礦熱爐諧波治理與節能方案

礦熱爐是一種高能耗高諧波的電冶煉爐，上海坤友電氣有限公司根據多年的工業爐工藝的了解，為礦熱爐的濾波補償提供豐富的實踐經驗，有針對性的提出了一套諧波治理與節能方案，濾波通道的組合合理，無功補償，無頻繁投切，運行穩定，**，使用壽命長，節能效果顯著。

一、前言

礦熱爐在使用中產生大量的諧波，導致電網中的諧波汙染非常嚴重。礦熱爐一般由可控矽整流裝置提供直流電源。可控矽整流裝置會在交流側產生很大的無功功率和諧波電流，導致電壓、電流波形嚴重畸變，功率因數低，造成進線電流大，變壓器利用率降低，能耗增加。諧波還會乾擾拉晶控製係統，造成錯位、斷晶、跳閘，嚴重影響正常生產。

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

COSΦ＝（R＋R）／電阻R電抗X值在礦熱爐運行時，一般不變動，它們取決於短網和電極布置的設計和安裝。電阻R與運行時短網上各載流部件的電流密度有關，變化較小，但電阻R卻是礦熱爐運行時決定礦熱爐功率因數的主要因數。

由於礦熱爐比其它電冶煉爐的電阻弱，故其功率因數相應地也降低些。除了一般小型礦熱爐的自然功率因數能達到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都在0.9以下，礦熱爐容量越大，功率因數越低。這是由於大容量礦熱爐的變壓器感性負載越大，短網越長，電極插入爐料較深增加了短網的電抗，因而降低了礦熱爐的功率因數。

為了減少電網的損耗，提高供電質量，供電局要求用電企業的功率因數要在0.9以上，否則要對用電企業處以高額罰款。同時功率因數偏低，也會降低礦熱爐的進線電壓，影響電石的冶煉。故目前國內外大容量礦熱爐都要加裝KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置，以提高礦熱爐的功率因數。

現在投運的無功補償裝置通常以補償裝置的接入點分為下列兩種方式：

1.補償裝置接入礦熱爐變壓器高壓側，稱高壓補償；

2.補償裝置接入礦熱爐變壓器低壓側，稱低壓補償；

二、無功補償裝置

1.高壓補償

礦熱爐變壓器高壓側電壓一般為10KV、35KV、或110KV。高壓補償又分兩種：一種是直接將補償裝置接於高壓側；另一種是通過補償變壓器接於高壓側。用相應電壓等級的補償裝置（包括電力電容器、開關、電抗器、避雷器、保護等成套設備，下同），直接接入礦熱爐變壓器高壓側（補償裝置接在礦熱爐變壓器進線端），也可以直接在變電站中，單獨或集中補償。其特點是：

1）設備簡單，投資少；

2）補償裝置出現故障時電流不通過礦熱爐變壓器；

3）補償裝置不受礦熱爐變壓器接線變換及礦熱爐其它方麵變化的影響。

2.低壓補償

2.1原理

低壓補償是利用現代控製技術和短網技術將大容量、大電流的超低壓電力電容接入礦熱爐的二次側的無功補償裝置。該裝置不僅是無功功率補償原理的*好體現，還可以使礦熱爐的功率因數在較高值運行，降低短網和一次側的無功消耗，消除3次、5次、7次諧波。調平三相功率，提高變壓器的輸出能力。控製的重點使三相功率不平衡度下降，達到三相功率相等。使坩鍋擴大、熱量集中，提高爐麵溫度，使反應加快，達到提高產品質量、降耗和增產的目的。

此技術屬於將原來成熟的就地補償技術應用到礦熱爐的二次低壓側，由電容器產生的無功功率，通過短線路，一部分通過礦熱爐變壓器由係統吸收，另一部分補償礦熱爐變壓器，短網和電極的無功損失，增加了輸入礦熱爐的有功功率。同時采用了分相補償，使礦熱爐內三相電極上的有功功率相等，達到提高功率因數，減小三相功率不平衡和改善生產指標的效果。采用低壓就地補償／濾波技術優點：

1、低壓補償可以提高變壓器、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、減小變壓器及網路附加損耗，可以消除力調電費，節能降耗。

5、提高礦熱爐變壓器有功出力，從而提高產量，增加經濟效益。

三、工程實例分析

上海坤友電氣有限公司現以在鐵合金廠安裝一套KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置，安裝了KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置效果是明顯的。不但實現了高壓補償提高進線電壓的、電網功率因數的目標，而且增加了輸入礦熱爐內的有功功率，達到了礦熱爐節能降耗增加產量的、降低生產成本目的，對提高礦熱爐經濟效益起到實質性作用。根據分析多台安裝KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置，礦熱爐的生產指標得出：在KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置投用後，電爐變前的功率因數能達到0.90以上，有些甚至達到0.94，礦熱爐的功率因數也能有很大的提高。在使一次電流電流降低15A左右的同時，有功功率可提高3000KW左右，節能降耗3％以上，增產10％以上，使礦熱爐的運行參數和消耗指標得到很大的改善。

根據該礦熱爐用戶所傳的數據，和上海坤友電氣有限公司多年來在此行業總結的經驗，所確定的補償方案如下：

有3台10000KVA的單相電爐變壓器，根據礦熱爐的工作特性和客戶提供的測量數據，功率因數按0.78計算，預計安裝後功率因數達到0.98計算，10000KVA的電爐變壓器補償容量為6000KVAR；諧波電壓總畸變率（％）及5次諧波含有率（％）均超過國家標準，根據礦熱爐電流變化較快，建議安裝上海坤友電氣有限公司生產的KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置，能夠快速跟蹤投切，達到理想的補償效果。

*終確定安裝目前市場上先進的上海坤友電氣有限公司生產的KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置；即可解決電爐係統的諧波汙染嚴重及功率因數低的問題。

3.1KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置功效

通過抑製和吸收諧波、杜絕諧振的發生、減少損耗、清潔電網、改善係統用電環境。

1、不會出現諧振爆炸現象；。

2、降低配電網的功率損耗、增加電網輸電能力、提高設備利用率；

3、降低用電設備（電機）的能耗，改善運行條件；

4、保護設備、延長設備壽命、減少維修費用；

5、節約電能，提高功率因數，功率因數達到0.92以上；

6、改善電壓質量，保證設備正常運行；。

7、諧波控製在國家標準以內。

3.2效益分析

電爐變壓器低壓側通過上上海坤友電氣有限公司的KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置，功率因數由原來的0.78左右提高到0.98，這樣會使電爐原來的負荷電流大幅度的下降，會減少大量的線路損耗，為企業創造大量的經濟效益，以下從幾個方麵說明產生的效益。

1）降低變壓器的占有率：

通過安裝KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置可降低變壓器的占有率，擴充變壓器容量，充分發揮投資效率，減輕變壓器長期長期超負荷的負擔，為企業創造了較大的效益。

電爐變壓器的容量為30000KVA，實際運行容量為：30000×115％＝34500，低壓側安裝動態濾波及無功補償裝置前功率因數為0.78左右，安裝後功率因數達到0.98以上。

安裝KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置後變壓器的電流下降，從而爐變壓器容量的占有率也下降，減輕了變壓器的負擔，延長了變壓器的使用壽命，減少了日常維護費用。

2）電爐變壓器通過安裝上海坤友電氣有限公司的KYLB-KR礦熱爐短網低壓無功補償及諧波治理裝置後線路中的無功電流大大減少，從而大大減少%E