矿热炉技术简介

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第1节 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电网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0.82；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谐波电流，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工况，提高产量改善产品品质，进行静止无功发生器改造是必行方式。无功改造后炉变的有功输出可以增加10%～20%，增产可以达到8%～15%，有功损耗可以降低20%～60%，吨能耗可以降低2%～5%。

第2节 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  KVA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二次低压静止无功发生器是属于将最新的动态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IGBT功率模块组成的补偿回路流转，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、消除谐波的同时，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0.98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、抑制闪变、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。炉变的有功输出可以增加10%～20%，增产可以达到8%～15%，有功损耗可以降低20%～40%，吨能耗可以降低1%～3%。矿热炉动态无功功率补偿技术，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拟的优势。属可靠、成熟、高效的技术。
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，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0.82左右，这只对供电部门有利，对电力用户没有多大好处。矿热炉低压无功补偿是利用现代控制技术和短网技术将直接经IGBT功率模块组成的补偿回路组接入电石炉的二次侧的无功补偿装置。该装置可以使电炉的功率因数在0.98以上运行、降低短网和一次侧的无功消耗、调平三相功率、滤除谐波、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，使钳锅扩大，热量集中，提高炉面温度，使反应加快，延长电石炉短网和电极设备寿命以及减少电石单吨电耗、提高产品质量、增加电石产量的积极作用。无功功率补偿的特点只能补偿它接入点之前的无功损耗，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0.98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。

对比项目

高压侧补偿

HTF-0.2口-矿热炉低压侧补偿

功率因数

0.92以上

0.98以上

提高电压

仅限35KV侧

35KV侧和断网电压

补偿范围

仅限35KV网络

接入点之前的电网

增加产量

不增产

增产10%以上

降低电耗

不降低电耗

降低电耗6%以上

炉况

对炉况无影响

改善炉况使其更稳定

三相不平衡

不可控制

可控制

产品质量

不改善

提高合格率和品位

第3节 技术特点

1. 在大量运行基础上，率先建立了矿热炉无功分布，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。
2. 依据实际运行工况专业设计，补偿效果更佳。
3. 具备抗谐波功能，更保障系统安全HTF-0.2口-是可控电流源，只补偿基波无功电流，系统谐波电流不会造成补偿设备损坏，使其寿命延长、维护工作量少。同时避免串电抗的电容器组可能造成的谐波放大，防止系统其他设备及补偿设备因谐波过电压而损坏。
4. 动态连续平滑补偿，毫秒级的响应速度使对电压闪变的补偿效果更好。HTF-0.2口-跟随负载变化，动态连续补偿功率因数，可以发无功，也可以吸收无功，彻底杜绝了无功倒送的问题。满足中华人民共和国国家标准《GB 12326-2000 电能质量 电压波动和闪变》的要求。
5. 分相补偿，能够解决负荷的三相不平衡问题

HTF-0.2口-可以有效地实现相位间的电能交换。尽管用户负荷不是三相平衡的，但是该装置可以吸收变压器三相送过来的电能，并进行重新交换和分配给每相用户使用，使得变压器送出的是平衡功率。三相供电平衡后，中线电流会大大减小，满足其设计容量。满足中华人民共和国国家标准《GB/T 15543 1995 电能质量 三相电压允许不平衡度》的要求。

1. 补偿电流谐波。本装置不会产生谐波,而且在补偿无功的同时动态补偿谐波。滤波效果达到GB/T14549-93标准和IEEE 519-1992标准.采用了瞬时电流检测理论，可以有效地检测并分离出需要补偿的电流谐波，及时准确地发出指令实现电流谐波补偿。除此之外，对于某些由电流谐波引起的电压畸变，也有明显的改善效果。
2. 电流源特性，输出无功电流不受母线电压影响。SVG用于电压控制时具备很大的优势，系统电压越低，越需要动态无功支撑电压，SVG输出无功电流与系统电压没有关系。
3. 友好的人机交互界面，实时显示当前运行工况，操作更方便；采用触摸操作式LCD液晶显示屏，运用先进的无功功率算法，根据电压、电流和所需无功，自动投切电容器组，具有自动手动投切转换功能。
4. 配置矿热炉专用能效管理软件，实时显示矿热炉运行参数并传送到矿热炉操作平台，为工作人员工序操作提供便利，具有故障记录和自动生成报表的功能（日报表，月报表，年报表），运行记录查询打印更方便。
5. 用高分断开关实现补偿设备与短网的电气隔离，补偿设备检修、调试或故障时不会影响生产；
6. 整套装置工厂预装，现场安装快捷，避免了设备安装调试对生产的影响。
7. 特殊的防尘耐高温设计，特别适用于矿热炉现场恶劣的运行工况。
   第二部分 补偿技术方案
   第1节 电炉变压器运行参数根据提供的数据，补偿经验，建议该炉采用低压动态补偿得合理方案，具体参数如下。

电炉变压器额定容量(kVA)

实际运行总功率    (kVA)

一次侧运行电压    (kV)

一次侧运行电流    (A)

运行最大有功功率  (kW)

实际运行无功功率  (kvar)

功率因数cosφ

二次侧冶炼电压　  (V)

产品平均单耗      (kWh/吨)

日产量            (吨/天)

