矿热炉两种补偿方式的利弊分析

谢广超

摘要：矿热炉是一种耗能巨大的工业生产设备，电能占到全部成本的70%以上，且当前的矿热炉功率因数地下，绝大多数的自然功率因素均在0.7-0.8之间。同时由于其三相电极之间电压很难控制平衡，导致炉内温度不均匀，影响产品质量等问题，由于此行业在国内生产厂家相对较多，耗电严重，而其产品又是我国国民经济及世界工业不可缺少的。所以本文分析了矿热炉加装无功补偿的重要性，并且分别对两种常见的无功补偿方式进行了详细的分析。

关键词：矿热炉；无功补偿；功率因数

中图分类号：TP2 文獻标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）08-0240-02

1概述

矿热炉是生产镍铁、铬铁、锰铁、电石、镁锰等领域的重要生产设备，耗能巨大，其电能的成本约占到全部成本的70%以上，从国家的发展方面来看，我国“十二五”规划的目标中明确提出对能耗的要求定量指标是全国单位GDP能耗需要降低16%，节能是科技发展的首位，且以节约为优先原则，而冶金行业能耗约占全国总能耗的11%，属于能耗大户。从矿热炉本身结构来看，他属于大电流设备，其电流主要流向是由：炉用变压器短网（铜排软电缆导电铜管）电极，而且由于现实安装中空间有限，所以三项短网不可能做到大小和形状完全一样，而当大量无功电流流过大小和形状不一的短网时，更会加剧三项的不平衡，从而影响冶炼的效果。

从以上可以看出，提高功率因数、平衡三项功率是矿热炉行业不可避免需要解决的问题，而且矿热炉一旦建成，矿热炉本身的电气参数就固定下来了，如果在尽量不改变矿热炉工艺的前提下高功率因数，那么无功补偿这是一种较为简单解决问题的方法，根据无功补偿接入点的不同，无功补偿分为高压补偿和低压补偿两种形式。

2无功补偿的原理

无功补偿是指把有容性负荷的装置与感性功率负荷并联接在同意电路，能量在两种负荷之间相互交换，这样感性负载所需要的无功功率可由容性负载输出的无功功率补偿。

3高压无功补偿

高压侧无功补偿是将补偿装置直接并联在变压器的高压一侧。由图3可知，这里电容器

采用的式三角形联结，为了防止电容器击穿引起相间短路，所以三角形联结的各边均连接有高压熔断器保护。

矿热炉系统运行时会产生谐波，谐波对系统的运行会产生很大的影响，低压侧的谐波在经过变压器后衰减将会很大，所以谐波对补偿装置影响很小，补偿装置系统的可靠性较高。由于是在高压侧加装了电容装置电流I₁减少，由于减少的是无功电流，保证了变压侧的稳定性，提高了功率因数，但是负载侧的功率因素仍然不变。国家供电部门明确规定功率因数低于0.9的要对企业进行罚款，功率因数越低，罚款越高，，所以高压侧无功补偿可以有效地规避供电部门的罚款，但是变压器的输出功率并没有因此得到提高。。所以其对提高矿热炉的生产产量和短网三项平衡问题并没有任何帮助。

4低压无功补偿

低压无功补偿采用低压电容器，组成电容器组，每项并接一组，进行分相补偿，再通过铜管将所有电容并联在一起，然后连接在矿热炉的水冷电缆上。

矿热炉的无功消耗主要是变压器和短网上，相对于高压侧补偿，低压侧补偿是通过补偿装置实现感性负荷所需的无功功率由容性负荷无功功率补偿，使功率因数角减小，达到提高功率因素的目的，这样也会大大降低变压器和短网中的无功损耗，而提高变压器的输出能力，达到增产的目的。同时低压补偿也可以使低压侧的电流减少，对于新建的矿热炉，减少了设备的容量，节省了成本。图4是矿热炉低压分相补偿原理图由于矿热炉三相短网布置的不平衡，导致电极之间产生很大的温度差，不利于炉内还原反应的顺利进行，低压无功补偿是分相进行的补偿，可以调节风险补偿的容量，使三相电极的电压尽量保持一致，平衡三相，减少三相不平衡的问题，利于矿热炉的生产。

5总结

1）高压侧无功补偿对改善供电状况和提高运行功率因数效果明显，但是对降低短网的武功消耗，提高产量，提高变压器输出能力没有任何帮助，仅仅是规避了供电局的罚款。

2）高压侧无功补偿保证高压侧电压相对稳定，电容的安全性可以得到保证，而且方案简单，投资较少，容易操作。

3）低压侧无功补偿可以提高变压器的有功输出和使用效率，并且降低变压器和短网的损耗，改善三相不平衡的问题，改善产品质量。