阻R电抗X值在矿热炉运行时，一般不变动，它们取决于短网和电极布置的设计和安装。电阻R与运行时短网上各载流部件的电流密度有关，变化较小，但电阻R却是矿热炉运行时决定矿热炉功率因数的主要因数。

由于矿热炉比其它电冶炼炉的电阻弱，故其功率因数相应地也降低些。除了一般小型矿热炉的自然功率因数能达到0.9以上，而容量在10000KVA以上的中、大型矿热炉的自然功率因数都在0.9以下，矿热炉容量越大，功率因数越低。这是由于大容量矿热炉的变压器感性负载越大，短网越长，电极插入炉料较深增加了短网的电抗，因而降低了矿热炉的功率因数。

为了减少电网的损耗，提高供电质量，供电局要求用电企业的功率因数要在0.9以上，否则要对用电企业处以高额罚款。同时功率因数偏低，也会降低矿热炉的进线电压，影响电石的冶炼。故目前国内外大容量矿热炉都要加装KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置，以提高矿热炉的功率因数。

现在投运的无功补偿装置通常以补偿装置的接入点分为下列两种方式：

1.补偿装置接入矿热炉变压器高压侧，称高压补偿；

2.补偿装置接入矿热炉变压器低压侧，称低压补偿；

二、无功补偿装置

1.高压补偿

矿热炉变压器高压侧电压一般为10KV、35KV、或110KV。高压补偿又分两种：一种是直接将补偿装置接于高压侧；另一种是通过补偿变压器接于高压侧。用相应电压等级的补偿装置（包括电力电容器、开关、电抗器、避雷器、保护等成套设备，下同），直接接入矿热炉变压器高压侧（补偿装置接在矿热炉变压器进线端），也可以直接在变电站中，单独或集中补偿。其特点是：

1）设备简单，投资少；

2）补偿装置出现故障时电流不通过矿热炉变压器；

3）补偿装置不受矿热炉变压器接线变换及矿热炉其它方面变化的影响。

2.低压补偿

2.1原理

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接入矿热炉的二次侧的无功补偿装置。该装置不仅是无功功率补偿原理的*好体现，还可以使矿热炉的功率因数在较高值运行，降低短网和一次侧的无功消耗，消除3次、5次、7次谐波。调平三相功率，提高变压器的输出能力。控制的重点使三相功率不平衡度下降，达到三相功率相等。使坩锅扩大、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。

此技术属于将原来成熟的就地补偿技术应用到矿热炉的二次低压侧，由电容器产生的无功功率，通过短线路，一部分通过矿热炉变压器由系统吸收，另一部分补偿矿热炉变压器，短网和电极的无功损失，增加了输入矿热炉的有功功率。同时采用了分相补偿，使矿热炉内三相电极上的有功功率相等，达到提高功率因数，减小三相功率不平衡和改善生产指标的效果。采用低压就地补偿／滤波技术优点：

1、低压补偿可以提高变压器、大电流线路利用率，增加冶炼有效输入，

2、改善三相不平衡。

3、降低高次谐波值。

4、减小变压器及网路附加损耗，可以消除力调电费，节能降耗。

5、提高矿热炉变压器有功出力，从而提高产量，增加经济效益。

三、工程实例分析

上海坤友电气有限公司现以在铁合金厂安装一套KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置，安装了KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置效果是明显的。不但实现了高压补偿提高进线电压的、电网功率因数的目标，而且增加了输入矿热炉内的有功功率，达到了矿热炉节能降耗增加产量的、降低生产成本目的，对提高矿热炉经济效益起到实质性作用。根据分析多台安装KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置，矿热炉的生产指标得出：在KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置投用后，电炉变前的功率因数能达到0.90以上，有些甚至达到0.94，矿热炉的功率因数也能有很大的提高。在使一次电流电流降低15A左右的同时，有功功率可提高3000KW左右，节能降耗3％以上，增产10％以上，使矿热炉的运行参数和消耗指标得到很大的改善。

根据该矿热炉用户所传的数据，和上海坤友电气有限公司多年来在此行业总结的经验，所确定的补偿方案如下：

有3台10000KVA的单相电炉变压器，根据矿热炉的工作特性和客户提供的测量数据，功率因数按0.78计算，预计安装后功率因数达到0.98计算，10000KVA的电炉变压器补偿容量为6000KVAR；谐波电压总畸变率（％）及5次谐波含有率（％）均超过国家标准，根据矿热炉电流变化较快，建议安装上海坤友电气有限公司生产的KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置，能够快速跟踪投切，达到理想的补偿效果。

*终确定安装目前市场上先进的上海坤友电气有限公司生产的KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置；即可解决电炉系统的谐波污染严重及功率因数低的问题。

3.1KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置功效

通过抑制和吸收谐波、杜绝谐振的发生、减少损耗、清洁电网、改善系统用电环境。

1、不会出现谐振爆炸现象；。

2、降低配电网的功率损耗、增加电网输电能力、提高设备利用率；

3、降低用电设备（电机）的能耗，改善运行条件；

4、保护设备、延长设备寿命、减少维修费用；

5、节约电能，提高功率因数，功率因数达到0.92以上；

6、改善电压质量，保证设备正常运行；。

7、谐波控制在国家标准以内。

3.2效益分析

电炉变压器低压侧通过上上海坤友电气有限公司的KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置，功率因数由原来的0.78左右提高到0.98，这样会使电炉原来的负荷电流大幅度的下降，会减少大量的线路损耗，为企业创造大量的经济效益，以下从几个方面说明产生的效益。

1）降低变压器的占有率：

通过安装KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置可降低变压器的占有率，扩充变压器容量，充分发挥投资效率，减轻变压器长期长期超负荷的负担，为企业创造了较大的效益。

电炉变压器的容量为30000KVA，实际运行容量为：30000×115％＝34500，低压侧安装动态滤波及无功补偿装置前功率因数为0.78左右，安装后功率因数达到0.98以上。

安装KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置后变压器的电流下降，从而炉变压器容量的占有率也下降，减轻了变压器的负担，延长了变压器的使用寿命，减少了日常维护费用。

2）电炉变压器通过安装上海坤友电气有限公司的KYLB-KR矿热炉短网低压无功补偿及谐波治理装置后线路中的无功电流大大减少，从而大大减少%E