矿热炉低压功功率补偿装置及负荷监测系统概述A.doc

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1、矿热炉低压无功功率补偿装置介绍矿热炉冶炼系统的自然功率因数一般较低，视不同的冶炼品种、冶炼工艺和具体的炉型设计，通常处于0.7-0.8之间，更低的甚至低于0.6。过低的功率因数带来一系列负面的影响，因此，矿热炉冶炼系统通常需要进行必要的无功功率补偿。补偿的方式方法多种多样，最常见的分类方法是所选的补偿点的电压等级，据此有高压补偿、中压补偿和低压补偿三类。高、中压方式的补偿点处于矿热炉工作回路的前端，可以提高系统的功率因数，但对于矿热炉工作回路的无功补偿并无帮助。低压无功补偿装置装设在系统的低压回路，又有多种不同的分类方法，常见的是基于补偿装置在工

2、作回路中的连接方式，据此分为并补和串补两种：并补指的是补偿装置与矿热炉以并联方式作为炉变的负载，串补指的则是补偿装置与矿热炉串联后作为炉变的负载。串补方式在国内起步不久，诸多实际运行指标的收集、分析、设计的优化等尚需时日，另外这种方式适合于新造电炉。相比而言，并补方式要灵活得多。两种方式各有优缺点，但并补方式是目前主要的低补方式。矿热炉低压无功功率补偿装置的构成框图如上图所示，其功能和优点如下：1、根据系统自然功率因数，配置足够的容性无功容量，提高系统功率因数，避免巨额罚款；2、以与矿热炉并联的容性无功电流补偿冶炼侧的感性无功电流，降低补偿点之前

3、的短网电流及一次侧电流，延长电源设备寿命；或提高变压器的有功输出能力，提高设备利用率；3、提高系统的有功功率，实际数据证实可达百分之几至百分之几十不等的增产能力；4、提高电能的利用率，实际数据证实可达2%-3%甚至更高的节电率。低压无功补偿装置的功能和优点在怀疑和争议中被证实，最近几年间已在国内数以百台的矿热炉上得以应用，相关的技术和产品日臻成熟。国内有多台容量为40500kVA矿热炉采用了全低压补偿，功率因数均值保证在0.92以上且稳定可靠地运行两年有余，目前容量高达63000kVA的矿热炉采用全低压补偿的尝试也将进入实施阶段。矿热炉负荷监测系

4、统一、矿热炉负荷监测系统简介矿热炉是将电能转换为冶炼热能的大功率电气设备，矿热炉运行过程中的电气参数直接反映和影响其运行状况的优劣，这关乎冶炼的产量和电耗，同时也影响冶炼产品的品质，因此，精确测量和控制其电气参数无疑具有重要的现实意义。但是，目前矿热炉运行中的电测技术存在较大的滞后，传统方式下易于检测的少量电气参数（一次侧电流、炉变输出电压等）依然被作为电炉操控的依据而沿用至今。因参数并非采集自矿热炉本身，这种方式所测参数不够严谨或不足以反映矿热炉实际运行状况。矿热炉负荷监测系统是一套基于“炉口”电气参数测量的矿热炉电气参数实时在线监测系统（所谓

5、“炉口”指的是电气意义上的电能输入口而非物理意义上的炉罩开口：输电短网末端通过铜瓦与电极相连，从空间上看，连接处以上为炉外，以下为炉内，三根电极以铜瓦为电炉内外的分界点，相邻两个分界点间构造了一个“炉口”。每台矿热炉包含分别朝向三相电源的三个炉口，称为对应相的炉口）。矿热炉负荷监测系统包含测量、显示、记录、报警等基本功能，监测数据多达二十余种六十多个，可为冶炼工艺研究工程师及电炉操作者提供矿热炉运行中的实时、可靠的电气参数，以便科学合理地操控矿热炉，或者对于矿热炉的异常状况提供诊断依据。图1为矿热炉及其供电系统简化模型。Zan、Zbn、Zcn分别

6、为星接模型下a、b、c三根电极的等效负载，其公共端N称为矿热炉虚拟等效电气中性点，炉况变化会导致该点发生漂移。虚拟指的是该点并非真实引出的电气节点，等效指的是基于此中性点的电气模型相对于炉口的电压、电流值大小及二者相位差等效。图1中图元符号、部分电气参数及参考方向如图中所标注。图1矿热炉及其供电系统简化模型矿热炉负荷监测系统提供二十余种六十余个不同的电气参数。这些电气参数被分为两类：一类为通过测量直接获取的，它是整个系统的基础数据，是整个系统测量精度的保证和正常工作的前提，称为一级电气参数。另一类是依据一级电气参数计算求取，称为二级电气参数。这些

7、实时监测的电气参数包括：1、炉口电压、入炉电流、炉口功率因数2、炉口电压相位差、炉口阻抗角3、入炉有功功率、入炉无功功率4、炉口阻抗、炉口电阻、炉口电抗5、电极电流、电极工作电压及电极负载功率因数6、电极负载有功功率、电极负载无功功率7、电极负载阻抗、电极负载电阻、电极负载电抗（操作阻抗、操作电阻、操作电抗）二、矿热炉负荷监测系统是低压无功功率补偿装置的理想搭档在众多的电气参数中，电极电流更为普遍地被作为调控的依据。由于直接对电极电流（图2中的Ian、Ibn、Icn）测量的技术难度较高，所以工程上广泛采用一次侧电流（图2中的IA、IB、IC）作为

8、参照。以图2中A相电极为例，Ian由I3和I4两股二次侧的电流合成，一次侧电流I1在相位和大小上反应I3，同时电流I2在相位和大小上反映