礦熱爐短網(wǎng)濾波就地補償?shù)脑砑凹夹g(shù)特點
前言
針對礦熱爐變壓器低壓側(cè)短網(wǎng)的大量無功消耗和不平衡性，采用兼顧有效提高功率因數(shù)實施就地濾波補償節(jié)能技術(shù)改造，從技術(shù)上來講是可靠、成熟的，從經(jīng)濟上來講，投入和產(chǎn)出是成正比的。在礦熱爐低壓側(cè)針對短網(wǎng)無功消耗和其布置長度不一致導致的三相不平衡現(xiàn)象而實施的就地濾波補償，無論在提高功率因數(shù)、吸收諧波，還是在增產(chǎn)、降耗上，都有著高壓補償無法比擬的優(yōu)勢。通過平衡、提高三相電極向爐膛的輸入功率, 從而達到提高產(chǎn)量、質(zhì)量和降低電耗的目的，為企業(yè)在改善用電系統(tǒng)功率因數(shù)、諧波達標的基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)能減排、低碳經(jīng)濟提供了一個新的思路和途徑。
2. 基本原理
礦熱爐電弧冶煉的功率因數(shù)都比較低，一般在0.75 左右，這樣就需要對供電線路進行無功補償，使功率因數(shù)提高到國家規(guī)定的0 .90 或以上，以達到平衡電網(wǎng)無功的目的。針對電弧冶煉工藝而言，無功的產(chǎn)生主要是由電弧電流引起的，而短網(wǎng)的大電流特征決定了無功主要以無功電流的形式體現(xiàn)在短網(wǎng)上，從而造成短網(wǎng)上的有效壓降，對無功功率在低壓側(cè)進行補償，則大量無功電流將直接經(jīng)低壓電容器和電弧形成的回路流過，而不再經(jīng)過補償點前的短網(wǎng)、變壓器及供電網(wǎng)路，從而在提高功率因數(shù)的同時，提高了變壓器的有效輸出功率，降低了變壓器、短網(wǎng)的無功消耗。
3. 礦熱爐短網(wǎng)無功就地濾波補償?shù)奶攸c
3.1 提高變壓器、大電流線路的利用率，增加冶煉有效輸入功率
針對電弧冶煉而言，無功的產(chǎn)生主要是由電弧電流引起的，將補償點前移至短網(wǎng)，就地補償短網(wǎng)的大量無功消耗，提高變壓器的出力，增加冶煉有效輸入功率。
由于提高了變壓器的載荷能力，變壓器向爐膛輸入的功率將會增大，為提高日產(chǎn)創(chuàng)造了必要條件，對一些不能運行在爐變額定檔位的礦熱爐子來說，更加具有促進和改善作用。
另外，對不能運行在爐變額定檔位的礦熱爐，低壓無功就地補償可以使其在爐變低壓側(cè)的無功平衡后達到額定運行狀態(tài)，其改善后的產(chǎn)量和單耗指標更為可觀，一般增產(chǎn)可達到10%、單耗降低2-3%。
3.2 不平衡補償，改善三相的強、弱相狀況，增產(chǎn)、 降耗
由于三相短網(wǎng)布置的不平衡，三相不同的電壓降就導致了強、弱相現(xiàn)象的形成。從理論上來講，料的熔化功率是與電極電壓和料比電阻成函數(shù)關(guān)系的，可以簡單表示為P=U2/R。
從這一基本點出發(fā)，在三相短網(wǎng)與電極之間相同長度的基本相等點，采取單相并聯(lián)的方式進行無功補償，綜合調(diào)節(jié)各相補償容量，使三相電極的有效工作電壓一致，平衡電極電壓，均衡三相吃料，改善三相的強、弱相狀況。在補償后根據(jù)爐況調(diào)節(jié)冶煉檔位和相關(guān)工藝參數(shù)，使電極作業(yè)面積擴大，達到增產(chǎn)、降耗的目的。
在低壓側(cè)實施三相等量補償是顯而易見的工程方法，其設(shè)計思想是在該相補償容量內(nèi)再依據(jù)補償點的運行電壓水平調(diào)節(jié)補償容量，但在運行中可以發(fā)現(xiàn)-- 三相補償容量實際是不一致的, 這一點從礦熱爐高壓補償上可以得到驗證, 即: 高壓無功補償?shù)膶嶋H運行電流三相是不等的。
Qc=Qe(Uc/Ue)2Ic=Qc/Uc。Uc- 電容器端電壓，Ic- 電容器電流，Qc-- 電容器實際容量，Qe-- 電容器額定容量，Ue-- 電容器額定電壓。
導致以上的根本原因是補償點的電壓不同, 而電容器的額定電壓相同，因此各相實際的補償容量是不一致的( 受電容器電壓的鉗制), 所以在高壓側(cè)的無功補償表現(xiàn)為實際運行電流三相不等。由于三相補償點電壓水平不一，為了使補償后三相補償點的運行電壓基本一致，那么三相實際補償容量必然不同。從實踐上看：Z強相的短網(wǎng)Z短，其補償點的相電壓降Z大，則其補償量Z大，其余兩相次之。
導致以上的根本原因是補償點的電壓不同, 而電容器的額定電壓相同，因此各相實際的補償容量是不一致的( 受電容器電壓的鉗制), 所以在高壓側(cè)的無功補償表現(xiàn)為實際運行電流三相不等。由于三相補償點電壓水平不一，為了使補償后三相補償點的運行電壓基本一致，那么三相實際補償容量必然不同。從實踐上看：Z強相的短網(wǎng)Z短，其補償點的相電壓降Z大，則其補償量Z大，其余兩相次之。
由于三相的補償容量不均，補償裝置必須充分考慮冶煉電壓檔位、三相短網(wǎng)的各自壓降以及電抗器壓降對電容器運行電壓的影響, 以確保運行時在不均衡容量補償?shù)那疤嵯逻_到設(shè)計值要求。
量體裁衣的設(shè)計使電容器在安全、接近Z大容量運行的情況下，三相短網(wǎng)的補償點運行電壓水平基本一致，從而節(jié)約投資成本、縮短回收期。
3.3、降低高次諧波，減小變壓器及網(wǎng)路附加損耗，提高電力品質(zhì)。
冶煉變壓器勵磁需要3 次諧波，同時電弧冶煉時會產(chǎn)生高次諧波，尤其以3、5、7、11 次Z為嚴重，如不對此加以限制和吸收，必然惡化電力品質(zhì)，無論對冶煉設(shè)備還是補償裝置，都會產(chǎn)生不利的影響。因此在濾波裝置中，我們會根據(jù)冶煉的諧波狀況將并聯(lián)電容器設(shè)計成濾波回路。根據(jù)公式：
Un=In（nXL-XC/n）→ 0
Un- 諧波電壓， In- 諧波電流，XL- 電抗器感抗值， XC- 電容器容抗值。
為抑制和吸收n 次以上諧波，應(yīng)使L-C 調(diào)諧頻率小于n×50Hz。針對3、5 次諧波，我們將調(diào)諧頻率分別設(shè)計為134Hz、189Hz，以吸收3、5 次諧波。
3.4 有效提高功率因數(shù)
礦熱爐的無功消耗主要在變壓器和短網(wǎng)上，實施低壓無功就地補償，不僅補償了短網(wǎng)和變壓器的損耗，還能補償高壓線路的損耗。 相比高壓補償而言,低壓無功就地濾波補償裝置在低壓側(cè)提供了很大的無功電流，使功率因數(shù)的改善對用戶更加有實際意義。
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