30000KVA电石炉低压补偿技术资料.docx
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30000KVA电石炉低压补偿技术资料
在矿热炉低压侧针对短网无功消耗和因短网差异导致的三相不平衡现象而实施
的无功就地补偿，兼顾提高功率因数、吸收谐波的同时，在增产、降耗上，
有着高压补偿无法比拟的优势。
高、低压补偿比较
比较内容
高、中压补偿
低压补偿
投资
投资大
投资小，符合国家节能、降耗政策
运行
运行稳定
运行稳定
性能
1、提高功率因数
2、吸收5、7次谐波
1、提高功率因数
2、吸收3、5、7次谐波
3、可增长、降耗
维护
涉及到补偿变及35KV或10KV高压补偿，环节增多，维护量较大。
维护简单，主要元器件质保三年
补偿量
不可调节
可调节
低压补偿通过初步平衡、提高三相电极向炉膛的输入功率,从而达到提高产量、
质量和降低电耗的目的，为企业在兼顾功率因数、谐波达标的基础上,进行节能
技术改造提供了一个新的思路和途径。
【提高冶炼有效输入功率】
针对电弧冶炼而言，无功的产生主要是由电弧电流引起的，将补偿点前移至短
网，就地补偿短网的大量无功消耗，提高变压器的出力，增加冶炼有效输入功
率。
COSθ1：
改善前的功率因数
COSθ2：
改善后的功率因数
由于提高了变压器的载荷能力，变压器向炉膛输入的功率将会增大，为提高日
产创造了必要条件。
对一些不能运行在炉变额定档位的炉子来说,更加具有促进
和改善作用。
【不平衡补偿，改善三相的强、弱相状况】
由于三相短网差异，三相不同的电压降就导致了强、弱相现象的形成。
从理论
上来讲，料的熔化功率是与电极电压和料比电阻成函数关系可以表示为P=U2/R。
从这一基本点出发，在三相短网与电极之间某一基本相等点，采取单相并联的
方式进行无功补偿，综合调节各相补偿容量，使三相电极的横向矢量电压基本一致，均衡三相吃料，改善三相的强、弱相状况，使电极作业面积扩大，达到
增产、降耗目的。
在低压侧实施等量补偿是目前常用的工程方法，其设计思想是在该相补偿容量
内再依据补偿点的运行电压水平调节补偿容量。
Qc=Qe（Uc/Ue）2Uc—电容器端电压Ic—电容器电流
Ic=Qc/UcQc--电容器实际容量Qe--电容器额定容量
由于补偿点的电压不同,而电容器的额定电压相同,因此各相实际的补偿容量是
不一致的（受电容器电压的钳制）。
因此三相等量的高压无功补偿表现为三相补偿电流不等，而三相等量的低压补
偿则表现为约1/3的补偿容量处于备用状态。
基于此,西安环冶公司引入了不平衡补偿概念。
即综合考虑到炉变调压及网路电压变化，根据各相补偿点的实际电压数据，量
体裁衣，合理设计各单相补偿容量，使电容器在安全、接近额定容量运行。
在三相短网补偿点的运行电压水平基本一致的情况下，取消备用容量，从而节
约投资成本、缩短回收期。
【降低高次谐波值，减小变压器及网路附加损耗】
变压器励磁需要3次谐波，同时电弧冶炼时不平衡负载会产生3次谐波，如不
对此加以限制和吸收，无论对冶炼设备还是补偿装置，都会产生不利的影响。
所有矿热炉的炉变，其二次侧绕组均为三角形接法，二次侧的3次谐波电流在
三个绕组之间流动，并不反应到一次侧。
因此在一次侧无法测出二次侧3次谐
波含量。
如需在二次侧进行补偿，就不能忽视3次谐波的存在，不论一次侧是否检出。
为抑制或吸收n次以上谐波，应使L-C调谐频率小于或等于n×50Hz。
Un=In（nXL-Xc/n）→0UnIn--谐波电压、电流XLXc--感抗、容抗
针对3、5次谐波，我们在装置中将L-C调谐频率分别设计为134Hz、189Hz，以
吸收3、5次谐波。
因此低压补偿加装14%电抗率的电抗器是非常必要的，这是关系到设备能否长效运行的关键。
【提高功率因数】
矿热炉的无功消耗主要在变压器和短网上，实施低压无功补偿，就地降低了补
偿高压线路、变压器和短网的损耗，相比高压补偿而言,低压无功就地补偿装置
在低压侧提供了很大的无功电流，使功率因数的改善对用户更加有实际意义。
I--视在电流IP--有功电流Iq--无功电流
【低压补偿技术面临的三大问题】
近年来，由于生产厂家对节能降耗的重视，低压补偿技术得到了极大的推广。
但总体来说，一般的低压补偿设备主要存在以下三个方面的问题：
①忽视系统谐波对电容器的危害，不装电抗器或用线路铜排绕几个圈充当电抗
器会直接导致了设备寿命大大缩短。
②忽视现场灰尘和高温对设备的影响，将电容器柜体直接安装于高尘、高温环
境中，其结果是经过短时间后接触器动、静触头无法良好吸合而打弧烧损，
电容器在高温和谐波作用下快速衰减直至完全失去效能。
③由于无法准确设计出电容器的额定电压，导致电容器超压运行或达不到设计
补偿容量，导致电容器长期超载运行而损坏或达不到设计指标。
【惺惺惜惺惺x公司低压补偿技术优势】
■唯一提出并实施三相不平衡补偿。
■唯一针对谐波和满足冶炼调档需要而加装14%电抗器。