第2节补偿设备组成

1. 系统构成：智能型矿热炉专用低压无功补偿装置主要由控制系统、执行系统、监视系统、保护系统和通风除尘系统等组成。
2. 控制系统：由基于DSP28335构成的硬件和SVPWM控制算法等，结合先进的IGBT模块作控制单元，跟随负载变化，动态连续补偿功率因数，可以发无功，也可以吸收无功。
3. 能效管理系统：由一台通用计算机和专用监控软件所构成，实时显示运行电气参数，存储运行事件记录和故障事件记录，自动生成年、月、日运行报表，具有设定存储时间间隔功能，对故障事件发出声音报警并提示故障原因，指导运行维护人员操作。
4. 保护系统：具备过压、欠压、过流、速断、温度过高及压力过高等保护；
5. 通风除尘系统：确保箱内良好的通风散热条件保证箱内通过足量洁净空气冷却设备，除尘机组还具有专用集尘斗存储灰尘，定期清理除尘斗内灰尘即可保持柜内清洁，确保设备具有良好的运行环境。第3节 补偿方案
6. 电能质量考核点（PCC）：矿热炉变压器侧；
7. 补偿容量的选择本方案矿热炉低压侧无功动态补偿技术进行增产降耗节能改造，功率因数从cosφ0.8 提高到cosφ0.98，理论补偿容量：kvar，实际选择容量  kvar。
8. 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。

功率因数Cosφ

提高：

二次侧电压　    (V)

提高：

实际运行总功率　(kVA)

提高：

运行一次侧电流  (A)

提高：

运行一次侧电压  (kV)

提高：

运行最大有功功率 (kW)

增加：

运行无功功率    (kvar)

减少：

产品平均单耗    (kWh/吨)

减少：

日产量   (吨/天)

增产率(%)

≥  10%

第4节 无功补偿设备配置

1. 补偿容量及分组方式根据矿热炉额定参数及运行情况，按照炉变长期1.50倍过载运行，使运行功率因数由0.8提高到0.98，低压补偿安装容量应为   kvar。采用单相补偿方式，每相分别控制，动态调节各自功率因数。柜内主母线采用铜管母线，支母线采用铜母排。柜内安装温度传感器，实时监测柜内温度变化，自动启动通风设备，保证设备处于良好的工作环境，并能够在温度超过设定值时系统退出运行。在控制回路配置稳压电源确保交流配电不正常时补偿设备能够可靠工作，补偿设备运行时，实时动态补偿系统无功，使功率因数提高到预设值，配置矿热炉专用后台监控设备，将矿热炉运行参数实时传送到矿热炉操作平台，指导工作人员操作。
2. 柜体尺寸及并柜方案

根据矿热炉现场位置，低压补偿设备共设计柜体组3组，每组柜体主母线采用2进2出Ф70*10铜管母线，每相安装1组；针对矿热炉现场严重污秽的冶炼环境，每1组柜体安装1套大功率通风除尘设备，保证柜体组内通过洁净空气冷却设备，确保柜内具有良好的通风散热条件，并保持柜内清洁，确保设备具有良好的运行环境。柜体选用专用型全密封低压开关柜，柜体材料为冷轧钢板，柜体尺寸1000（宽）*1200（深）*2200（高），共计9面，控制柜共3面，柜体底座3套，专用除尘机组3套，功率模块柜、控制柜及除尘机组安装在矿热炉变压器所在楼层。

1. 补偿设备平面布置图补偿设备的接入点为矿热炉短网铜管与水冷电缆的连接处集电环上，补偿电流能够均匀分布在全部铜瓦上，避免矿热炉短网铜管因运行不平衡而局部过热。在补偿设备短网铜管集电环处引入冷却水，每相需2路进水2路回水，共需6路进水6路回水，冷却水由进水管道流过补偿设备短网到达补偿设备母线然后再回到补偿设备短网最后通过回水管道回到冷却池，保证补偿设备短网的正常工作。补偿设备的安装位置根据现场实际情况确定。
2. 低压补偿装置工作电源该低压补偿装置工作电源采用三相四线制交流电，供电容量需达到30kW以上，由补偿装置本身自带稳压系统保证补偿装置控制系统工作电压，保证整个装置可靠正常工作。
3. 监控设备及通讯方式选用通用计算机，配置矿热炉专用后台监控软件，具有485、232、以太网三种通讯方式，适合各种应用场所，实时显示矿热炉运行参数并传送到矿热炉操作平台，为工作人员工序操作提供便利，具有故障记录和自动生成报表的功能（日报表，月报表，年报表），运行记录查询打印更方便。
4. 冷却方式补偿设备主母线采用铜管和水冷电缆，利用循环水进行冷却，电容柜内采用强制风冷，控制柜内采用空调制冷，整套设备全密封运行，避免灰尘进入，通过除尘机组向功率模块柜内送入洁净空气，确保设备处于较好的运行环境。
5. 主要元器件

除尘机组

补偿柜

控制柜

DELL计算机附带通信卡一套能效管理软件

电流互感器测量短网电流水冷铜管母线附件

一/二次图册合格证使用说明书屏柜钥匙注：因补偿设备现场安装位置不能确定，上表中序7所列材料为估算用量，实际用量需根据现场安装位置进行调整。

第5节 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低压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。HTF-0.2口-无功发生器跟随负载变化，动态连续补偿功率因数，可以发无功，也可以吸收无功，彻底杜绝了无功倒送（过补）的问题。
2. 二次电压降档使用的运行风险调低运行电压的目的是为了减小由于无功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。
3. 接地及安全在系统设计选型上及安装时，考虑到了整个系统的接地问题。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6节 安装与维护设备安放位置：补偿装置常规放置于靠近设备点。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。第7节  设备工作条件海    拔：海拔高度≤4000m环境温度：－40℃~＋70℃相对温度：≤90％（＋20℃时）耐 粉 尘：适用于矿热炉用户。

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