一、實施低壓無功補償的原因

 

　　對電力供電網進行無功補償可以提高功率因數，降低供電網路的無功損耗損，提高供電質量，具有極大的經濟效益。目前國內一部分礦熱爐在35KV側或10KV和110KV側進行了一定容量的無功補償，以使礦熱礦運行的功率因數提高至供電職能部門規定的指標以上，避免因功率因數較低而被罰款，但這種補償方式在應用于礦熱爐無功補償時只能提高礦熱爐電量計量點的功率因數，對提高產量和降低能耗意義不大，無功補償的性能和效益還存一定缺陷。

 

　　針對礦熱爐而言，系統無功主要是由電弧和短網引起的，而短網的大電流特征決定了無功的消耗將絕大部份以無功電流的形式體現在短網上，另一方短網到達電極所產生的壓降必然不同，在冶煉上就存在我們通常所說的強、弱相之分，就在冶煉上形成爐膛中心，熱力中心和功率中心相互錯位，這不僅增加了工藝操作的難度，因三個中心的不統一使熔池擴大受到一定的限制，爐膛利用率難以提高;還由于高壓或中壓補償只是補償變壓器前供電線路的無功損耗，對改善高壓側的供電狀況、提高運行功率因數是有好處的，效果也是明顯的。但由于它的接入點決定了高壓或中壓補償不能降低低側短網上大量的無功損耗，對改善因三相短網布置造成的三相不平穩狀況更是無能為力的。

 

　　基于礦熱爐短網布置的不平穩性及其短網上大量的無功損耗，以及在爐變高壓側或中壓側實施無功補償的局限性，我們可以得出以下兩點推斷：

 

　　將補償接入點選擇在靠近短網與電極連接處對低壓短網進行無功補償，具有極大的節能潛力。

 

　　由于短網布置的不平衡性，在對低壓側短網實施分相可調補償后，應可以改變目前的強弱相狀況，使三相功率基本平衡。

 

　　二、無功補償的本質

 

　　在電力電網中由于有貯能元件的存在(一般情況為電動機和變壓器的線圈)，便形成無功電流在電源與該元件之間隨電壓的波動而進行充放電。無功補償就是用性質完全相反的儲能元件與該元件并聯，使這一充放過程在兩個貯能元件之間進行，縮短無功電流的路徑，從而達到減少無功損耗，降低線路壓降的目的，所以在一般情況下，無功補償按照就近補償的原則來考慮。

 

　　基于降低礦熱爐短網上無功電流和平衡三相功率兩方面考慮，我們根據礦熱爐三電極及短網的布局，將無功補償接入點向電極靠近，將補償點選在短網與電極連接處，進一步縮短無功電流流經的路徑，把短網與爐變二次側因無功電流往返引起的損耗降下來。同相間跳線處的連接匯流銅板上，以最大限度地降低短網無功損耗。

 

　　我們對在一定參數下，對一定容量的礦熱爐實施低壓補償依據以下公式進行了理論計算。依據礦熱爐18000KVA的容量，0.86的功率因數，當實施二次低壓補償時提高到0.92運行，經過計算得出：

 

　　(1)變壓器增容量ΔSb=1200KVA，增容率為6%。

 

　　(2)短網線損降低ΔΔP1%=7.6%。

 

　　即：將無功轉化后，在原來基礎上有功功率增長率為7.6%。

 

　　三、系統設計

 

　　根據礦熱爐三相電極運行特點，在設計上我們采取了三相不等量就地分相補償，調平三相功率的方案，系統特點主要體現在以下幾個方面。

 

　　將補償的接入點選擇在短網相間跳線處的連接匯流銅板上，以最大限度地降低短網無功損耗。

 

　　在補償方式上，我們采取了分相就地補償即三相補償圍繞各自的接入點，分開就近布置，以降低補償短網上的線路無功補償容量損耗，同時節省用戶在補償短網上的投資。

 

　　為達到將三相功率調平的目的，我們將每相補償容量分為靜態和動態補償兩大部分，三相靜態補償直接同時投入，將三相功率基本拉平，在此基礎上，動態補償控制系統采集系統相關信號，依據我們內置的算法，達到將三相功率最后調平的目的。

 

　　在達到調平三相功率目的的基礎上，為保障整體設備的使用壽命，尤其是其中的關鍵部件——電容器的平均使用壽命，在控制上我們采取了“先進先出”的原則，即每一最小基本單元的投入或切除的必要條件是：該單元前一相鄰單元己投入或己切除。這樣可保證動態部分的每一最小單元在使用時間上均大致相等，從而保證了整體設備的使用壽命。

 

　　為降低投切電容器時的沖擊電流，在每一最小單元投切時，我們采取了相應的限流措施，以將其投切峰值電流限制在電容器對沖擊電流能承受的范圍之內，以延長電容器的使用壽命。