■唯一实现管对管补偿方式。
【xxxx公司低压补偿设备特点】
■将传统一体式熔断器改为隔离开关与熔断器直接螺栓连接的方式，杜绝一体
式熔断器卡环与熔断体导电部分虚接打弧而逐渐烧损。
传统方式现采用方式
■采用机械自保持式真空接触器。
永磁自保持机械自保持
机械自保持式和永磁自保持式真空接触器比较
比较内容
机械自保持式
永磁自保持式
投、切
机械自保，动作稳定
不太稳定，一旦永磁体吸入1.5mm的铁屑，将无法吸合
真空泡更换
可单独更换，能降低维护成本
只能整体更换，维护成本较大。
自保机构
永不失效
永磁体局部高温情况下极易失效
大多数投切采用电容器专用接触器由于其显著的缺陷在此不再赘述。
■采用14%电抗率电抗器
每台电抗器均经过严酷检测，绕
组分层结构可以使铁芯及绕组
得以良好冷却，保证元件长期在
60℃环境下稳定运行。
降低分、合闸时的冲击电流
如电抗率为14%，则分、合闸时的冲击电流约为额定
电流的3.67倍
抑制及吸收3、5次谐波保护电容器长效运行。
同时
由于加大了电抗率（国内标准为12%），更加适应矿
热炉冶炼经常调档的需要。
■采用自愈式锌、银镀膜电容器，自愈率更低
于0.5%，质量更好。
内置放电电阻，三分钟将电容器残留电压
放电至30V以下。
■更注重工艺改进
电抗器和补偿柜分开布置，降低因电抗器发热对补偿柜的影响每个功能室均设
置有独立风道，温度检测，风机降温、备用等功能。
为利于长期运行及防止震动，所有大电流线路采用镀锡铜排螺栓连接方式，并
加防松螺母，以保证大电流线路的安全运行。
为防止涡流，所有金属结构如补偿柜、电抗器柜、控制柜等均做了隔磁处理，
即所有金属结构在必要的地方均采用了隔磁材料。
■恪守相关电气规范，便于检修、维护
所有控制线均压接专用接线鼻子，专业打号机打印线号、元件编号、电缆编号
等，配置规范电气设备相关警示牌，以便于维护。
遵守国家相关电气接地规范，电气工作接地、保护接地严格分开，保证设备运
行及维护人员安全。
■遵守国家关于容性负载的相关规定：
即容性负载的载流体的载流量须为其额
定电流的1.3～2.5倍
xx公司具体采用倍数
序号
名称
倍数
理由
1
隔离开关
3
仅作隔离之用，为保证不发热，超范围选取
2
熔断器
2
为保证不发热，同时起到保护作用，居中选取
3
真空接触器
1.8-2
为保证不发热，偏大选取
4
载流体（铜排）
2.5
为保证不发热，最大选取
■设立明确警告标志
【低压补偿系统简介】
系统由三大部分组成
■主回路部分
①补偿短网：
负荷进线
②隔离开关：
作检修、维护隔离用
③gG级快速熔断器：
作电容器过载及短路保护用
④真空接触器：
控制电容器的接通和断开
⑤电抗器：
与电容器组成调谐回路，限制和吸收谐波
■控制及检测部分：
①可编程系统：
控制系统核心，控制补偿单元的投切、风机运行及与触摸屏通
讯。
②电压互感器：
测量单相补偿回路运行电压，依此计算电容器的安全运行水平，
当运行电压超过额定值时，该补偿单元自动退出运行。
③谐波监测器：
作为冶炼系统谐波监测用
④触摸屏监控画面：
监控系统所有的数字及模拟信号
监控画面
1-1：
表示1#室1#风机投入运行，其他以此类推。
ax3：
表示ax相G3柜投入运行，其他以此类推。
1：
表示某柜的1#真空接触器闭合，其他以此类推。
2：
表示某柜的2#真空接触器闭合，其他以此类推。
123：
显示某相补偿短网的电压值，其他以此类推。
12.3：
显示2#功能室的温度，如超限，则“2#”闪烁。
其他以此类推。
2#
■空气冷却系统
每个功能室均有独立的空气冷却系统，当该室的温度高于45℃时，备用风机启
动，当该室的温度持续高于60℃三十秒时，系统发出指令信号，逐步切除该室
的补偿单元，保证系统安全，同时系统报警。
30000KVA电石炉低压补偿初步设计方案
按超载20%计算，将功率因数从0.70提高到0.92或以上，需要补偿14973KVar
1、设计补偿容量----------------16065KVar
2、单相电容器参数--------------340V35A
3、电容器数量------------------1350只
4、补偿单元补偿量--------------535.5KVar
5、补偿单元数量----------------30个
6、单相补偿单元数量------------每相10个
7、单相补偿容量----------------5355KVar
8、单相额定（最大）补偿电流----15KA
9、电抗率----------------------14%
10、电抗器组参数----------------3×（525A、47.6V）
11、电抗器组数量----------------30组
12、补偿短网铜管----------------Φ100×15
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